一、进行示例中CV特性仿真的学习

mos1ex01

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1.1 CCD代码示例学习：（CCDex01）

代码逐块解读：

（1）网格定义的硅片初始化

# (c) Silvaco Inc., 2013
go athena

line x loc= 0.00 spac=0.5
line x loc= 3.00 spac=0.1
line x loc= 3.20 spac=0.1
line x loc= 4.70 spac=0.25
line x loc= 6.20 spac=0.1
line x loc= 7.00 spac=0.2

line y loc=0.00  spac=0.05
line y loc=0.6   spac=0.1
line y loc=3.0   spac=0.5


# Define material, orientation, initial doping
init silicon c.boron=5e15 orientation=100 space.mult=2

X:7um；Y：3um   

硅片初始化：均匀掺杂硼（B），掺杂浓度为5e15/cm3，晶向100，网格间距×2

网格定义：乘数前；乘数后 

可见，加入spac.mult=2乘数后网格变得稀疏了一倍

可提取一下方块电阻：

extract name="I sheet rho" sheet.res material="Silicon" mat.occno=1 x.val=5 region.occno=1

提取结果：

I sheet rho=9168.86 ohm/square  X.val=5

（2）工艺流程

①离子注入（形成表面n-区）：注入磷（P），注入剂量8e11，注入能量120KeV，退火时间60min，温度950℃

此处可提取一下结深。

# form n- active layer at surface 
implant phosphorus dose=8e11 energy=120

# active layer diffusion
diffuse time=60 temp=950 nitro

cutline:

 结深估算：

结深提取：

 pn-xj=0.0411107 um from top of first Silicon layer  X.val=5

和我预想的不一样

而且有两条结线，猜测：

注入P峰值浓度在2.5e16，会向左、右分别形成结

② 淀积氧,厚度0.04um，网格分为3份

deposit oxide thick=0.04 divisions=3

③ 淀积光刻胶，厚度3um，网格分为2份

deposit photo thick=3.0 divisions=2

 ④刻蚀光刻胶：刻蚀区域：X：3.5->7

etch photores start x=7 y=-10.0
etch cont x=7 y=10.0
etch cont x=3.5 y=10.0
etch done x=3.5 y=-10.0

 释放网格：释放y≥1um处的网格

relax y.min=1.0

前后对比：

已经很宽的网格不变，其实是垂直于x轴的线变少了。

⑤离子注入（注入硼B，形成p-区），峰值浓度1e16

implant boron dose=1e11 energy=80

 ⑥刻蚀所有光刻胶

etch photores all

⑦淀积多晶硅 厚度：0.12um

deposit poly thick=0.12 div=1

⑧刻蚀两个多晶硅窗口：X：（3，3.2）；（6.2，7） 

etch poly start x=3.0 y=-5
etch cont x=3.0 y=5
etch cont x=3.2 y=5
etch done x=3.2 y=-5
 
etch poly start x=6.2 y=-5
etch cont x=6.2 y=5
etch cont x=7.0 y=5
etch done x=7.0 y=-5

 ⑨淀积光刻胶 厚度1um

deposit photo thick=1.0 divisions=8

 ⑩刻蚀光刻胶和氧（右刻蚀，x≥6.2）

etch photo right p1.x=6.2
etch oxide right p1.x=6.2

 11 离子注入：（注入砷As形成N型区，注入剂量1e15，注入能量50KeV）

implant arsenic dose=1e15 energy=50

12.完全去除暴露的材料（strip）,此处指去除光刻胶（photo）

strip

 13.淀积铝  厚度0.1um

deposit alum thick=0.1 div=2

14.刻蚀铝（左刻蚀，x≤6.5）

etch alum left p1.x=6.5

（3）电极定义

electrode name=sto_gate x=0
electrode name=tra_gate x=4
electrode name=drain x=6.9
electrode name=substrate backside

 四个电极：分别是：sto_gate，tra_gate，drain substrate

字面意思：sto猜测是storage（存储，相比drain面积也大）；tra猜测是transport（运输）；drain类比mos漏极（高浓度n区）

（4）参数提取（储存区和运输区结深）

extract name="storage_xj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=1 junc.occno=2
extract name="transfer_xj" xj material="Silicon" mat.occno=1 x.val=5 junc.occno=2

提取结果：
storage_xj=0.312419 um from top of first Silicon layer  X.val=1

transfer_xj=0.281501 um from top of first Silicon layer  X.val=5

注意参数：junc.occno：结的序号，应该选为2

（5）结构操作（保存结构并显示）

structure outf=ccdex01_0.str
tonyplot ccdex01_0.str -set ccdex01_0.set

注意显示设置set文件

（6）器件仿真（电学、光学？）

① 接触、材料、模型、表面电荷定义

go atlas

contact name=sto_gate n.poly
contact name=tra_gate n.poly

material taun0=1e-7 taup0=1e-7
models cvt consrh bgn auger print 
interface qf=3e10

taun0,taup0：SRH复合的电子和空穴寿命

模型：

cvt：迁移率模型的集成模型

consrh：Shockley-Read-Hall 复合模型

bgn:能带变窄模型

auger：俄歇复合模型、

表面电荷浓度：3e10

②光束定义：波长0.6um，出射点：（0，-1），表面垂直入射

beam num=1 wavelength=0.6 x.ori=0 y.ori=-1 max.win=2 angle=90

学习一下唐老师书籍的光电特性仿真：

例：光源为单色光，波长0.8um

beam num=1 x.origin=5 y.origin=-2 angle=90 wavelenght=.8

例：光束是复合光，波长范围由开始波长、结束波长以及波长数目定义

beam num=1 x.origin=5 y.origin=-2 angle=90 wavel.start=.5 wavel.end=1.7 \
           wave.num=13

③初值求解和计算方法

牛顿迭代法

solve init

method newton climit=1e-4 

④求解IV特性并保存此时的器件结构

solve v1=-6 v2=-6 
solve vdrain=0.1
solve vdrain=1 vstep=1 vfinal=15 name=drain
save outf=ccdex01_1.str
tonyplot  ccdex01_1.str -set ccdex01_1.set

v1 v2默认指的是 V( sto_gate)、 V( tra_gate)，下述结果可证明（应该就是先定义的两个电极）

ATLAS> method newton climit=0.0001
ATLAS> solve v1=-6 v2=-6

Obtaining static solution:

 V( sto_gate) = -6          
 V( tra_gate) = -6

 刚仿真了一下击穿特性，击穿电压在十几伏，得加上impact crowell

显示此时器件中的电子浓度

⑤提取器件特性

#extract electron concentration in empty well (1.0e4 is to scale into I/cm^3)
extract init inf="ccdex01_1.str"
extract name="n_in_empty_well" 1.0e+4*area from curve(depth,n.conc material="Silicon" mat.occno=1 x.val=1.0) 

也不知道是提取什么，回头复习吧

从下面可以看出就是提取的电子浓度相关（）

EXTRACT> extract name="n_in_empty_well" 1.0e+4*area from curve(depth,n.conc material="Silicon" mat.occno=1 x.val=1.0)
Extracting existing "Electron Conc" from structure, no re-calculations required
n_in_empty_well=1.52958e+014   X.val=1

在器件结构的电子浓度里包含

⑥光电效应仿真并保存器件结构

# now turn on light beam in transient

solve b1=1 ramp.lit ramptime=5e-9 dt=1e-11 tstop=20e-9 outf=light.str master onefile
solve b1=0 ramp.lit ramptime=5e-9 dt=1e-10 tstop=50e-9

#save charged structure
save outf=ccdex01_2.str
tonyplot  ccdex01_2.str -set ccdex01_2.set

⑦提取光电仿真中的电子浓度

#extract electron concentration in full well (1.0e4 is to scale into I/cm^3)
extract init inf="ccdex01_2.str"
extract name="n_in_full_well" 1.0e+4*area from curve(depth,n.conc material="Silicon" mat.occno=1 x.val=1.0) 
extract name="stored_n" $n_in_full_well - $n_in_empty_well

空阱和满阱？

提取结果：

EXTRACT> extract name="n_in_full_well" 1.0e+4*area from curve(depth,n.conc material="Silicon" mat.occno=1 x.val=1.0)
Extracting existing "Electron Conc" from structure, no re-calculations required
n_in_full_well=5.29832e+017   X.val=1
EXTRACT> extract name="stored_n" 5.29832e+017 - 1.52958e+014
stored_n=5.29679e+017 

⑧绘制不同状态的图像

# now do transfer
# ramp transfer gate to +2V
log outf=transfer.log
solve v2=2 ramptime=1e-9 dt=1e-11 tstop=1e-6 outf=ccdex01_00 master


tonyplot ccdex01_00 ccdex01_09 ccdex01_0G ccdex01_0N ccdex01_0U ccdex01_0c -set ccdex01_3.set

quit

这个master 还有下边的090G0N什么意思？

字面意思是展示输运过程？

二、唐龙谷书籍中搜索CV特性仿真并进行学习

3.6.2 交流小信号特性

交流仿真的语法和直流仿真的语法很相似，只是添加了频率相关的参数。有两种交流仿真类型，一是频率不变只变直流偏置，一是变频率直流偏置不变。

例:

solve vgate=-5 vstep=0.1 vfinal=5.0 name=gate ac freq=1e6

交流仿真可以得到器件的CV特性，应用在MOS器件仿真则可以得到栅——源电容，栅——漏电容和栅——衬底电容。对于MOS中源和衬底不相接和相连接（由器件编辑器将源和衬底用金属层连接起来）的两种接法下使用下例仿真其交流特性，得到下图所示的电容电压特性

 例：交流仿真，变交流频率（能得到两端口的电容随频率变化的特性）。频率从1GHz增加到11GHz，以1GHz为步长。

solve vbase=0.7 ac freq=1e9 fstep=1e9 nfstep=10

例：交流仿真，在初始频率的基础上按倍数增加，从1MHz开始，频率每一次增加为原来的两倍，总共增加10次，这样最后为2^10*1MHz=1.024GHz

solve vbase=0.7 ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfstep=10

例：直流偏置和交流频率一起改变，这会在每一个直流偏置点都对频率进行扫描。

solve vgate=0 vstep=0.05 vfinal=1 name=gate ac freq=1e6 fstep=2 mult.f nfsteps=10

三、唐龙谷书籍中搜索瞬态特性仿真并进行学习

瞬态仿真用于时间相关的测试或响应。瞬态仿真可以由逐段线性方式，指数函数方式和正弦函数方式获得。

例：在ramptime时间内栅压加到1V，然后保持直到tstop，

solve vgate=1.0 ramptime=1e-9 tstep=0.1e-9 tstop=1e-8

示意图：

 例：光电器件瞬态响应，光强在ramptime内从5W/cm2减小为0

go atlas
init infile=CCD.str

model srh optr fldmob evsatmod=1 ecritn=6.e3 fermidirac print bgn impact
impact selb an2=1e7 ap2=9.36e6 bn2=3.45e6 bp2=2.78e6

output con.band val.band band.para flowline
method gummel newton trap

beam num=1 x.orgin=0 y.orign=4.0 angle=270.0 wavelength=.8\
     back.refl front.refl reflect=5 min.power=0.001

solve b1=5
log outf=photo_current_transient.log master
solve b1=0 ramp.lit ramptime=1e-9 tstop=10e-9 tstep=1e-12

tonyplot photo_current_transient.log -set photo.set
quit