Методическое пособие 565
.pdf#далее на готовую структуру наносится пассивирующая пленка из нитрида кремния (толщина пленки 0,15 мкм от наивысшей точки структуры)
deposit nitride thickness=0.15 max
#команда создает тетраэдрическую сетку для дальнейшего расчета в
Victory Device (victory(conformal)) и сохраняет готовую структуру в файл export victory(conformal) structure="tft1_0.str"
#Далее для построенной структуры моделируются выходные и передаточные вольт-амперные характеристики – моделирование проводится в модуле Victory Device; для ускорения процесса проводятся вычисления с использованием распределенной арифметики (80 бит)
go victorydevice simflags="-80"
#настройки сетки структуры берутся из созданного выше файла tft1_0.str; метод hybrid говорит о том, что результирующий поток через поверхность с параллельными границами равен нулю (метод улучшает сходимость вычислений); команда prism позволяет распознавать (где это возможно) призматические элементы; команда delaunay определяет так называемые состояния Делоне (ни одна из точек набора S не попадает внутрь ни одной из описанных вокруг полученных треугольников окружностей) и использует метод «ящика», при котором вокруг требуемого узла формируется пространство соединением центров описанных окружностей окружающих элементов; verbose определяет уровень детализации сетки
mesh inf="tft1_0.str" hybridx prism delaunay verbose=2
#команда interface позволяет настроить параметры границ областей прибора; в данном случае указано, что настройки относятся к границе полупровод-
ник-диэлектрик (s.i); плотность заряда в окисле на границе с полупроводником постоянна и равна 3×1010 см-2
interface s.i qf=3e10
#команда contact определяет физические настройки электродов; если для какого-либо электрода данный параметр не задан, электрод по умолчанию станет омическим; в данном случае определена работа выхода электрода затвора
(4,3 эВ)
contact name=gate workf=4.3
#команда material позволяет определять свойства выбранных материалов
#для нитрида кремния задается диэлектрическая проницаемость (ε = 6)
#для кремния ширина запрещенной зоны при 300 К задана как 1,75 эВ, плотность состояний в зоне проводимости при 300 К равна 1×1021 см-3; плотность состояний в валентной зоне при 300 К равна 1×1021 см-3; диэлектрическая
проницаемость кремния ε = 11,8; время жизни электронов при рекомбинации Шоккли-Рида-Холла taun0 равно 2×10-8 с, дырок - 2×10-8 с
# |
подвижность электронов в кремнии составляет 0,5 см2/В×с; |
дырок – 0,01 см2/В×с; |
|
# |
в настройках подвижности задаются параметры скорости насыщения для |
электронов и дырок (vsat = 2×106 см/с)
30
material material=nitride permit=6.0
material material=silicon eg300=1.75 nc300=1e21 nv300=1e21 permit=11.8\ taun0=2e-8 taup=2e-8
material material=silicon mun=0.5 mup=0.01 mobility vsatn=2e6 vsatp=2e6
#команда defects настраивает моделирование дефектов в запрещенной зоне; параметр cont обеспечивает обратную совместимость с редактором Atlas;
#дальнейшие настройки касаются акцептор-подобных ловушек: nta задает относительную плотность (см-3×эВ-1) состояний на границе зоны проводимости в хвосте экспоненциального расщепления акцептор-подобных ловушек; wta задает характерную энергию расщепления (эВ) для экспоненциального расщеп-
ления хвоста зоны для акцептор-подобных ловушек; nga задает относительную плотность акцептор-подобных ловушек (см-3×эВ-1) для пика Гауссового распределения; wga задает характерную энергию распада акцептор-подобных ловушек в Гауссовом распределении; sigtae определяет сечение захвата электронов
на экспоненциальном хвосте распределения акцептор-подобных ловушек или акцептор-подобные ловушки, возникшие под воздействием радиации (см2); sigtah задает сечение захвата дырок на экспоненциальном хвосте распределе-
ния акцептор-подобных ловушек или акцептор-подобные ловушки, возникшие под воздействием радиации (см2); siggae определяет сечение захвата электронов в Гауссовом распределении для акцептор-подобных ловушек (см2); siggah зада-
ет сечение захвата дырок в Гауссовом распределении для акцептор-подобных ловушек (см2); numa задает число энергетических уровней, используемых для моделирования акцепторных дефектов; numd задает число энергетических уровней, используемых для моделирования донорных дефектов;
defect cont nta=5e19 wta=0.06 nga=2.75e16 ega=0.85 wga=0.5 \ sigtae=1e-17 sigtah=1e-15 siggae=1e-17 siggah=1e-15 \ numa=12 numd=0
#дальнейшие настройки касаются донор-подобных ловушек: ntd (см-3×эВ-1) определяет относительную плотность состояний на границе валентной зоны на хвосте экспоненциального расщепления донор-подобных состояний; wtd определяет характерную энергию расщепления (эВ) для экспоненциального хвоста распределения донор-подобных состояний; … (см. выше аналогично параметрам для акцепторов)
defect cont ntd=1e20 wtd=0.11 ngd=1e17 egd=0.85 wgd=0.5 \ sigtde=1e-15 sigtdh=1e-19 siggde=1e-15 siggdh=1e-19 \ numd=12 numa=0
#команда intdefects подключает моделирование дефектов на границе запрещенной зоны и задает параметры модели; данная модель обычно используется для моделирования тонкопленочных транзисторов; s.i показывает, что моделирование будет происходить на всех границах полупроводник-диэлектрик; egd определяет энергию, соответствующую пику Гауссового распределения для донор-подобных состояний (отсчитывается от границы валентной зоны); (рас-
31
шифровки остальных команд рассмотрены выше для акцептор-подобных дефектов)
intdefect s.i cont nta=0 ntd=1e0 wtd=0.065 ngd=7e11*0.17 \ egd=1.25 wgd=0.2 sigtde=1e-16 sigtdh=1e-16 \ siggde=1e-15 siggdh=1e-15 numa=0 numd=24
#команда models определяет, какие физические механизмы и модели будут задействованы при моделировании; bbt.kla выбирает туннелирование «зоназона» с использованием значений Клаассена;
models bbt.kl e.field.derivs
#команда method определяет численные методы, которые будут использоваться для расчета выражений, и устанавливает параметры для этих методов; maxtraps определяет максимальное количество подходов для расчета каждого уменьшения смещения для более точной сходимости расчета; pam.gmres указывает на то, что линейные расчеты будут получены с использованием метода распараллеленных GMRES (gmres - линейные вычисления, получаемые с использованием метода обобщения минимального остатка); norm.scaling.local указывает на то, что нормы правила правой стороны приведены к безразмерному виду и масштабируются по значению конкретной ячейки моделирования (обычно используется при 3D моделировании)
method maxtrap=4 pam.gmres norm.scaling.local
#команда output позволяет задавать переменные, которые будут сохраняться в выходной файл структуры; в данном случае сохраняется u.bbt (компонента, ответственная за туннелирование зона-зона, взятая из величины рекомбинации);
output u.bbt
#команда solve указывает модулю Victory Device на начало расчета в заданных параметрах
#initial устанавливает все значения напряжения в 0 В; если этот параметр не задан для первой точки смещения напряжения (или другого расчетного параметра), параметр solve initial задается неявно; параметр solve initial всегда осуществляет расчет в режиме приложения нулевых смещений без приложения внешних воздействий; в результате обеспечивается хорошее начальное приближение расчетов
#параметр previous говорит о том, что в новом расчете в первом приближении будут использованы параметры первого приближения из более раннего расчета
solve init solve previous
#первый расчет проводится при напряжении на стоке 0,1 В
#команда save выполняет 2 функции: 1) выводит всю информацию с узловых точек в выходной файл структуры (всегда сохраняются границы областей, электроды, сетка и степень легирования), если параметр используется вместе с параметром solve, вся информация по электрическому моделированию в дан-
32
ном блоке решения сохраняется также; 2) выводит плотность и степень ионизации для ловушек и дефектов в log-файл
#vstep определяет приращение смещения в блоке измерения
#name идентифицирует электрод, к которому прикладывается воздействие, по его имени
#outfile определяет название файла структуры, в котором сохраняются выходные данные
#vfinal – конечная величина смещения напряжения в данном блоке расчета solve vdrain=0.1
save outfile=tft1_1.str solve vdrain=1
solve vstep=1 vfinal=5 name=drain previous save outfile=tft1_2.str
solve vstep=1 vfinal=10 name=drain previous save outfile=tft1_3.str
solve vstep=1 vfinal=15 name=drain previous save outfile=tft1_4.str
solve vstep=1 vfinal=20 name=drain previous save outfile=tft1_5.str
#load подгружает предыдущий расчет из файла в качестве начального приближения для последующей точки смещения
#infile указывает на имя файла структуры, который будет использован в качестве входного
#master указывает на то, что входной файл выполнен в формате Silvaco SDB ASCII; данный флаг в Victory Device используется для совместимости с
Atlas
#log указывает файл, куда будут сохраняться все внешние характеристики при расчете; расчеты на постоянном токе, на переменном токе или передаточные характеристики, построенные в параметре solve, далее сохраняются в log- файле; если log-файл вовремя сохранения информации уже был открыт, открытый файл закроется, а новый будет открыт
#outfile определяет имя log-файла
#off завершает внесение информации в открытый log-файл load infile=tft1_1.str master
log outfile=tft1_1_rev.log
solve vgate=0 vstep=-1 vfinal=-30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_2.str master log outfile=tft1_2_rev.log
solve vgate=0 vstep=-1 vfinal=-30 name=gate previous log off
#
33
load infile=tft1_3.str master log outfile=tft1_3_rev.log
solve vgate=0 vstep=-1 vfinal=-30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_4.str master log outfile=tft1_4_rev.log
solve vgate=0 vstep=-1 vfinal=-30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_5.str master log outfile=tft1_5_rev.log
solve vgate=0 vstep=-1 vfinal=-30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_1.str master log outfile=tft1_1_fwd.log
solve vgate=0 vstep=1 vfinal=30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_2.str master log outfile=tft1_2_fwd.log
solve vgate=0 vstep=1 vfinal=30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_3.str master log outfile=tft1_3_fwd.log
solve vgate=0 vstep=1 vfinal=30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_4.str master log outfile=tft1_4_fwd.log
solve vgate=0 vstep=1 vfinal=30 name=gate previous log off
#
load infile=tft1_5.str master log outfile=tft1_5_fwd.log
solve vgate=0 vstep=1 vfinal=30 name=gate previous log off
#
# Расчет выходной вольт-амперной характеристики с использованием ранее полученных данных для напряжений сток-исток и затвор-исток
#
34
solve init solve vgate=0
save outfile=tft1_6.str solve vgate=5
save outfile=tft1_7.str solve vgate=10
save outfile=tft1_8.str solve vgate=15
save outfile=tft1_9.str solve vgate=20
save outfile=tft1_10.str solve vgate=25
save outfile=tft1_11.str solve vgate=30
save outfile=tft1_12.str
#
load infile=tft1_6.str master log outfile=tft1_6.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_7.str master log outfile=tft1_7.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_8.str master log outfile=tft1_8.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_9.str master log outfile=tft1_9.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_10.str master log outfile=tft1_10.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_11.str master log outfile=tft1_11.log
35
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_12.str master log outfile=tft1_12.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
# Расчет обратной ветви (смена положения истока и стока); команды аналогичны рассмотренным выше
go victorydevice simflags="-80 -P 10"
#
mesh infile="tft1_0_noSD.str" hybridx prism delaunay verbose=2
#
electrode name=source region=1 electrode name=drain region=2
#
interface s.i qf=3e10
#
contact name=gate workf=4.3
#
material material=nitride permit=6.0
material material=silicon eg300=1.75 nc300=1e21 nv300=1e21 \ permit=11.8 taun0=2e-8 taup=2e-8
material material=silicon mun=0.5 mup=0.01 mobility vsatn=2e6 vsatp=2e6
#
defect cont nta=5e19 wta=0.06 nga=2.75e16 ega=0.85 wga=0.5 \ sigtae=1e-17 sigtah=1e-15 siggae=1e-17 siggah=1e-15 \ numa=12 numd=0
#
defect cont ntd=1e20 wtd=0.11 ngd=1e17 egd=0.85 wgd=0.5 \ sigtde=1e-15 sigtdh=1e-19 siggde=1e-15 siggdh=1e-19 numd=12 \ numa=0
#
intdefect s.i cont nta=0 ntd=1e0 wtd=0.065 ngd=7e11*0.17 \ egd=1.25 wgd=0.2 sigtde=1e-16 sigtdh=1e-16 \ siggde=1e-15 siggdh=1e-15 numa=0 numd=24
#
models bbt.kl e.field.derivs
#
method maxtrap=4 pam.gmres norm.scaling.local
#
36
output u.bbt
#
solve init solve vgate=0
save outfile=tft1_13.str solve vgate=10
save outfile=tft1_14.str solve vgate=20
save outfile=tft1_15.str solve vgate=30
save outfile=tft1_16.str
#
load infile=tft1_13.str master log outfile=tft1_13.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_14.str master log outfile=tft1_14.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_15.str master log outfile=tft1_15.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
#
load infile=tft1_16.str master log outfile=tft1_16.log
solve vdrain=0 vstep=0.5 vfinal=25 name=drain log off
# tonyplot определяет переход к модулю построения графиков
(рис. 18 – 20)
#overlay накладывает построенные кривые одна на другую
tonyplot -overlay tft1_1_fwd.log tft1_2_fwd.log tft1_3_fwd.log tft1_4_fwd.log
tft1_5_fwd.log tft1_1_rev.log tft1_2_rev.log tft1_3_rev.log tft1_4_rev.log tft1_5_rev.log -set tft1_0.set
37
Рис. 18. Прямая и обратная ветви ВАХ тонкопленочного транзистора
tonyplot -overlay tft1_6.log tft1_7.log tft1_8.log tft1_9.log tft1_10.log tft1_11.log tft1_12.log -set tft1_1.set
Рис. 19. Семейство прямых ветвей выходной характеристики тонкопленочного транзистора
tonyplot -overlay tft1_13.log tft1_6.log tft1_14.log tft1_8.log tft1_15.log tft1_10.log tft1_16.log tft1_12.log -set tft1_2.set
38
Рис. 20. Семейство прямых ветвей выходной характеристики тонкопленочного транзистора при изменении положения стока и истока
#tonyplot3d определяет построение структуры в 3D режиме (рис. 21) tonyplot3d tft1_0.str -set tft1_3.set
39