網(wǎng)格绿鸣，區(qū)域，摻雜分布等定義好后暂氯，就可以定義器件仿真時(shí)的電極參數(shù)潮模、材料特性和物理模型了，數(shù)值計(jì)算方法定義好后株旷，再施加電壓再登、電流、光照晾剖、磁場(chǎng)就能得到相應(yīng)的器件特性锉矢。

1. 接觸特性

電極的接觸特性由contact命令定義，參數(shù)包括功函數(shù)齿尽、邊界沽损、寄生參數(shù)、電極連接循头、浮柵電容等等绵估。

1.1 Gate的功函數(shù)和肖特基接觸

電極和半導(dǎo)體材料的接觸類型默認(rèn)為歐姆接觸炎疆，如果定義了功函數(shù)，就變成肖特基接觸国裳。定義功函數(shù)（肖特基接觸）的方法有以下幾種：

• 通過(guò)workfunction參數(shù)定義

  contact name=gate workfunction=4.8
  

  定義功函數(shù)為4.8 eV

• 通過(guò)指定接觸材料定義形入，不同的接觸材料對(duì)應(yīng)不同的默認(rèn)功函數(shù)值

  contact name=gate n.polysilicon
  

  常用材料和功函數(shù)對(duì)應(yīng)表

  aluminum	4.10 eV
  n.polysilicon	4.17 eV
  p.polysilicon	4.17 eV+Eg(Si)
  tungsten	4.63 eV
  tu.disilicide	4.80 eV

  對(duì)與鋁和重?fù)诫s的硅，一般來(lái)說(shuō)時(shí)歐姆接觸缝左，這種情況下不要指定功函數(shù)

  contanct name=gate aluminum  # wrong
  

• 通過(guò)barrier和alpha參數(shù)設(shè)置接觸的勢(shì)壘特性

  contact name=anode workfunction=4.9 barrier alpha=1.0e-7
  

  指定名為anode的電極為肖特基勢(shì)壘亿遂，勢(shì)壘高度為4.9 eV。

  sets the work function of the Schottky contact named anode to 4.9 eV enables barrier lowering and sets the dipole lowering coefficient to 1 nm.

1.2 設(shè)置電流邊界狀態(tài)

使用contact命令可以改變電極的控制方式為電流控制渺杉，電流控制適用于電流比電壓更加敏感或者電流是電壓的多值函數(shù)的情形蛇数。

contact name=drian current

改變漏極為電流控制（或者稱為電流邊界）。

Note:如果電極的控制方式為電流控制是越，求解的時(shí)候需要設(shè)置求解方法為block方法或者newton法耳舅。

1.3 定義外電阻、電容或者電導(dǎo)

Lumped resistance, capacitance, and inductance connected to an electrode can be specified using the resistance, capacitance, and inductance parameters in the contact statement.

• Lumped ... 是什么意思倚评？

可以使用contact命令定義電極接觸時(shí)的外電阻浦徊、電容和電導(dǎo)，其單位分別是Ohm, F, H蔓纠。

• 電阻辑畦，電容和電導(dǎo)與電極的串并聯(lián)關(guān)系如何？

contact name=drain resistance=50.0 capasitance=20e-12 inductance=1e-6

Specifies a parallel resistor and capacitor of 50 ohms and 20 pF respectively in series with a 1 uH indujavascript:void(null)ctor.

Note that in 2D simulations, these passive element values are scaled by the width in the third dimension. Since in 2D Atlas assumes a 1um width, the resistance becomes 50 Ohm-um.

分布電阻使用con.resist參數(shù)定義

contact name=source con.resist=0.01

指定源極有一個(gè)分布電阻腿倚，阻值為0.01 Ohm·cm^2

Note:如果仿真時(shí)電極具有外電阻纯出、電容或者電導(dǎo)，仿真時(shí)必須使用block法或者newton法敷燎。

1.4 浮動(dòng)接觸

使用contact命令的floating參數(shù)暂筝，可以定義可編程器件例如EEPROM中的浮柵電極，也可以定義功率器件中的浮場(chǎng)極板(floating field plates)硬贯。

例如：

• 指定浮柵

  contact name=fgate floating
  

對(duì)于直接與半導(dǎo)體材料接觸的電極焕襟，最好不要使用floating參數(shù)。這種類型的浮動(dòng)接觸最好通過(guò)指定電流邊界條件來(lái)仿真：

contact name=drain current

這樣饭豹，在隨后的solve命令中鸵赖，漏極電流邊界條件默認(rèn)為0，從而實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)接觸拄衰。

• > On subsequent solve statements, the drain current boundary condition will default to zero current. Therefore, floating the contact.對(duì)于這句話它褪，按上面的理解可對(duì)？

浮動(dòng)接觸也可以通過(guò)指定外接很高的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)翘悉，這在擊穿仿真時(shí)很有用茫打。

Note that extremely large resistance values must be used to keep the current through the contact insignificant. Using a lumped resistor will allow the tolerance on potential to move slightly above zero. For example, if the tolerance is 10-5V and the defined resistance was only 10MOhm·um, then a current of 10-12 A/um may flow through the contact, which may be significant in breakdown simulations.

1.5 設(shè)置電極短接

定義電極短接有幾種不同的方法：

• 如果器件結(jié)構(gòu)是通過(guò)atlas定義的，在使用electrode命令定義電極的過(guò)程中，如果位置參數(shù)不一樣而name參數(shù)一致老赤，那么這兩個(gè)或者兩個(gè)以上的不同位置的電極將被認(rèn)為是短接的轮洋，這幾個(gè)電極的電壓將始終保持一致

• 如果器件結(jié)構(gòu)是通過(guò)athena進(jìn)行定義的，對(duì)于electrode命令的使用情況與上述情況一致

• 使用contact命令可以在電極名字不一樣的前提下抬旺，對(duì)電極進(jìn)行短接

  contact name=base common=collector
  ...
  solve vbase=0.5
  

  這里將基極和集電極短接起來(lái)弊予，在后續(xù)計(jì)算中，對(duì)基極施加0.5V電壓嚷狞，那么集電極上電壓也是0.5V块促。

  contact命令不僅可以使不同電極短接，而且可以使不同電極之間保持一恒定電勢(shì)差

  contact name=gate1 common=gate2 factor=0.1
  

  這里gate1上的電壓始終等于gate2上電壓加上0.1V床未。

1.6 設(shè)置開(kāi)路接觸

有三種方法可以設(shè)置電極的開(kāi)路狀態(tài)：

• 在生成結(jié)構(gòu)時(shí)將electrode刪掉，沒(méi)有電極自然開(kāi)路
• 在contact定義中采用很大的接觸電阻振坚，比如10^20 Ohm薇搁，這個(gè)接觸電阻相當(dāng)于上拉電阻的作用
• 在contact定義中使用電流控制，然后將電流大小設(shè)置的很小很小或者是零渡八。

2. 材料特性

所有的材料都?xì)w類于半導(dǎo)體啃洋、絕緣體、導(dǎo)體中的一類屎鳍。每一類都有自己特定的參數(shù)宏娄，例如半導(dǎo)體有電子親合勢(shì)、能帶間隙逮壁、狀態(tài)密度孵坚、少子壽命和飽和速度等等。器件仿真的時(shí)候很多材料都有自己默認(rèn)的參數(shù)值窥淆。

材料的特性用material命令設(shè)置卖宠。

material命令的參數(shù)可以分為幾大類。區(qū)域參數(shù)忧饭、能帶結(jié)構(gòu)參數(shù)扛伍、BQP參數(shù)、遷移率參數(shù)等等词裤，這些參數(shù)都對(duì)應(yīng)一定的物理模型刺洒，由一系列方程來(lái)表示這些量。模型方程以及變量的默認(rèn)參數(shù)在ATLAS手冊(cè)的physics部分有詳細(xì)的說(shuō)明吼砂。

常用參數(shù)：

2.1 區(qū)域材料參數(shù)：

• mateiral： 材料名稱
• name：在結(jié)構(gòu)生成時(shí)特定區(qū)域的名稱
• region：在結(jié)構(gòu)生成時(shí)特定區(qū)域的序號(hào)

2.2 能帶結(jié)構(gòu)參數(shù)：

• affinity：電子親合勢(shì) （eV）
• align：不同禁帶寬度材料接觸時(shí)導(dǎo)帶的不連續(xù)參數(shù)
• d.tunnel：肖特基遂穿模型中定義的最大遂穿距離
• eg300：300K時(shí)的禁帶寬度 （eV）
• nc300：300K時(shí)的導(dǎo)帶狀態(tài)密度
• nv300：300K時(shí)的價(jià)帶狀態(tài)密度
• ni.min：本征載流子允許的最小值
• permittivity：材料的介電常數(shù)

2.3 遷移率模型參數(shù)：

• mun：低電場(chǎng)時(shí)電子遷移率（cm^2/(V·s)）逆航，指定遷移率濃度依賴模型
• mup：低電場(chǎng)時(shí)空穴遷移率（cm^2/(V·s)），指定遷移率濃度依賴模型
• vsatn：電子飽和速率（cm/s）
• vsatp：空穴飽和速率（cm/s）

2.4 復(fù)合模型參數(shù)：

• augn：電子俄歇系數(shù)（cm^6/s）
• augp：空穴俄歇系數(shù)（cm^6/s）
• copt：材料的光學(xué)復(fù)合速率（cm^3/s）帅刊，設(shè)定模型時(shí)需要使用model optr
• etrap：SRH復(fù)合時(shí)的陷阱能量(eV)

2.5 碰撞離化參數(shù)

• lambdae：電子平均自由程
• lambdah：空穴平均自由程
• opphe：光學(xué)聲子能量（eV）

2.6 Klaassen模型參數(shù)

• taun0：SRH復(fù)合的電子壽命（s）
• taup0：SRH復(fù)合的空穴壽命（s）

2.7 載流子統(tǒng)計(jì)模型

• eab：受主能級(jí)（eV）
• edb：施主能級(jí)（eV）

2.8 熱載流子注入?yún)?shù)

• ig.elinr：兩次碰撞之間的電子平均自由軌道（cm）
• ig.hlinr：空穴平均自由軌道（cm）
• ig.elinf：電子平均自由程長(zhǎng)度（cm）
• ig.hlinf：空穴平均自由程長(zhǎng)度（cm）

2.9 導(dǎo)體參數(shù)

• drhodt：電阻率溫度系數(shù)(uOhm·cm/K)
• resistivity：電阻率(uOhm·cm)

2.10 晶格溫度相關(guān)參數(shù)

• agalpha：禁帶寬度隨溫度變化的$$\alpha$$參數(shù)（$$eV/K$$）
• egbeta：禁帶寬度隨溫度變化的$$\beta$$參數(shù)($$K$$)
• lt.taun：電子壽命受晶格溫度的影響指數(shù)因子（無(wú)量綱）
• lt.taup：空穴壽命受晶格溫度的影響指數(shù)因子（無(wú)量綱）

舉例：

• 硅材料纸泡，300K時(shí)禁帶寬度為1.12 eV，電子遷移率1100 cm^2/(V·s)

  material material=silicon eg300=1.12 mun0=1100
  

• 區(qū)域1的材料，電子和空穴的俄歇復(fù)合壽命為1us

  material region=1 taun0=1e-6 taup0=1e-6
  

• 由函數(shù)文件描寫(xiě)材料參數(shù)

  material name=silicon f.index=myindex.c
  

3 界面特性

interface用于定義界面電荷密度和表面復(fù)合速率女揭。界面類型默認(rèn)為半導(dǎo)體——絕緣體界面蚤假，也可以是半導(dǎo)體——半導(dǎo)體之間的區(qū)域或者是半導(dǎo)體的邊界區(qū)域。

interface的主要參數(shù)有：qf（面電荷密度：cm^-2)吧兔，位置參數(shù)（x.min, x.max, y.min, y.max）磷仰，復(fù)合速率：s.n（電子表面復(fù)合速率），s.p（空穴表面復(fù)合速率）境蔼，類型參數(shù)：s.s（半導(dǎo)體——半導(dǎo)體界面）灶平，s.m（半導(dǎo)體——金屬），s.c（半導(dǎo)體——導(dǎo)體界面）箍土。

• 界面電荷密度

  interface y.min=0.05 y.max=0.1 qf=-1e11
  

• 電子表面復(fù)合速率（$$cm/s$$）與空穴表面復(fù)合速率（$$cm/s$$）

  interface x.min=-4 x.max=4 y.min=-0.25 y.max=0.1 qf=-1e11 s.n=1e4 s.p=1e4
  

4 物理模型

物理模型通過(guò)models, impact命令指定逢享，這些模型的參數(shù)會(huì)出現(xiàn)在 許多命令中，包括：models, impact, mobility, material等吴藻。這些物理模型可以被分為5大類：

• 遷移率模型
• 復(fù)合模型
• 載流子統(tǒng)計(jì)模型
• 碰撞離化模型
• 隧道模型

除了碰撞離化模型以外的模型都通過(guò)models命令指定瞒爬。碰撞離化模型通過(guò)impact命令指定。

物理模型：

4.1 遷移率模型

• conmob：濃度依賴遷移率模型
• analytic, arora：濃度和溫度依賴遷移率模型
• ccsmob：載流子濃度依賴模型
• fldmob：平行電場(chǎng)依賴模型
• tasch, watt, shirahata：橫向電場(chǎng)依賴模型
• cvt, yamaguchi, kla.x：集成模型

4.2 復(fù)合模型

• srh, consrh, klasrh, trap.tunnel：Shockley-Read-Hall模型
• auger, klaaug：俄歇復(fù)合模型
• optr：光學(xué)復(fù)合模型
• s.n, s.p, surf.rec：表面復(fù)合模型
• trap, inttrap, defect：陷阱復(fù)合

4.3 載流子生成模型

• 碰撞離化模型
  • impact selb：Selberrherr模型
  • impact：Grant模型
  • impact crowell：Crowell-Sze模型
  • impact n.concan p.concan：Concannon
  • impact valdinoci：Valdinoci模型
  • impact toyable：Toyabe模型
• 帶——帶遂穿模型
  • bbt.std：標(biāo)準(zhǔn)模型
  • bbt.kl：Klaassen模型
  • kagun, kagup：能帶變窄模型
• fnord：Fowler-Nordheim遂穿模型
• hei, hhi：熱載流子注入模型
• emiss.xx：熱電子發(fā)射模型
• 載流子統(tǒng)計(jì)模型
  • Boltzmann統(tǒng)計(jì)（默認(rèn)）
  • fermidirac：Fermi-Dirac統(tǒng)計(jì)
  • incomp, ioniz：不完全離化
  • bgn：能帶變窄
• 晶格自加熱和能量平衡模型
  • models lat.temp：晶格加熱
  • models hvte.el, hcte.ho：能量平衡

例如：

models conmob fldmob srh fermidirac
impact selb

指定使用xxx模型沟堡。侧但。。

Specifies that the standard concentration dependent mobility, parallel field mobility, Shockley-Read-Hall recombination with fixed carrier lifetimes, Fermi Dirac statistics and Selberherr impact ionization models should be used.

models conmob fldmob srh fermidirac

采用遷移率模型航罗，壽命模型禀横，費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)

impact selb

采用碰撞離化模型

4.4 特定技術(shù)的模型

針對(duì)特定技術(shù)，有更加簡(jiǎn)便的方法配置相應(yīng)的模型粥血，這些技術(shù)是mos,bipolar,program,erase柏锄。models會(huì)據(jù)此配置一些基本的遷移率、復(fù)合立莉、載流子統(tǒng)計(jì)和隧道模型绢彤。例如，對(duì)于mos模型蜓耻，基本配置模型為cvt,srh,fermidirac茫舶。對(duì)于bipolar的基本模型有conmob,fldmob,consrh,auger,和bgn。mos模型和bipolar 模型分別針對(duì)MOSFET和雙極器件刹淌。

例如：

• mos模型

  models mos print
  

  將會(huì)使用cvt,srh,fermidirac模型

• bipolar模型

  models bipolar print
  

  將會(huì)使用conmob,fldmob,consrh,auger和bgn模型

  ps： 如果lat.temp參數(shù)也在models命令中指定了饶氏，或者temperature參數(shù)與300 K之差大于10 K，那么將會(huì)使用analytic模型而不是conmob模型有勾。

Note：print參數(shù)可以列出運(yùn)行時(shí)使用的模型及相關(guān)參數(shù)疹启，因此強(qiáng)烈建議在models命令中使用print參數(shù)

物理模型的指定也可以針對(duì)特定材料，這樣在異質(zhì)結(jié)器件仿真或者其他的多半導(dǎo)體類型器件的仿真時(shí)給參數(shù)設(shè)置提供了很大的靈活性蔼卡。

• 定義特定材料使用的物理模型喊崖、

  models material=gaas fldmob evsatmod=1 ecritn=6e3 conmob
  

  models material=ingaas srh fldmob evsatmod=1 ecritn=3e3
  

  ?