Silvaco TCAD实战：半导体器件与二维仿真实例

"该文介绍了数值计算方法在Silvaco TCAD软件中的应用，特别是针对半导体器件仿真的ATLAS仿真器。文中提到了多种物理模型，包括Boltzmann统计、Fermi-Dirac统计、不完全离化、能带变窄、晶格自加热和能量平衡模型等，并通过示例解释了模型的配置和使用。此外，还讨论了不同器件类型（如MOS、BIPOLAR）的默认模型设置。在数值计算方法方面，ATLAS基于耦合的非线性偏微分方程进行计算，使用迭代方法求解非线性问题，关注收敛性、精确性、效率和坚固性。" 详细内容： Silvaco TCAD是一种广泛应用于半导体工艺和器件仿真领域的软件，它整合了工艺仿真器ATHENA和器件仿真器ATLAS，帮助用户在设计和优化半导体器件时减少实验成本和时间。在器件仿真过程中，ATLAS采用数值计算方法解决一到六个耦合的非线性偏微分方程，以模拟半导体器件的行为。 文中特别强调了各种物理模型在仿真中的作用。例如，Boltzmann统计和Fermi-Dirac统计分别描述了载流子的分布状态；不完全离化模型考虑了载流子的离化程度；能带变窄模型则考虑了能带结构的影响。晶格自加热和能量平衡模型用于模拟器件在工作时的温度变化和能量流动情况。通过示例代码，用户可以学习如何在仿真中配置这些模型，如使用`models conmob fldmob srh fermidirac`设置迁移率模型、寿命模型和费米－狄拉克统计。 此外，ATLAS可以根据器件类型自动配置合适的模型，例如，对于MOS器件，基本模型包括cvt、srh和fermidirac，而对于BIPOLAR器件，会有conmob、fldmob、consrh、auger和bgn等模型。这提高了仿真过程的便捷性和准确性。 在数值求解方面，ATLAS采用迭代方法处理非线性代数系统，初始值的选取、问题的线性化以及线性子问题的求解策略都会影响到求解的收敛性、精确性、效率和坚固性。收敛性关乎解是否能稳定到达正确的状态，精确性衡量计算结果与真实结果的接近程度，而效率则涉及到计算时间，坚固性是指在不同条件下的稳定表现。 对于多半导体类型器件的仿真，可以通过定义特定材料的物理模型来提高仿真灵活性。例如，`models material=gaas fldmob evsatmod=1 ecritn=6e3 conmob`定义了GaAs材料使用的模型。类似地，可以为其他材料如InGaAs定义相应的模型。 总体而言，Silvaco TCAD的ATLAS仿真器结合了丰富的物理模型和高效的数值计算方法，为半导体器件的仿真研究提供了强大工具，有助于工程师和研究人员在设计和优化器件时做出更明智的决策。