微电子器件模拟实验：从Silvaco讲义探索 Thin Film Resistor到Solar Cell

"silvaco讲义-微电子器件与工艺模拟实验讲义.pdf" 这篇讲义主要涵盖了微电子领域中的器件模拟与工艺实验，利用Silvaco公司的软件工具，包括ATHENA、ATLAS和DEVEDIT进行模拟。这些工具是Silvaco TCAD（Technology Computer-Aided Design）的一部分，用于半导体器件的物理模拟和工艺设计。 实验1介绍了如何使用ATHENA创建薄膜电阻。薄膜电阻是微电子学中常见的元件，其工作原理基于电阻公式，即电阻R等于电阻率ρ乘以横截面积S除以长度l。方块电阻R0是指当薄膜形状为正方形时的电阻，它不考虑长宽比。通过调整电阻材料的电阻率和厚度，以及在平面工艺中调整长宽比，可以精确控制薄膜电阻的阻值。实验中给出了一个具体的目标结构，包括衬底（p型硅，1×1014cm-3浓度）、0.04um厚的氧化层和多晶硅层。 实验2涉及Zener二极管，这是一种特殊的二极管，能够在反向偏置时在高电压下保持击穿状态，从而实现稳压功能。实验3则讲解了如何创建M-S结（金属-半导体接触），这是形成半导体器件中的关键步骤，影响器件性能。 实验4和5关注的是NMOS（N沟道金属氧化物半导体）晶体管的创建和模拟。NMOS是CMOS集成电路的重要组成部分，其工作依赖于栅极氧化层控制通道的开闭。在ATHENA中创建器件结构，在ATLAS中进行电学模拟，理解载流子迁移、阈值电压和亚阈值特性。 实验6演示了使用DEVEDIT进行NMOS器件的进一步设计和编辑，这是一个设备级的模型编辑器，允许用户自定义器件模型参数。 实验7转向MESFET（金属-半导体场效应晶体管），这种器件基于表面电荷控制电流，常用于高频应用。实验8探讨了BJT（双极型晶体管），它是另一种重要的放大器件，基于载流子的复合和注入来控制电流。 实验9是关于太阳能电池的模拟，太阳能电池是将光能转化为电能的关键组件，涉及到复杂的光电效应和能带理论。 实验10转向TFT（薄膜晶体管），在显示技术和柔性电子设备中广泛应用。TFTs通常由氧化物或半导体材料制成，具有薄层结构。 附录A提供了ATLAS中常用语句及其部分参数的参考，这对于理解和编写器件模拟脚本至关重要。附录B简述了集成电路制造工艺，概述了从晶圆制造到器件形成的步骤。 整个讲义详尽地介绍了微电子器件的建模和模拟过程，对于理解半导体器件的工作原理和设计流程具有很高的教学价值。通过这些实验，学生可以深入学习微电子工艺和器件性能的模拟技术，为实际的集成电路设计打下基础。