写在前面

昨天忙完开题相关事宜，今天正式开始毕设的实践部分，计划每天写一写今日的任务和进度，属于日记型的个人进度记录，并记录一些思路、困难、解决办法等，若对您有帮助，非常荣幸；若没有帮助，也请勿喷；如果对我的问题等有什么建议，畅所欲言啦！万分感谢。

一、失败的尝试

按照原计划，今天仿真明希的论文《3D 硅像素探测器的研究与制造》中二维硅像素传感器的结构，如图1所示

图1 平面硅探测器单像素剖面图

根据参数比例，估算了器件的大小，在仿真的过程首先遇到了因网格点过多导致的仿真错误

Error: Too many nodes generated.

Change mesh and try again.

中文解释：生成节点太多

解决：改变网格（调疏）重试

修改后进行仿真，由于器件太大，仿真速度很慢，tonyplot生成的器件需要加载很久才能显示，网格结构甚至不能出现。而且对于一些基本的操作还是不熟练，所以，打算先用小器件来熟悉一些工艺和器件仿真的代码，先实现小器件结构和相关特性的仿真，之后再找师兄要具体的器件参数。

二、简单PN结击穿特性仿真

1. 器件结构

参考示例2即diodeex_02

2. 击穿电压图像：

Nb=5e17

Nb=1e18

Nb=5e18

Nb=1e19

Nb=5e19

和理论相符，随着掺杂浓度提高，击穿电压降低，但不符合经验公式。

三、深入理解器件仿真和工艺仿真的区别

不能混用

例如 器件仿真（go atlas）时不能使用deposit 等工艺流程

工艺仿真中遇到了一个难题

如何在器件背面进行高浓度离子注入

简单找了手册，教程，例子等，都没有找到背面离子注入的例子

四、继续学习例子

mos工艺仿真（athena）

init orientation=100 c.phos=1e14 space.mul=2

1.初始化的衬底：晶向100；掺入磷，浓度为1e14 ；全局网格间距（spacing）倍数为2（网格变稀疏）

diffus time=30 temp=1000 dryo2 press=1.00 hcl=3

2.扩散：干氧氧化生成SiO2，即栅氧层 ：扩散总时间：30min；氛围的温度：1000℃；扩散的气体氛围：干氧氧化；指定气氛的分压：单位是atm，默认值是1

etch oxide thick=0.02

3.刻蚀：刻蚀掉表面0.02um的氧化层

1、3对比：

implant boron dose=8e12 energy=100 pears

4.离子注入 注入硼（P型）；注入剂量：8e12；注入离子的能量100，单位KeV，注入后杂质浓度的峰值位置和注入能量有关；离子注入所选择的模型，pears指的是泊松分布。具体区别可仿真离子，如下：

离子注入：高斯分布、泊松分布、SVDP方法分布的区别

分析：感觉峰值处很接近，SVDP拖尾长

diffus temp=950 time=100 weto2 hcl=3

5.扩散：湿氧氧化，温度：950℃；时间100min；湿氧环境：生成速率快，但是致密度没有干氧好，用作隔离；氧化剂气流中HCL的百分比，用于去除Na杂质离子

diffus time=50 temp=1000 t.rate=4.000 dryo2 press=0.10 hcl=3

6.低压扩散：从结果来看是让杂质激活，均匀分布。时间=50min；温度=100℃；t.rate:温度是变温时，设定温度的变化率；扩散的气体氛围是干氧；压力=0.1atm;hcl在气流中占比3%

diffus time=220 temp=1200 nitro press=1

7.扩散：感觉也是杂质激活，在氮气氛围下。时间=220min;温度=1200℃；氮气氛围下；压力=1atm

diffus time=90 temp=1200 t.rate=-4.444 nitro press=1

8.扩散：氮气氛围变温（减少）扩散。 时间=90mn；温度=1200；温度变化率=-4.444；氮气氛围；常压。

etch oxide all

9.刻蚀：刻蚀全部的氧化层 all：指定的材料全部被刻蚀

diffus time=20 temp=1000 dryo2 press=1 hcl=3

10.扩散：干氧氧化，生成栅氧，这是真的。 扩散时间：20min；温度：1000；干氧；常压；HCL占比3%

etch oxide all

11.刻蚀 不明白为什么又要刻蚀掉

diffus time=11 temp=925 dryo2 press=1.00 hcl=3

12.扩散生长栅氧化层 时间=11min；温度=925；干氧氧化；常压；3%

extract name="gateox" thickness oxide mat.occno=1 x.val=0.05

参数提取 栅氧厚度,<QSTRING>：tonyplot中可以显示的量都可以作为该参数，gateox在tonyplot中显示了，但不好人工读取，因此可以提取出。命名为gateox，实时输出行会显示gateox=……；<value_single_line>厚度；材料存在位置是1区，应该指的是硅？；x的值在0.05附近？

结果：

gateox=100.164 angstroms (0.0100164 um) X.val=0.05

implant boron dose=9.5e11 energy=10 pearson 

13.离子注入：硼（P型） ；注入剂量：9.5e11；注入能量：10KeV;泊松分布

depo poly thick=0.2 divi=10 

14淀积多晶硅 电极材料：多晶硅；淀积厚度：0.2um；divisions 外延层纵向网格点数，默认为10

etch poly left p1.x=0.35

15.刻蚀多晶硅，区域：x=0.35以左全部的多晶硅。被刻蚀的材料：多晶硅；LEFT，RIGHT，ABOVE，BELOW：梯形刻蚀，刻蚀区域需由相应的 P1.X，P1.Y 和P2.X，P2.Y 指定；P1.X，P1.Y，P2.X 和 P2.Y：left/right/above/below 刻蚀的位置（μm），p1 参数不可省；

method fermi compress
diffuse time=3 temp=900 weto2 press=1.0

氧化多晶硅：好像必须得加这个数值分析方法，应该是多晶硅和硅的差别导致的

16、扩散 湿氧氧化。时间3min，温度：900；湿氧环境；常压

implant phosphor dose=3.0e13 energy=20 pearson

17.离子注入磷 （n型） 注入剂量：3e13；能量：20KeV；泊松分布

注入前后对比

depo oxide thick=0.120 divisions=8

18.淀积氧化层，作为隔离用 ，厚度为0.12um；分为8份。

etch oxide dry thick=0.120

19.刻蚀掉厚度为0.120um的氧化层。DRY：刻蚀表面形貌不变，整体下降 THICKNESS 大小，如果 ANGLE 和 UNDERCUT设定了，则表面形貌会受其影响；干法刻蚀的刻蚀厚度

implant arsenic dose=5.0e15 energy=50 pearson 

20.离子注入砷 。 注入剂量5e15，能量=20KeV；泊松分布

好像是可以调整阈值电压

method fermi compress
diffuse time=1 temp=900 nitro press=1.0

21.和多晶硅氧化一样，先设置这样的数值方法。扩散（应该是砷粒子的激活特有的格式）时间：1min；温度：900；氮气环境；常压。

前后对比

etch oxide left p1.x=0.2

22.刻蚀x=0.2以左的氧化层，来淀积漏区电极。

前后对比

deposit alumin thick=0.03 divi=2

23.淀积铝。厚度=0.03um，分成两份

前后对比

etch alumin right p1.x=0.18

24.刻蚀金属铝。x=0.18的右侧

对比

提取特性：

extract name="nxj" xj silicon mat.occno=1 x.val=0.1 junc.occno=1

2.提取结深：xj：结深；silicon：材料；材料编号1；给出x轴、y轴的位置；结存在位置

结果：

nxj=0.174286 um from top of first Silicon layer X.val=0.1

nxj=0.101934 um from top of first Silicon layer X.val=0.3

extract name="n++ sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.05 region.occno=1

3.提取方块电阻。命名为n++方块电阻；硅材料，材料位置1，x=0.05；区域标号1

n++ sheet rho=29.0936 ohm/square X.val=0.05

x=0.05处，是重掺杂的n+区

extract name="ldd sheet rho" sheet.res material="Silicon" \
    mat.occno=1 x.val=0.3 region.occno=1

4.提取方块电阻。和上一条区别在于位置是x=0.3处的

ldd sheet rho=2176.81 ohm/square X.val=0.3 LDD区域 ：为减弱热电子效应做的轻掺杂区

x=0.3处电阻明显大于x=0.1，从上图可看出x=0.3处掺杂浓度低

extract name="chan surf conc" surf.conc impurity="Net Doping" \
    material="Silicon" mat.occno=1 x.val=0.45

5.提取沟道表面（电子）浓度。net doping x=0.45

chan surf conc=3.7235e+016 atoms/cm3 X.val=0.45

extract start material="Polysilicon" mat.occno=1 \
    bias=0.0 bias.step=0.2 bias.stop=2 x.val=0.45
extract done name="sheet cond v bias" \
    curve(bias,1dn.conduct material="Silicon" mat.occno=1 
outfile="extract.dat"

6.这是提取一个范围的值。材料：多晶硅；偏置步长0.2，从0增加到2；x的位置为0.45；方块电导随多晶硅偏置变化。可见，达到阈值电压后，栅压越大，电导越大。导通后类似电阻

extract name="n1dvt" 1dvt ntype vb=0.0 qss=1e10 x.val=0.49

7.提取一维阈值电压？体电压为0；表面电荷QSS=1e10；x的位置在0.49um

n1dvt=0.610322 V X.val=0.49

structure mirror right

结构操作：可以保存和导入结构，也可以对结构做镜像或上下翻转。结构向右镜像（left,right,top,bottom）上下：flip.y

结构上下反转

找到办法了，可以进行背面掺杂了 得来全不费工夫

electrode name=gate x=0.5 y=0.1
electrode name=source x=0.1
electrode name=drain x=1.1
electrode name=substrate backside

电极定义：栅极：指定一个材料的一个点即可，这样该材料就整个是一个电极，（0.5，0.1）是多晶硅所在位置，因此多晶硅就是栅极；源极；漏极；背面是衬底（体电极？Vb）

注意和go atlas不同，电极定义在最后，而atlas好像是一开始就定义了

structure outfile=mos1ex01_0.str

结构操作 保存当前结构到结构文件

tonyplot  mos1ex01_0.str -set mos1ex01_0.set

显示当前结构。一直不太明白 -set .set什么意思

总之就设置显示格式，显示一张图时应该没什么重要性

还得专门复习一下tonyplot，回头写一篇Tonyplot各种”花里胡哨（bu'shi)神奇“的专栏。

刚将-set.set删除重新显示了一下

第一幅图是有net doping的详细显示，第二幅没有，或许这就是区别吧

go atlas

器件仿真

models cvt srh print 

物理模型的选取 models和impact都可以进行物理模型的选取，可以调取的模型固定

有无print好像并没有什么区别奥

书上说：相应器件类型的默认模型，由于有 print 参数，所以在 DeckBuild 输出窗口将会列出此仿真模型及其参数。

models mos print

models bipolar prin

ATLAS> models cvt srh print

Mesh

Type: non-cylindrical

Total grid points: 1613

Total triangles : 3034

Obtuse triangles : 78 (2.57086 %)

contact name=gate n.poly
#定义接触 栅极是n型多晶硅，没指出的其他的是欧姆接触，如金属铝与n+
interface qf=3e10
#表面电荷3e10
method newton
#牛顿数值方法
solve init
#计算初始值（电流密度啥的）
# Bias the drain 
solve vdrain=0.1 
#给个漏极电压Vd=0.1，计算值
# Ramp the gate
log outf=mos1ex01_1.log master
solve vgate=0 vstep=0.25 vfinal=3.0 name=gate
save outf=mos1ex01_1.str
#改变栅压，看电流变化，这是转移特性，能得到开启电压
# plot results
tonyplot  mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set

# extract device parameters
extract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \
    - abs(ave(v."drain"))/2.0)
#提取阈值电压，通过计算公式计算得到
extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) \
    * (1.0/abs(ave(v."drain")))
#提取斜率
extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) \
    - (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))
#提取Ntheta 总之就mos管的重要参数，想知道的话需要复习半导体物理与器件
quit

上述三个提取结果：

报错了

ATLAS> tonyplot mos1ex01_1.log

ATLAS> #-set mos1ex01_1_log.set

ATLAS> # extract device parameters

ATLAS>

EXTRACT> init infile="mos1ex01_1.log"

Can't read file 'mos1ex01_1.log': No such file or directory

EXTRACT> extract name="nvt" (xintercept(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) - abs(ave(v."drain"))/2.0)

initialization has not been performed

EXTRACT> extract name="nbeta" slope(maxslope(curve(abs(v."gate"),abs(i."drain")))) * (1.0/abs(ave(v."drain")))

initialization has not been performed

EXTRACT> extract name="ntheta" ((max(abs(v."drain")) * $"nbeta")/max(abs(i."drain"))) - (1.0 / (max(abs(v."gate")) - ($"nvt")))

initialization has not been performed

EXTRACT> quit

tonyplot mos1ex01_1.log -set mos1ex01_1_log.set

试一试这句话加不加set的区别

看过了，没有什么区别，一样的曲线

找到了这些设置文件，用记事本打开是这样的：

确实是没找到.log文件

还找到了工艺过程图保存的路径：

就在事例库附近

.log文件的丢失导致的报错就先记录在这里了。这个例子就先结束了

基本上每局都看懂了，但是整体上一些重复步骤的功能啥的还不明白，还有反推的过程是难点，现在一步一步正着来能看懂，但给我器件，让我来做工艺流程，可是个大难点。不过这个能力是一定要慢慢感悟和掌握的，我看许老师和师兄师姐可以利用设计的工艺流程来申请一些专利，还是很有创新空间的。何况本科做的也不好，工艺方面学到的微乎其微，还好没直接到工艺线上，就先拿这仿真软件练手喽，期待以后的流片。

写在最后

以前用word记录每日学习心得，不过还是感觉CSDN的平台更好，有写日记的感觉，还有和人交流的感觉，应该还会有栏目之类的，帮助我分类，日后看起来也方便。

也不用过于追求格式，实时云端更新，不会像word记录，之后可能不怎么翻，写在这上边，还是有仪式感的，想着可能会有人看，有人点赞，会很开心。虽然我基础很差，但熟能生巧，加油鸭！

能够记录一下每日学过的，就像以前复习理论课抄PPT一样，记下来总归不一样，虽花的时间多，但印象很深刻。而且刚开始需要记得多，之后懂得多了就会越来越少！

今天有了点小小的进展，按理说应该是第三部分的内容，但最后才有，就写到这吧。

先不请教别人，我仿真的思路就是大致按照比例，仿真简单的二维单像素PIN传感器结构，遇到的困难是，网格设置不好，而且对于工艺流程还不够熟练，所以贸然进行仿真只会白费力气，心疼我电脑！

所以这时候我想的是缩小器件，不是等比例，而是有点夸张的，就是厚度也缩小到几微米。刚好就能用上examples里边的diodeex_01，但是遇到了一个问题，他是器件仿真（go atlas），更复杂一点的多次淀积、刻蚀的区域实在难画。然后我直接想着用depo语句，结果报错，搜了好久，发现它是工艺仿真的语句，不能和器件仿真混用，同时器件仿真的doping也不能和工艺仿真混用。

然后就果断换了工艺仿真，感觉depo、etch更加灵活一些。但立马遇到了另外一个问题。这些工艺都是在器件表层处理的，那我PIN结构的衬底的N+怎么处理呢？想了半天，找了很久，连连叹气，都没找到解决办法。一度以为是rotation呢，但他其实是注入的角度（没看清楚是谁和谁的夹角）

（后来这个问题就“得来全不费工夫”的被解决啦，开心）

因为这个问题一筹莫展，就想着毕竟现在基础还不扎实，每天除了做课题，还是要学习一些知识，现在就是工艺仿真喽。

这时的思路是继续仿真工艺流程的示例，就开始找了MOS管的一个工艺仿真流程，逐行逐字逐句来看，遇到模块，就去查阅唐龙谷老师的silvaco简明学习教程，受益匪浅，比当初看懂了更多，也能看懂了，比如一些格式，还找到了用户手册，也在网盘下载的资料里，虽然是英文，随着知识知道的越多，应该会更有帮助。唐老师的书可能对一些细碎语法描述的少。

上边是一天的思路和一些碎碎念，下边说一下今天在课题推进方面的进展

目前的代码：（边改边tonyplot，所以代码不完善，后边还没动）

# (c) Silvaco Inc., 2013
go athena

line x loc=0.00 spac=0.5
line x loc=3.00 spac=0.2
line x loc=5.00 spac=0.25
line x loc=7.00 spac=0.25
line x loc=9.00 spac=0.2
line x loc=12.00 spac=0.5
#
line y loc=0.00 spac=0.1
line y loc=1.00 spac=0.1
line y loc=2.00 spac=0.2
line y loc=5.00 spac=0.4

init silicon c.phosph=5e16 orientation=100 space.mul=2 two.d
#diffuse time=10 temp=950 weto2 press=1.00 hcl.pc=3
depo oxide thick=0.56 div=5
etch oxide start x=3 y=0
etch continue x=3 y=-7
etch continue x=9 y=-7
etch done x=9 y=0.0

implant boron dose=1e14 energy=40  
#应该还差一个热退火

depo material=aluminium thick=0.7 div=5
etch material=aluminium left p1.x=2.5
etch material=aluminium right p1.x=9.5
tonyplot
#structure flip.y
tonyplot
implant phos dose=1e14 energy=40 pearson tilt=7  
save outf=diodeex01_0.str
tonyplot diodeex01_0.str -set diodeex01_0.set


model    conmob  fldmob  srh  auger  bgn 
contact    name=anode workf=4.97

solve      init

method newton

log   outfile=diodeex01.log
solve      vanode=0.05  vstep=0.05  vfinal=1  name=anode
tonyplot diodeex01.log -set diodeex01_log.set
quit

自动记录的过程图：

细节还没深究（哪些工艺做几遍，离子注入后的退火等）

总之做到了这里

上下翻转前后！！！开心，激动

反转后注入！终于等到这个结果啦，明天继续，并完善工艺流程的细节！