LS-Sb87115

*Задание координат прямоугольника

(position 0.0 Ymin 0.0) (position Xmax Ymax 0.0))

(sdedr:define-submesh-placement "SubMesh_R" "SubMesh" "Win.RightHalf" "Replace"

"AttachPoint" (position 0 0 0) "ToPoint" (position 0 0 0) )

;--- Poly Doping ------------------------------------------------------

*Задание профайла с параметром концентрация бора

(sdedr:define-constant-profile "Const.Gate" DopPol PolyDop )

(sdedr:define-constant-profile-region "PlaceCD.Gate" "Const.Gate" "R.Polygate" 0 "Replace")

*Const.Gate - содержит информацию о концентрации и типе материала, *R.Polygate - информация об области

;- Silicon

*Задание профайла с необходимыми параметрами

(sdedr:define-refinement-size "RSize.Silicon" (/ Xmax 4.0) (/ Ymax 16.0)

(/ Xmax 8.0) (/ Ymax 18.0) ) (sdedr:define-refinement-material "RPlace.Silicon" "RSize.Silicon" "Silicon" )

;- Source/Drain area

*Задание сетки под контактами

(define YSDref (* 1.5 Xj)) (sdedr:define-refinement-size "RSize.SD" (/ (- Xmax Xg) 6.0) (/ (- YSDref Ygox) 8.0) PNres PNres )

(sdedr:define-refinement-function "RSize.SD" "DopingConcentration" "MaxTransDiff" 1) (sdedr:define-refinement-window "RWin.SD" "Rectangle"

31

(position Xg 0.0 0.0) (position Xmax YSDref 0.0) )

(sdedr:define-refinement-placement "RPlace.SD" "RSize.SD" "RWin.SD" )

; Junctions under the gate (sdedr:define-refinement-size "RSize.GD" (* 1.0 PNres) (* 1.0 PNres) 0.0

(* 0.8 PNres) (* 0.8 PNres) 0.0) ; Gate-Drain Junction

(sdedr:define-refinement-window "RWin.GD" "Rectangle"

(position (- Xgdo dXext) Ygox 0.0)

(position (+ Xgdo dXext) (+ Ygox (* 0.35 (- Xj Ygox))) 0.0) ) (sdedr:define-refinement-placement "RPlace.GD" "RSize.GD" "RWin.GD" )

; Channel Multibox

*Задание внутри сетки ещё одной, более мелкой

(sdedr:define-refinement-window "MBWindow.Channel" "Rectangle"

(position 0.0 Ygox 0.0)

(position (* 1.1 Xgdo) (* 0.5 Xj) 0.0) ) (sdedr:define-multibox-size "MBSize.Channel" (/ Xg 4.0) (/ (- Xj Ygox) 4.0)

(/ Xg 8.0) 2e-4 -1.45 1.45 )

(sdedr:define-multibox-placement "MBPlace.Channel" "MBSize.Channel" "MBWindow.Channel" )

; Gate Multibox

(sdedr:define-refinement-window "MBWindow.Gate" "Rectangle"

(position 0.0 Ymin 0.0)

(position Xg Ypol 0.0) ) (sdedr:define-multibox-size "MBSize.Gate"

32

99 (/ (- Ypol Ymin) 4.0)

66 3e-4

0.0 -1.75 )

(sdedr:define-multibox-placement "MBPlace.Gate" "MBSize.Gate" "MBWindow.Gate" )

*Пересохранение файлов для возможности дальнейшего их использова-

ния

;--- Saving BND file --------------------------------------------------

; Saving BND file

(sdeio:save-dfise-bnd (get-body-list) "n25_half_msh.bnd")

;----------------------------------------------------------------------

; Save CMD file

(sdedr:write-cmd-file "n25_half_msh.cmd")

;----------------------------------------------------------------------

; Build Mesh

(sde:build-mesh "mesh" "-F tdr" "n25_half_msh")

;----------------------------------------------------------------------

; Reflect device

(system:command "tdx -mtt -x -M 0 -S 0 -ren drain=source n25_half_msh n25_msh")

4.Обработка переходного файла. Находясь в своём рабочем каталоге, набираем sde. При этом запускается Sentaurus Structure Editor. Это займёт некоторое время. В появившемся окне нажимаем ОК.

В меню выбираем File -> import -> выбираем файл n25_dvc.cmd. После этого в папке программа создаст 2 файла, необходимые для дальнейшей работы.

5.Расчёт транзистора

Sentaurus Device – всесторонний пакет, способный моделировать электрические, тепловые и оптические характеристики приборов. Программа работает с геометрическими моделями 1D, 2D и 3D в широком диапазоне. Файл входных данных программы Sentaurus Device состоит из нескольких командных

33

секций (или блоков). По умолчанию расширение входного файла _des.cmd,

например, DD_des.cmd.

Примечание. Большинство ключевых слов, используемых в командном файле, могут быть заменены сокращениями. Ссылки на внешние имена, как, например, имена файлов и имена контактов, должны быть заключены в кавычки.

Входной командный файл состоит из следующих секций: File; Electrode; Physics; Plot; Math; Solve.

Секция File. В секции File задаются имена входных и выходных файлов, например:

File {

*Входные файлы

Grid = "nmos_msh.tdr" Parameter = "nmos.par"

*Выходные файлы

Current = "n1_des.plt" Plot = "n1_des.tdr" Output = "n1_des.log"

}

Входной файл (параметр Grid, TDR-формат) содержит два типа информации: 1) геометрия устройства – включает информацию о регионах и материалах, положении контактов и информацию о сетке; 2) такой тип информации, как профили легирования.

Входной файл параметров (параметр Parameter, расширение .par) содержит все используемые для расчётов в той или иной физической модели переменные, которые пользователь может изменить при необходимости.

Выходной файл (параметр Plot в секции File, TDR формат) содержит конечное пространственное решение для всех переменных структуры, например, распределение электронов.

Выходной файл (параметр Current в секции File, расширение .plt.) содержит такие данные, как токи, напряжения и заряды на каждом электроде.

Выходной файл (параметр Output в секции File, с расширением .log) содержит отчёт о работе программы Sentaurus Device во время выполнения вычислений, включая информацию о том, какие физические модели и переменные были использованы. Здесь также содержатся сообщения об ошибках.

34

На рис. 5.6 изображена диаграмма, которая представляет организацию потока входных и выходных файлов в программе Sentaurus.

Рис. 5.6. Поток входных и выходных файлов в Sentaurus Device

Секция Electrode. В этой секции задаются параметры контактов и начальные напряжения на них. Имя каждого определяемого здесь электрода должно совпадать (с учётом регистра) с именем, заданным в Sentaurus Structure Editor. Если контакт не задан в данной секции, то он не участвует при дальнейших вычислениях программы. Далее приведены примеры способов задания контактов:

Electrode {

{Name="source" Voltage=0.0 } *Задаём омический контакт.

{Name="drain" Voltage=0.0 Resistor=100}

*Задаём сопротивление контакта 100 Ом на микрон. { Name="gate" Voltage=0.0 Barrier=-0.55}

*Параметр Barrier в определении затвора задает разницу работ выхода между материалом контакта и полупроводником. В данном случае это 0.55 эВ.

{ Name="HEMTgate" Voltage=0.0 Schottky Barrier=0.78}

*Контакт затвора HEMT транзистора задан как контакт Шоттки с барье-

ром 0.78 V.

}

35

Секция Physics. В секции Physics задаются физические модели, которые будут использованы при моделировании устройства. Приведём пример синтаксиса секции Physics:

Physics {

[list of models]

}

и/или:

Physics (Material="[material name]") { [list of models]

}

и/или:

Physics (RegionInterface="[region name]") { [list of models]

}

Секция Physics без каких-либо дополнительных параметров в скобках означает, что включённые модели применяются ко всем регионам устройства.

Секция Physics с параметром Material=="[material name]" или Region="[region name]" означает, что включённые модели применяются только к определённому материалу или региону соответственно.

Примечание. В секции Physics модели только объявляются или активируются.

Изменить параметры модели можно в файле параметров.

Далее приводится реализация секции Physics на примере простого МОПтранзистора n-типа:

Physics {

Mobility( DopingDep HighFieldSat Enormal ) EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom )

}

В данном случае используются следующие модели, описывающие подвижность носителей заряда:

36

DopingDep – понижение подвижности носителей заряда из-за высокой концентрации примесей.

HighFieldSat – насыщение скорости при больших полях.

Enormal – понижение подвижности носителей заряда из-за рассеивания на деффектах поверхности.

Секция Plot используется для задания переменных, которые должны быть сохранены в Plot-файл (имя которого задано в секции Plot):

Plot {

[list of variables]

}

Например, это могут быть концентрация носителей заряда, плотность тока, распределение электрического поля. Значения переменных могут быть сохранены в файл после окончания работы программы либо во время её работы с помощью команд в секции Solve. Массив сохранённых значений переменных можно просмотреть с помощью программы Tecplot SV.

Для векторных величин, например электрического поля, может быть сохранен векторный компонент переменной. Для этого необходимо добавить "/Vector" (либо “/v”) после имени переменной. Например:

Plot { eCurrent/v

}

Далее представлена типичная секция Plot:

Plot {

eDensity hDensity eCurrent hCurrent Potential SpaceCharge ElectricField eMobility hMobility eVelocity hVelocity

Doping DonorConcentration AcceptorConcentration

}

Секция Math используется для контроля численных вычислений при моделировании. Далее приведена типичная секция Math:

Math {

Extrapolate *off by default RelErrControl *on by default Iterations=20 *default = 50 Notdamped=100 *default = 1000

}

37

Extrapolate: начальное приближение решения для конкретной точки базируется на решениях для двух предыдущих точек.

RelErrControl: включает усовершенствованную схему контроля ошибок. Данная опция включена по умолчанию.

Iterations=20: используется максимум 20 итераций. Если после 20 итераций решение не найдено, то шаг уменьшается.

Notdamped=100: No damping algorithm используется для первых ста ите-

раций методом Ньютона. Damping не рекомендуется использовать для большинства случаев.

Секция Solve содержит информацию, определяющую передаточные характеристики моделируемого объекта. Далее представлена секция Solve для получения ВАХ транзистора:

Solve {

*- Build-up of initial solution: Coupled(Iterations=100){ Poisson } Coupled{ Poisson Electron Hole }

*- Bias drain to target bias Quasistationary( InitialStep=0.01 Increment=1.35 MinStep=1e-5 MaxStep=0.2

Goal{ Name="drain" Voltage= 0.05 } ){ Coupled{ Poisson Electron Hole } }

*- Gate voltage sweep Quasistationary( InitialStep=1e-3 Increment=1.35 MinStep=1e-5 MaxStep=0.05

Goal{ Name="gate" Voltage= 1.5 }

){ Coupled{ Poisson Electron Hole } }

}

Уравнение Пуассона первый раз считается для нахождения начальных решений. Начальные значения напряжений на электродах берутся из секции

Electrode.

Дальше уравнение Пуассона и уравнения непрерывности решаются.

38

Первый оператор Quasistationary увеличивает напряжение стока (drain voltage) до 0.05 В. На самом деле оператор Quasistationary увеличивает переменную t от 0 до 1 и рассчитывает напряжение на каждом шаге так:

V(t) = Vinitial + t * (Vgoal – Vinitial)

Все параметры, написанные для оператора Quasistationary, применяются к переменной t. Начальный шаг устанавливается как InitialStep, который равен 0.01 в этом примере. Тогда начальный шаг по напряжению получаем:

Vinitial+InitialStep*(Vgoal – Vinitial) = 0.0005 V, if Vinitial = 0

Величина шага автоматически изменяется с учетом результата предыдущего шага. Если предыдущий шаг был успешно посчитан, то величина шага для следующего расчёта увеличивается на величину Increment, которая равна 2 по умолчанию и 1.35 в примере. Если предыдущий шаг не был успешно посчитан, то величина шага уменьшается на величину Decrement, которая по умолчанию равна 2. Если величина шага оказалась меньше величины MinStep, то расчёт прекрашается неудачей и выводится соответствующее сообщение. Также величина шага не может быть больше чем MaxStep.

Далее приведён необходимый файл для расчёта:

File{

Grid = "n25_msh.tdr" Plot = "n3_des.tdr"

Current = "n3_des.plt" Output = "n3_des.log"

}

Electrode{

{Name="source" Voltage=0.0 }

{Name="drain" Voltage=0.0 }

{Name="gate" Voltage=0.0 }

{Name="substrate" Voltage=0.0 }

}

Physics{

* DriftDiffusion eQCvanDort

39

EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom ) Mobility(

DopingDep

eHighFieldsaturation( GradQuasiFermi ) hHighFieldsaturation( GradQuasiFermi ) Enormal

)

Recombination( SRH( DopingDep )

)

}

Plot{

*--Density and Currents, etc eDensity hDensity

TotalCurrent/Vector eCurrent/Vector hCurrent/Vector eMobility hMobility

eVelocity hVelocity eQuasiFermi hQuasiFermi

*--Temperature

eTemperature Temperature * hTemperature

*--Fields and charges

ElectricField/Vector Potential SpaceCharge

*--Doping Profiles

Doping DonorConcentration AcceptorConcentration

*--Generation/Recombination SRH Band2Band * Auger

AvalancheGeneration eAvalancheGeneration hAvalancheGeneration

*--Driving forces

eGradQuasiFermi/Vector hGradQuasiFermi/Vector eEparallel hEparallel eENormal hENormal

40