2.2 Silvaco TCAD仿真软件介绍

Silvaco 的中文名是矽谷科技公司，它是现今市场上唯一能够为芯片代工厂提供最完整解决方案和IC软件的厂商，也是能够提供TCAD工艺和器件模拟、SPICE参数提取、高速精确电路仿真、全定制IC设计与验证等功能的EDA公司，是国内外半导体研究人员通用的工艺和器件仿真软件。

Silvaco TCAD 可实现半导体器件的工艺、器件仿真及小规模的器件与电路混合仿真，能够精确预测工艺结果，以及器件的电学、光学和热学特性。该软件的功能有一维、二维和三维工艺仿真，二维和三维器件仿真，并且提供一些交互式工具。Silvaco TCAD的主要仿真功能及模块如表2.2所示^[4]。

Silvaco 的所有命令文件及各仿真器的调用都在实时运行环境 DeckBuild 中完成，其仿真流程如图 2.3 所示^[4-5]。首先由工艺仿真器 ATHENA 或器件编辑器DevEdit 得到二维（或三维）器件结构，然后通过器件仿真器 ATLAS 求解器件特性，所得结果显示在实时输出窗口或通过可视化工具Tonyplot显示。使用器件编辑器 DevEdit 生成器件的二维仿真结构，DevEdit 中的“区域”由一系列“点”构成，因此可以很灵活地控制器件结构的轮廓。另外，DevEdit 还能直接编辑由工艺仿真器 ATHENA 得到的结构，可对其重新划分网格。网格的划分将直接影响下一步器件仿真的精度，网格点（node）数越多，精度越高，但仿真效率会急剧下降，因此在精度与仿真效率之间要进行折中。注意，Silvaco 中的网格点总数不宜过多。

当进行单粒子效应仿真时，划分网格需要注意以下几点：（1）沟道要细化网格，特别是栅极两端的交界处；（2）器件的敏感区要细化网格；（3）粒子入射位置也要细化网格。

器件仿真器 ATLAS 的仿真流程如图 2.4 所示^[5]。首先对器件结构进行描述，由Mesh、Region、Electrode和Doping分别定义器件的网格、区域、电极和掺杂分布等信息。然后对材料模型进行描述，由 Material、Models、Contact 和Interface 分别对材料参数（包括材料名称、禁带宽度和相对介电常数等）、物理模型（详见2.3节）、接触特性和界面特性进行定义。随后由Method定义仿真中所用的数值计算方法，包括 Newton、Gummel、Block 迭代法等。接着进行求解描述，由 Solve 指令施加电压和电流，由 Log 和 Save 分别将结果保存为日志文件和结构文件。最后由Extract和Tonyplot分别对仿真结果进行提取和显示。