实验2 PN结二极特性仿真
1实验容
（1）PN结穿通二极正IV特性反击穿特性反恢复特性等仿真
（2）结构参数：PN结穿通二极结构图1示两端高掺杂n耐压层低掺杂具体参数：器件宽度4μm器件长度20μm耐压层厚度16μmp+区厚度2μmn+区厚度2μm掺杂浓度：p+区浓度1×1019cm3n+区浓度1×1019cm3耐压层参考浓度5×1015 cm3
0
W
p+
n
n+
图1 普通耐压层功率二极结构
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）掌握普通耐压层击穿电压耐压层厚度浓度关系
3实验程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分
line x loc00 spac 04
line x loc40 spac 04
line y loc00 spac05
line y loc20 spac01
line y loc10 spac05
line y loc18 spac01
line y loc20 spac05
#初始化Si衬底
init silicon cphos5e15 orientation100 twod
#沉积铝
deposit alum thick11 div10
#电极设置
electrode nameanode x1
electrode namecathode backside
#输出结构图
structure outfcb0str
tonyplot cb0str
#启动Atlas
go atlas
#结构描述
doping ptype conc1e20 xmin00 xmax40 ymin0 ymax20 uniform
doping ntype conc1e20 xmin00 xmax40 ymin18 ymax200 uniform
#选择模型参数
models cvt srh print
method carriers2
impact selb
#选择求解数值方法
method newton
#求解
solve init
log outfcb02log
solve vanode003
solve vanode01 vstep01 vfinal5 nameanode
#画出IV特性曲线
tonyplot cb02log
#退出
quit
图2普通耐压层功率二极仿真结构正IV特性曲线图3示导通电压接08V
图2 普通耐压层功率二极仿真结构
图3 普通耐压层功率二极正IV特性曲线
运雪崩击穿碰撞电离模型加反偏压刚开始步长点然逐渐加步长
solve vanode01 vstep01 vfinal5 nameanode
solve vanode55 vstep05 vfinal20 nameanode
solve vanode22 vstep2 vfinal40 nameanode
solve vanode45 vstep5 vfinal240 nameanode
求解二极反IV特性图4该二极反IV特性曲线击穿时电场分布图5示电场结界面处约25×105V•cm1耐压层中线性减80000 V•cm1
图4 普通耐压层功率二极反IV特性曲线
图5 普通耐压层功率二极击穿时电场分布
导通二极突加反电压 需段时间恢复反阻断力电路图图6示设t 0 前电路已处稳态Id If0t 0 时开关K 闭合二极导通截止渡段时间电流Iddi0 dt Ur L 速率降段时间电流Id会变成负值逐渐恢复零仿真时先器件施加1V正偏压然迅速改变电压施加反电压增2V
solve vanode1
log outfcj2_1log
solve vcathode20 ramptime20e8 tstop50e7 tstep10e10
反恢复特性仿真时采图7基电路基原理：初始时刻电阻R1值电阻R2值例设R11×103R21×106电感L1设3nH电压源电流源分定初始定值v1i1R2远R1根KCL知电流i1R1支路i1绝部分电流稳定流二极二极正导通R2支路断路没电路流然短暂时间电阻R2阻值骤降时电阻器R2作阻源阻值极短时间间隔指数形式1×106降1×103程质联连二极阳极电流源i1短路样电流i1全部R2支路流二极支路没i1分流刻电压源v1开始起作二极两端施加反偏电压程短时间完成够实现二极反恢复特性模拟反恢复特性仿真图图8示PN结功率二极反恢复时间约50ns
图6 反恢复特性测试原理电路图
图7 二极反恢复特性模拟电路图
图8 器件反恢复特性曲线
实验3 PN结终端技术仿真
1实验容
PN结表面曲率效应表面电场常体电场器件表面易击穿采终端技术表面电场减提高表面击穿电压场限环场板功率器件中常两种终端技术
场限环技术目前功率器件中量种终端技术基原理结表面衬底间加反偏电压结PN结反偏压形成耗层着反偏置电压增加增加偏置电压增加定值结耗层达环图1示样会部分电压场环分担结电场值限制界击穿电压显著减结耗区曲率增加击穿电压
图1 场限环
场板结构功率器件中广泛应场板结构普通PN结区场板结构中PN区引线电极横延伸PN区外适距离普通PN结P区引线电极横宽度般超P扩散区横尺寸PN结反工作时P区相N型衬底加负电位果场板边二氧化硅层足够厚电场半导体表面载流子排斥体表面呈现出载流子耗状态图2示样电压作表面耗层展宽电场减击穿电压提高
2实验求
（1）场限环特性仿真
场限环：击穿电压200V设计3环环宽度次6555μm间距456μm 外延层浓度1×1015 cm3观察表面电场
（2）场板特性仿真
场板：氧化层厚度1μm结深1μm场板长度分0μm2μm4μm6μm8μm10μm外延层浓度1×1015 cm3观察表面电场
图2 场板
3场板应实例：场板功率GaN HEMT击穿电压影响
（1）容
（a）GaN HEMT工作机理击穿特性刻画场板结构GaN HEMT击穿特性进行仿真分析
（b）结构参数：场板结构GaN HEMT结构尺寸掺杂浓度图3示
图3 场板结构功率GaN HEMT
(2) 求
（a）掌握定义完整半导体器件结构步骤电性进行仿真研究
（b）理解场板技术器件击穿电压提高作原理结合仿真结果出初步分析
（3）实验程
#启动internal定义结构参数
# 场板长度1um增225um步长025um通改变 l 取值改变场板长度
set l 10
# draingate distance
set Ldg51
# field plate thickness
set t177355
# AlGaN composition fraction
set xc0295
# set trap lifetime
set lt1e7
set light1e5
# mesh locations based on field plate geometry
set xl09 + l
set xd09 + Ldg
set y1 03 + t
set y2 y1 + 002
set y3 y2 + 004
set y4 y2 + 018
# 启动二维器件仿真器
go atlas
mesh width1000
# 网格结构
xm l00 s01
xm l005 s005
xm l05 s005
xm l09 s0025
xm l(09+xl)2 s005
xm lxl s0025
xm l(xl+xd)2 s025
xm lxd005 s005
xm lxd s005
#
ym l00 s01000
ym l03 s01000
ym ly1 s00020
ym ly2 s00020
ym ly3 s00100
ym ly4 s00500
# device structure
# POLARSCALE is chosen to match calibrated values
# of 2DEG charge concentration
region num1 matSiN ymin0 ymaxy1
region num2 matAlGaN yminy1 ymaxy2 donors1e16 xcompxc polar calcstrain polarscale05
region num3 matGaN yminy2 ymaxy4 donors1e15 polar calcstrain polarscale05
#
elect namesource xmax0 yminy1 ymaxy3
elect namedrain xmin60 yminy1 ymaxy3
elect namegate xmin05 xmax09 ymin03 ymaxy1
elect namegate xmin05 xmaxxl ymin03 ymax03
#
doping gaussian characteristic001 conc1e18 ntype xleft00 ＼
xright005 ytopy1 ybottomy3 ratiolateral001 directiony
doping gaussian characteristic001 conc1e18 ntype xleftxd005 ＼
xrightxd ytopy1 ybottomy3 ratiolateral001 directiony
###################################################################
# KM parameter set
###################################################################
material materialGaN eg30034 align08 permitt95 ＼
mun900 mup10 vsatn2e7 nc300107e18 nv300116e19 ＼
realindex267 imagindex0001 ＼
taun0lt taup0lt
material materialAlGaN affinity382 eg300396 align08 permitt95 ＼
mun600 mup10 nc300207e18 nv300116e19 ＼
realindex25 imagindex0001 ＼
taun0lt taup0lt
###################################################################
model print fermi fldmob srh
impact materialGaN selb an129e8 an229e8 bn134e7 bn234e7 ＼
ap129e8 ap229e8 bp134e7 bp234e7
#
contact namegate work523
# 引进光利实现阻断状态仿真收敛仿真研究击穿常手段
beam number1 xo0 yoy4+01 angle270 wavelength03
#
output conband valband bandparam charge emob hmob flowlines qss
# IdVg特性求解
solve
log outfganfetex02_0log
solve vdrain005
solve vstep02 vfinal2 namegate
solve vstep01 vfinal4 namegate
log off
save outfileganfetex02_0str
extract init infileganfetex02_0log
extract nameVpinchoff xintercept(maxslope(curve(vgateidrain)))
# IdVd击穿曲线
method autonr gcarritlimit10 climdd1e3 climeb1e3 nblockit25
solve init
# turn on optical source to help initiate breakdown
# # 引进光利实现阻断状态仿真收敛
solve b1light indexcheck
#
solve nsteps10 vfinalVpinchoff namegate b1light
log outfganfetex02_＇index＇log
solve vstep01 vfinal1 namedrain b1light
solve vstep1 vfinal10 namedrain b1light
solve vstep2 vfinal20 namedrain b1light
solve vstep5 vfinal1200 namedrain b1light cnamedrain compl05
# change to current contact to resolve breakdown
contact namedrain current
solve
solve imult istep11 ifinal1 namedrain
#
save outfileganfetex02_＇index＇str
#
extract init infileganfetex02_1＇index＇log
extract namea slope(maxslope(curve(idrainvdrain)))
extract nameb xintercept(maxslope(curve(idrainvdrain)))
extract nameVdmax max(curve(idrainvdrain))
extract nameIdmax xval from curve(idrainvdrain) where yvalVdmax
extract nameVd1 Vdmax 20
extract nameId1 yval from curve(vdrainidrain) where xvalVd1
extract namec grad from curve(vdrainidrain) where xvalVdmax
extract named Idmax c*Vdmax
extract nameVbr (b d)(c (1a))
extract nameIs b + Vbra
tonyplot ganfetex02_1str ganfetex02_2str ganfetex02_3str ganfetex02_4str ganfetex02_5str ganfetex02_6str set ganfetex02_1set
tonyplot overlay ganfetex02_1log ganfetex02_2log ganfetex02_3log ganfetex02_4log ganfetex02_5log ganfetex02_6log set ganfetex02_0set
quit
图49场板长度半导体层中碰撞离化率分布图正IV特性曲线图5示导通电压接08V
图4 场板长度L1um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图5 场板长度L125um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图6 场板长度L15um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图7 场板长度L175um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图8场板长度L2um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图9 场板长度L225um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图1012半导体中电场强度分布场板长度变化
图10 场板长度沟道中总电场分布
图11 场板长度沟道中X电场分布
图12 场板长度沟道中Y电场分布
图13IdVd击穿曲线清楚击穿电压l1um时300V左右增l225um时800V
图13 长度场板关断情况输出IV特性
通电场分布碰撞离化率分布分析知道场板变长方面会减弱漏端电场峰值方面发生碰撞离化区域增种构型场板越长越
实验4 短沟道MOS晶体特性仿真
1实验容
（1）短沟道LDDMOS晶体结构定义
（2）转移特性输出特性
（3）结构参数：器件结构图示宽度12μm衬底P型厚度08μm浓度1×1014 cm3晶<100>栅氧化层厚度13nm栅n+掺杂晶硅
0
W
p+
n
n+
图1 普通耐压层功率二极结构
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）改变表面浓度改变栅氧化层厚度观察阈值电压变化
3实验程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分
line x loc00 spac01
line x loc02 spac0006
line x loc04 spac0006
line x loc06 spac001
line y loc00 spac0002
line y loc02 spac0005
line y loc05 spac005
line y loc08 spac015
(建议定义左边半)
#初始化
#栅氧化干氧11分钟温度950
diffus time11 temp950 dryo2 press100 hclpc3
提取栅氧化层厚度extract nameGateoxide thickness materialSio2 matoccno1 xval03
#阈值电压调整
implant boron dose95e11 energy10 crystal
提取表面浓度
#淀积晶硅
depo poly thick02 divi10
#定义晶硅栅
etch poly left p1x035
#晶硅氧化湿氧900度3分钟
method fermi compress
diffuse time3 temp900 weto2 press10
#晶硅掺杂
implant phosphor dose30e13 energy20 crystal
#侧墙形成
淀积氧化层：depo oxide thick012 divisions10
干法刻蚀：etch oxide dry thick012
#源漏砷注入快速退火
implant arsenic dose50e15 energy50 crystal
method fermi
diffuse time1 temp900 nitro press10
#金属化
etch oxide left p1x02
deposit alumin thick003 divi2
etch alumin right p1x018
#提取器件参数：结深源漏方块电阻侧墙方块电阻阈值电压
# extract final SD Xj
extract namenxj xj silicon matoccno1 xval01 juncoccno1
# extract the N++ regions sheet resistance
extract namen++ sheet rho sheetres materialSilicon matoccno1 xval005 regionoccno1
# extract the sheet rho under the spacer of the LDD region
extract nameldd sheet rho sheetres materialSilicon ＼
matoccno1 xval03 regionoccno1
# extract the surface conc under the channel
extract namechan surf conc surfconc impurityNet Doping ＼
materialSilicon matoccno1 xval045
# extract a curve of conductance versus bias
extract start materialPolysilicon matoccno1 ＼
bias00 biasstep02 biasstop2 xval045
extract done namesheet cond v bias ＼
curve(bias1dnconduct materialSilicon matoccno1 regionoccno1)＼
outfileextractdat
# extract the long chan Vt
extract namen1dvt 1dvt ntype vb00 qss1e10 xval049
#右边结构生成
structure mirror right
#设置电极
electrode namegate x05 y01
electrode namesource x01
electrode namedrain x11
electrode namesubstrate backside
#输出结构图
structure outfilemos1ex01_0str
tonyplot mos1ex01_0str
(道工艺定义需输出画出结构图)
#启动器件仿真器
go atlas
# 设置模型
models cvt srh print
#设置界面电荷
contact namegate npoly
interface qf3e10
#设置迭代模型
method newton
#解初始化
solve init
#设置漏极电压01V
solve vdrain01
# Ramp the gate
log outfmos1ex01_1log master
#栅极电压扫描
solve vgate0 vstep025 vfinal30 namegate
save outfmos1ex01_1str
# 画出转移特性曲线
tonyplot mos1ex01_1log set mos1ex01_1_logset
# 提取器件参数
extract namenvt (xintercept(maxslope(curve(abs(vgate)abs(idrain)))) ＼
abs(ave(vdrain))20)
extract namenbeta slope(maxslope(curve(abs(vgate)abs(idrain)))) ＼
* (10abs(ave(vdrain)))
extract namentheta ((max(abs(vdrain)) * nbeta)max(abs(idrain))) ＼
(10 (max(abs(vgate)) (nvt)))
#Vg求IdVds关系曲线
solve init
solve vgate11 outfsolve_tmp1
solve vgate22 outfsolve_tmp2
solve vgate33 outfsolve_tmp3
solve vgate5 outfsolve_tmp4
load infilesolve_tmp1
log outfmos_1log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp2
log outfmos_2log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp3
log outfmos_3log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp4
log outfmos_4log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
#画出转移特性曲线
tonyplot overlay st mos_4log mos_3log mos_2log mos_1log
#退出quit
实验5 功率VDMOS特性仿真
1实验容
功率MOSFET子导电性器件具开关速度快输入阻抗高易驱动存二次击穿现象等优点理想功率MOSFET应具较低导通电阻开关损耗较高阻断电压目前功率MOS流器件VDMOS
（1）VDMOS器件结构定义
（2）转移特性输出特性
（3）结构参数：器件结构图示根陈星弼教授提出均匀电流优杂质分布漂移区佳厚度：杂质浓度：设计击穿电压250VVDMOS确定漂移区佳厚度杂质浓度器件总厚度漂移区厚度+漏端厚度+P阱深度宽度10μm（单元宽度）阱间距约4μm栅氧化层厚度80nm晶硅栅
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）改变表面浓度观察阈值电压变化
（3）调整耐压层浓度击穿特性达佳
（4）掌握导通电阻求法
3实验程
#启动工艺仿真器
#网格定义衬底初始化
#沟道区两次掺杂形成
Pbody注入采硼离子注入剂量注入量80kev1100摄氏度热扩散100分钟形成结深约21μm
源极注入采砷注入剂量注入量100kev1100摄氏度进行热扩散20分钟形成结深约05μm
#栅氧化层
#晶硅栅
#金属化
#电极定义
#启动器件仿真器
# 设置模型
#设置界面电荷
#设置迭代模型
#解初始化
#漏极电压0v加260V
# IdVd @ Vg 0V
log outfvdmoslog
solve vdrain003
solve vdrain01
solve vdrain025 vstep025 vfinal2 namedrain
solve vstep1 vfinal10 namedrain
solve vstep50 vfinal260 namedrain
structure outfilevdmosstr
tonyplot vdmosstr (结构中观察器件中电场)
tonyplot vdmoslog set vdmos_logset
#Vg求IdVds关系曲线
#画出转移特性曲线
#退出
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1实验容
（1）PN结穿通二极正IV特性反击穿特性反恢复特性等仿真
（2）结构参数：PN结穿通二极结构图1示两端高掺杂n耐压层低掺杂具体参数：器件宽度4μm器件长度20μm耐压层厚度16μmp+区厚度2μmn+区厚度2μm掺杂浓度：p+区浓度1×1019cm3n+区浓度1×1019cm3耐压层参考浓度5×1015 cm3
0
W
p+
n
n+
图1 普通耐压层功率二极结构
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）掌握普通耐压层击穿电压耐压层厚度浓度关系
3实验程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分
line x loc00 spac 04
line x loc40 spac 04
line y loc00 spac05
line y loc20 spac01
line y loc10 spac05
line y loc18 spac01
line y loc20 spac05
#初始化Si衬底
init silicon cphos5e15 orientation100 twod
#沉积铝
deposit alum thick11 div10
#电极设置
electrode nameanode x1
electrode namecathode backside
#输出结构图
structure outfcb0str
tonyplot cb0str
#启动Atlas
go atlas
#结构描述
doping ptype conc1e20 xmin00 xmax40 ymin0 ymax20 uniform
doping ntype conc1e20 xmin00 xmax40 ymin18 ymax200 uniform
#选择模型参数
models cvt srh print
method carriers2
impact selb
#选择求解数值方法
method newton
#求解
solve init
log outfcb02log
solve vanode003
solve vanode01 vstep01 vfinal5 nameanode
#画出IV特性曲线
tonyplot cb02log
#退出
quit
图2普通耐压层功率二极仿真结构正IV特性曲线图3示导通电压接08V
图2 普通耐压层功率二极仿真结构
图3 普通耐压层功率二极正IV特性曲线
运雪崩击穿碰撞电离模型加反偏压刚开始步长点然逐渐加步长
solve vanode01 vstep01 vfinal5 nameanode
solve vanode55 vstep05 vfinal20 nameanode
solve vanode22 vstep2 vfinal40 nameanode
solve vanode45 vstep5 vfinal240 nameanode
求解二极反IV特性图4该二极反IV特性曲线击穿时电场分布图5示电场结界面处约25×105V•cm1耐压层中线性减80000 V•cm1
图4 普通耐压层功率二极反IV特性曲线
图5 普通耐压层功率二极击穿时电场分布
导通二极突加反电压 需段时间恢复反阻断力电路图图6示设t 0 前电路已处稳态Id If0t 0 时开关K 闭合二极导通截止渡段时间电流Iddi0 dt Ur L 速率降段时间电流Id会变成负值逐渐恢复零仿真时先器件施加1V正偏压然迅速改变电压施加反电压增2V
solve vanode1
log outfcj2_1log
solve vcathode20 ramptime20e8 tstop50e7 tstep10e10
反恢复特性仿真时采图7基电路基原理：初始时刻电阻R1值电阻R2值例设R11×103R21×106电感L1设3nH电压源电流源分定初始定值v1i1R2远R1根KCL知电流i1R1支路i1绝部分电流稳定流二极二极正导通R2支路断路没电路流然短暂时间电阻R2阻值骤降时电阻器R2作阻源阻值极短时间间隔指数形式1×106降1×103程质联连二极阳极电流源i1短路样电流i1全部R2支路流二极支路没i1分流刻电压源v1开始起作二极两端施加反偏电压程短时间完成够实现二极反恢复特性模拟反恢复特性仿真图图8示PN结功率二极反恢复时间约50ns
图6 反恢复特性测试原理电路图
图7 二极反恢复特性模拟电路图
图8 器件反恢复特性曲线
实验3 PN结终端技术仿真
1实验容
PN结表面曲率效应表面电场常体电场器件表面易击穿采终端技术表面电场减提高表面击穿电压场限环场板功率器件中常两种终端技术
场限环技术目前功率器件中量种终端技术基原理结表面衬底间加反偏电压结PN结反偏压形成耗层着反偏置电压增加增加偏置电压增加定值结耗层达环图1示样会部分电压场环分担结电场值限制界击穿电压显著减结耗区曲率增加击穿电压
图1 场限环
场板结构功率器件中广泛应场板结构普通PN结区场板结构中PN区引线电极横延伸PN区外适距离普通PN结P区引线电极横宽度般超P扩散区横尺寸PN结反工作时P区相N型衬底加负电位果场板边二氧化硅层足够厚电场半导体表面载流子排斥体表面呈现出载流子耗状态图2示样电压作表面耗层展宽电场减击穿电压提高
2实验求
（1）场限环特性仿真
场限环：击穿电压200V设计3环环宽度次6555μm间距456μm 外延层浓度1×1015 cm3观察表面电场
（2）场板特性仿真
场板：氧化层厚度1μm结深1μm场板长度分0μm2μm4μm6μm8μm10μm外延层浓度1×1015 cm3观察表面电场
图2 场板
3场板应实例：场板功率GaN HEMT击穿电压影响
（1）容
（a）GaN HEMT工作机理击穿特性刻画场板结构GaN HEMT击穿特性进行仿真分析
（b）结构参数：场板结构GaN HEMT结构尺寸掺杂浓度图3示
图3 场板结构功率GaN HEMT
(2) 求
（a）掌握定义完整半导体器件结构步骤电性进行仿真研究
（b）理解场板技术器件击穿电压提高作原理结合仿真结果出初步分析
（3）实验程
#启动internal定义结构参数
# 场板长度1um增225um步长025um通改变 l 取值改变场板长度
set l 10
# draingate distance
set Ldg51
# field plate thickness
set t177355
# AlGaN composition fraction
set xc0295
# set trap lifetime
set lt1e7
set light1e5
# mesh locations based on field plate geometry
set xl09 + l
set xd09 + Ldg
set y1 03 + t
set y2 y1 + 002
set y3 y2 + 004
set y4 y2 + 018
# 启动二维器件仿真器
go atlas
mesh width1000
# 网格结构
xm l00 s01
xm l005 s005
xm l05 s005
xm l09 s0025
xm l(09+xl)2 s005
xm lxl s0025
xm l(xl+xd)2 s025
xm lxd005 s005
xm lxd s005
#
ym l00 s01000
ym l03 s01000
ym ly1 s00020
ym ly2 s00020
ym ly3 s00100
ym ly4 s00500
# device structure
# POLARSCALE is chosen to match calibrated values
# of 2DEG charge concentration
region num1 matSiN ymin0 ymaxy1
region num2 matAlGaN yminy1 ymaxy2 donors1e16 xcompxc polar calcstrain polarscale05
region num3 matGaN yminy2 ymaxy4 donors1e15 polar calcstrain polarscale05
#
elect namesource xmax0 yminy1 ymaxy3
elect namedrain xmin60 yminy1 ymaxy3
elect namegate xmin05 xmax09 ymin03 ymaxy1
elect namegate xmin05 xmaxxl ymin03 ymax03
#
doping gaussian characteristic001 conc1e18 ntype xleft00 ＼
xright005 ytopy1 ybottomy3 ratiolateral001 directiony
doping gaussian characteristic001 conc1e18 ntype xleftxd005 ＼
xrightxd ytopy1 ybottomy3 ratiolateral001 directiony
###################################################################
# KM parameter set
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material materialGaN eg30034 align08 permitt95 ＼
mun900 mup10 vsatn2e7 nc300107e18 nv300116e19 ＼
realindex267 imagindex0001 ＼
taun0lt taup0lt
material materialAlGaN affinity382 eg300396 align08 permitt95 ＼
mun600 mup10 nc300207e18 nv300116e19 ＼
realindex25 imagindex0001 ＼
taun0lt taup0lt
###################################################################
model print fermi fldmob srh
impact materialGaN selb an129e8 an229e8 bn134e7 bn234e7 ＼
ap129e8 ap229e8 bp134e7 bp234e7
#
contact namegate work523
# 引进光利实现阻断状态仿真收敛仿真研究击穿常手段
beam number1 xo0 yoy4+01 angle270 wavelength03
#
output conband valband bandparam charge emob hmob flowlines qss
# IdVg特性求解
solve
log outfganfetex02_0log
solve vdrain005
solve vstep02 vfinal2 namegate
solve vstep01 vfinal4 namegate
log off
save outfileganfetex02_0str
extract init infileganfetex02_0log
extract nameVpinchoff xintercept(maxslope(curve(vgateidrain)))
# IdVd击穿曲线
method autonr gcarritlimit10 climdd1e3 climeb1e3 nblockit25
solve init
# turn on optical source to help initiate breakdown
# # 引进光利实现阻断状态仿真收敛
solve b1light indexcheck
#
solve nsteps10 vfinalVpinchoff namegate b1light
log outfganfetex02_＇index＇log
solve vstep01 vfinal1 namedrain b1light
solve vstep1 vfinal10 namedrain b1light
solve vstep2 vfinal20 namedrain b1light
solve vstep5 vfinal1200 namedrain b1light cnamedrain compl05
# change to current contact to resolve breakdown
contact namedrain current
solve
solve imult istep11 ifinal1 namedrain
#
save outfileganfetex02_＇index＇str
#
extract init infileganfetex02_1＇index＇log
extract namea slope(maxslope(curve(idrainvdrain)))
extract nameb xintercept(maxslope(curve(idrainvdrain)))
extract nameVdmax max(curve(idrainvdrain))
extract nameIdmax xval from curve(idrainvdrain) where yvalVdmax
extract nameVd1 Vdmax 20
extract nameId1 yval from curve(vdrainidrain) where xvalVd1
extract namec grad from curve(vdrainidrain) where xvalVdmax
extract named Idmax c*Vdmax
extract nameVbr (b d)(c (1a))
extract nameIs b + Vbra
tonyplot ganfetex02_1str ganfetex02_2str ganfetex02_3str ganfetex02_4str ganfetex02_5str ganfetex02_6str set ganfetex02_1set
tonyplot overlay ganfetex02_1log ganfetex02_2log ganfetex02_3log ganfetex02_4log ganfetex02_5log ganfetex02_6log set ganfetex02_0set
quit
图49场板长度半导体层中碰撞离化率分布图正IV特性曲线图5示导通电压接08V
图4 场板长度L1um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图5 场板长度L125um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图6 场板长度L15um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图7 场板长度L175um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图8场板长度L2um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图9 场板长度L225um沟道中电子碰撞产生率模拟分布
图1012半导体中电场强度分布场板长度变化
图10 场板长度沟道中总电场分布
图11 场板长度沟道中X电场分布
图12 场板长度沟道中Y电场分布
图13IdVd击穿曲线清楚击穿电压l1um时300V左右增l225um时800V
图13 长度场板关断情况输出IV特性
通电场分布碰撞离化率分布分析知道场板变长方面会减弱漏端电场峰值方面发生碰撞离化区域增种构型场板越长越
实验4 短沟道MOS晶体特性仿真
1实验容
（1）短沟道LDDMOS晶体结构定义
（2）转移特性输出特性
（3）结构参数：器件结构图示宽度12μm衬底P型厚度08μm浓度1×1014 cm3晶<100>栅氧化层厚度13nm栅n+掺杂晶硅
0
W
p+
n
n+
图1 普通耐压层功率二极结构
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）改变表面浓度改变栅氧化层厚度观察阈值电压变化
3实验程
#启动Athena
go athena
#器件结构网格划分
line x loc00 spac01
line x loc02 spac0006
line x loc04 spac0006
line x loc06 spac001
line y loc00 spac0002
line y loc02 spac0005
line y loc05 spac005
line y loc08 spac015
(建议定义左边半)
#初始化
#栅氧化干氧11分钟温度950
diffus time11 temp950 dryo2 press100 hclpc3
提取栅氧化层厚度extract nameGateoxide thickness materialSio2 matoccno1 xval03
#阈值电压调整
implant boron dose95e11 energy10 crystal
提取表面浓度
#淀积晶硅
depo poly thick02 divi10
#定义晶硅栅
etch poly left p1x035
#晶硅氧化湿氧900度3分钟
method fermi compress
diffuse time3 temp900 weto2 press10
#晶硅掺杂
implant phosphor dose30e13 energy20 crystal
#侧墙形成
淀积氧化层：depo oxide thick012 divisions10
干法刻蚀：etch oxide dry thick012
#源漏砷注入快速退火
implant arsenic dose50e15 energy50 crystal
method fermi
diffuse time1 temp900 nitro press10
#金属化
etch oxide left p1x02
deposit alumin thick003 divi2
etch alumin right p1x018
#提取器件参数：结深源漏方块电阻侧墙方块电阻阈值电压
# extract final SD Xj
extract namenxj xj silicon matoccno1 xval01 juncoccno1
# extract the N++ regions sheet resistance
extract namen++ sheet rho sheetres materialSilicon matoccno1 xval005 regionoccno1
# extract the sheet rho under the spacer of the LDD region
extract nameldd sheet rho sheetres materialSilicon ＼
matoccno1 xval03 regionoccno1
# extract the surface conc under the channel
extract namechan surf conc surfconc impurityNet Doping ＼
materialSilicon matoccno1 xval045
# extract a curve of conductance versus bias
extract start materialPolysilicon matoccno1 ＼
bias00 biasstep02 biasstop2 xval045
extract done namesheet cond v bias ＼
curve(bias1dnconduct materialSilicon matoccno1 regionoccno1)＼
outfileextractdat
# extract the long chan Vt
extract namen1dvt 1dvt ntype vb00 qss1e10 xval049
#右边结构生成
structure mirror right
#设置电极
electrode namegate x05 y01
electrode namesource x01
electrode namedrain x11
electrode namesubstrate backside
#输出结构图
structure outfilemos1ex01_0str
tonyplot mos1ex01_0str
(道工艺定义需输出画出结构图)
#启动器件仿真器
go atlas
# 设置模型
models cvt srh print
#设置界面电荷
contact namegate npoly
interface qf3e10
#设置迭代模型
method newton
#解初始化
solve init
#设置漏极电压01V
solve vdrain01
# Ramp the gate
log outfmos1ex01_1log master
#栅极电压扫描
solve vgate0 vstep025 vfinal30 namegate
save outfmos1ex01_1str
# 画出转移特性曲线
tonyplot mos1ex01_1log set mos1ex01_1_logset
# 提取器件参数
extract namenvt (xintercept(maxslope(curve(abs(vgate)abs(idrain)))) ＼
abs(ave(vdrain))20)
extract namenbeta slope(maxslope(curve(abs(vgate)abs(idrain)))) ＼
* (10abs(ave(vdrain)))
extract namentheta ((max(abs(vdrain)) * nbeta)max(abs(idrain))) ＼
(10 (max(abs(vgate)) (nvt)))
#Vg求IdVds关系曲线
solve init
solve vgate11 outfsolve_tmp1
solve vgate22 outfsolve_tmp2
solve vgate33 outfsolve_tmp3
solve vgate5 outfsolve_tmp4
load infilesolve_tmp1
log outfmos_1log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp2
log outfmos_2log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp3
log outfmos_3log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
load infilesolve_tmp4
log outfmos_4log
solve namedrain vdrain0 vfinal33 vstep03
#画出转移特性曲线
tonyplot overlay st mos_4log mos_3log mos_2log mos_1log
#退出quit
实验5 功率VDMOS特性仿真
1实验容
功率MOSFET子导电性器件具开关速度快输入阻抗高易驱动存二次击穿现象等优点理想功率MOSFET应具较低导通电阻开关损耗较高阻断电压目前功率MOS流器件VDMOS
（1）VDMOS器件结构定义
（2）转移特性输出特性
（3）结构参数：器件结构图示根陈星弼教授提出均匀电流优杂质分布漂移区佳厚度：杂质浓度：设计击穿电压250VVDMOS确定漂移区佳厚度杂质浓度器件总厚度漂移区厚度+漏端厚度+P阱深度宽度10μm（单元宽度）阱间距约4μm栅氧化层厚度80nm晶硅栅
2实验求
（1）掌握器件工艺仿真电气性仿真程序设计
（2）改变表面浓度观察阈值电压变化
（3）调整耐压层浓度击穿特性达佳
（4）掌握导通电阻求法
3实验程
#启动工艺仿真器
#网格定义衬底初始化
#沟道区两次掺杂形成
Pbody注入采硼离子注入剂量注入量80kev1100摄氏度热扩散100分钟形成结深约21μm
源极注入采砷注入剂量注入量100kev1100摄氏度进行热扩散20分钟形成结深约05μm
#栅氧化层
#晶硅栅
#金属化
#电极定义
#启动器件仿真器
# 设置模型
#设置界面电荷
#设置迭代模型
#解初始化
#漏极电压0v加260V
# IdVd @ Vg 0V
log outfvdmoslog
solve vdrain003
solve vdrain01
solve vdrain025 vstep025 vfinal2 namedrain
solve vstep1 vfinal10 namedrain
solve vstep50 vfinal260 namedrain
structure outfilevdmosstr
tonyplot vdmosstr (结构中观察器件中电场)
tonyplot vdmoslog set vdmos_logset
#Vg求IdVds关系曲线
#画出转移特性曲线
#退出
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