S-Pisces - 2D Silicon Device Simulator
Simulate silicon based technologies
Use drift-diffusion and energy balance transport equations

器件仿真系统

Atlas是一个二维和三维器件仿真器,可对硅半导体器件以及二元、 三元、四元基于材料二维和三维器件进行直流、交流和瞬态分析。Atlas的功能允许表征和优化半导体器件以适用于广泛的技术。

引言

器件仿真帮助用户理解和描述一个器件中的物理过程,并对下一代器件将产生的行为做出可靠的预测。二维及三维器件仿真和适当选择的校准模型以及很好的网格结构定义对于新型器件结构的预测参数分析非常有用。二维和三维建模以及仿真工艺帮助用户更好地理解新的和现有器件的的属性和行为,并有助于提供更好的可靠性和可扩展性,同时也有助于提高开发速度以及降低风险和不确定性。

特征

  • 无需昂贵的分批作业试验即可精确地表征基于物理的器件在二维或三维中的电、光和热性能
  • 解决成品率和工艺变化问题的速度,以最佳组合优化速度、功率、密度、击穿、漏电、发光度和可靠性
  • 完全与Athena工艺仿真软件整合,具有完善的可视化软件包、实例丰富的数据库和简单器件语法
  • 提供最多选择的硅、III-V、II-VI、IV-IV或聚合/ 有机技术,包括CMOS、BJT、高压功率器件、VCSEL、TFT、光电子、激光、LED、CCD、传感器、熔丝、NVM、铁电材料、SOI、Fin-FET、HEMT和 HBT
  • 通过将Atlas结果直接导入Utmost IV以供 SPICE参数提取,从而将TCAD 连接到流片(Tapeout)
  • 支持多核和多处理器SMP机器的并行处理
  • 全球各地有分支机构提供支持
  • Silvaco的安全加密最大程度地保护客户和第三方的知识产权

功能

  • 先进半导体器件的电、热和光特性允许器件性能优化
  • 解决当前的技术挑战,帮助用户缩短产品开发时间
  • 为下一代器件探索新型器件工艺

应用

电源

Atlas的功能可优化功率器件(如MOS、LDMOS、SOI、晶闸管、IGBT)的电和热性能。Atlas使用的扩展精度数值可对宽带隙材料(如SiC和GaN) 进行稳定和精确的仿真。这些器件还可以嵌入电路并由内置的SPICE电路仿真器来仿真。

在锁定状态下器件的热点和电流的位置

 

高级 CMOS

热载流子、应力和量子修正和隧穿模型允许仿真高级CMOS器件,如FinFET和FDSOI。

在平面内有效质量 mx=my=mt=0.19m0
和平面外质量 mz=me=0.91m0的环绕栅极晶体管在10纳米直径通道的波函数

 

如快速产品空间二维薛定谔(Schrodinger)求解器所检测到的 ,在5041网格点的网格上在14×14纳米矩形结构一个自洽的量子电子密度掺杂至 1020 cm-3

复合半导体

支持广泛的复合材料,例如SiGe、GaAs、 AlGaAs, InP, SiC, GaN, AlGaN 和InGaN,允许表征复杂的复合半导体器件。

由Blaze产生的求解文件包含内部器件变量,如电子浓度。肖特基势垒产生栅极下方的耗尽层。电子积累在通道窄带隙材料中。

导带边缘的电势变化以及在GaAs/ AlGaAs HEMT器件的栅极下前七个束缚态能级。在这里,我们可以看到异质结带来的限制以及AlGaAs顶层耗尽导致的势阱。

 

显示器

Atlas支持高级缺损模型,允许表征薄膜器件。

顶栅N沟道多晶硅TFT。这种类型的器件用于驱动有源矩阵型显示器元件。在0V电位轮廓被显示。晶粒尺寸为600nm,多晶硅厚度为50nm,栅氧化层厚度为140nm。

 

金属电极几何形状对于底栅a-Si TFT之类的器件非常重要。 TFT三维正确地考虑到这些几何对电流和电容的效应。

在VD =1V时的底栅a-Si TFT器件

 

光电

太阳能电池、CMOS图像传感器、, LEDs oLEDs, LASERs 和 VCSELS等之类的器件的光电响应可以采用Atlas进行仿真。可用模式求解器、射线追踪、传递矩阵法(TMM)、时域有限差分(FDTD)法。

 

Athena创建的一个微透镜CCD器件结构图。由Luminous产生的几何射线跟踪数据在该结构上叠置。几何射线追踪功能使得能够分析用于优化收集效率并减少串扰的复杂的非平面结构。该光生率是根据所述射线追踪提供的本地光强度算出。

成像阵列单元特定颜色的三维光线跟踪

应用时域有限差分方法分析LED输出耦合光子耦合器件,如光子晶体和光栅

 

辐射

辐射效应,如单事件翻转(SEU)、单粒子事件烧毁(SEB)、总剂量和剂量率等之效应可在稳态、交流和瞬态中仿真。

SEU撞击的定义结合e-h对作为时间的函数、从粒子轨道中心的距离以及从颗粒入口点的距离。进入和退出点可任意,并支持多个颗粒撞击。

 

新型器件

用于铁电电介质、磁场、和离子迁移的模型允许新型器件的表征。

针对不同的漏极偏置值而仿真的不饱和铁电极化曲线

Atlas Modules

S-Pisces

二维硅器件仿真器. S-Pisces是一个高级二维器件仿真器,用于结合漂流扩散和能量平衡传输方程的硅化技术。它拥有大量的可用物理模型集合,包括表面/体积迁移率、复合、碰撞电离和隧道模型等。典型应用包括MOS、双极和BiCMOS技术。所有物理模型性能已扩展至深亚微米器件、 SOI器件和非易失性存储结构。



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Luminous

二维光电器件仿真器 Luminous是一个高级器件仿真器,专为非平面半导体器件中的光吸收和光电生成的仿真而设计。它利用几何射线追踪技术而求得用于一般光源的精确解。此特征使Luminous能够仿真任意拓扑结构、内部和外部反射和折射,极化相关性和偏振极化等。Luminous也支持光学转换矩阵分析法,用于分层器件中的相干效应。光束传播法也可以用来仿真相干效应和衍射。Luminous在ATLAS系统中与S-Pisces和Blaze 器件仿真器、 以及其它ATLAS器件技术模块完全整合。



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Organic Solar

有机太阳能电池和光电探测器仿真器. Organic Solar模块使得ATLAS 可仿真有机太阳能电池器件、光电探测器和成像传感器的电学以及光学特性。Organic Solar集成于ATLAS系统,允许光电有机器件的电学和光学行为的稳态、瞬态和AC 仿真。它也可以仿真激子密度,扩散,生成/复合和分裂特性。

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MixedMode

高级二维器件电路仿真器. MixedMode是一个电路仿真器,它除了包括紧凑解析模型之外,还包括物理器件。在没有精确的紧凑模型,或者某一重要器件必须用极高的精确度来仿真时,就需要用到物理器件。这些物理器件可用ATLAS二维模块的任意组合来仿真。物理器件与遵循SPICE网表格式的电路说明放置在一起。 MixedMode的应用包括功率电路、高性能数字电路、高精度模拟电路、高频电路、薄膜晶体管电路和光电电路等。




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VCSEL

垂直共振腔面射型激光仿真. VCSEL和ATLAS系统一起使用,为垂直共振腔面射型激光(VCSEL)生成基于物理的仿真。VCSEL结合复杂器件仿真,使用最新描述光学的模型来进行电学和热学行为的仿真。




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Quantum

量子力学效应的二维仿真模型.Quantum提供一套强大的模型, 用来仿真半导体器件中各种量子限制效应和载流子量子传输。自恰薛定谔-泊松求解器允许自恰静电势,从而计算束缚态能量和相应的载流子波函数。薛定谔求解器结合使用非平衡格林方程(NEGF),从而仿真有强烈横向限制的二维或圆柱器件中的弹道量子传输。



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Magnetic

二维磁性器件仿真器. Magnetic模块将外部磁场对器件行为的影响融入于ATLAS器件仿真器的功能中。电荷载流子的运动机制受外部洛伦兹力(Lorentz force)的改变.



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REM

Radiation Effects Module. The REM Radiation Effect Module allows Atlas 2D/3D and Victory 3D simulators to model total dose, dose rate and SEU effects in semiconductors through the generation of defect states, fixed charge, and charge transport within insulating materials.



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Blaze

高级材料二维器件仿真器. Blaze是一个专门用于仿真高级材料制成器件的仿真器,它包括了二元、三元和四元半导体库。Blaze 具有内置的分级和突变异质结模型,可仿真二元结构,诸如金属半导体场效应晶体管(MESFETS)、高电子迁移晶体管(HEMT) 和异质结双极结晶体管(HBT)等。



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Giga

二维非等温器件仿真器.Giga可与S-Pisces 和Blaze器件仿真器结合使用, 仿真自热效应。 Giga中的模型包括发热、热流、晶格加热、热沉和物理常数上的局部温度效应等模型。热学和电学物理效应通过自恰计算耦合。Giga是ATLAS器件仿真系统中一个完全集成的组件。

 

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LED

二维光发射二极管仿真器. LED是一个用于仿真和分析发光二极管的模块。LED在ATLAS系统中与Blaze仿真器完全集成,可用于仿真发光二极管的电、光和热行为。




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TFT

非晶体和多晶体器件仿真器. TFT是一个高级器件技术仿真器,配备必不可少的物理模型和专用数值求解技术,仿真非晶体或包括薄膜晶体管在内的多晶硅器件。它专门应用于大面积电子显示,例如平板显示(FPD)和太阳能电池。

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Organic Display

OLED 和OTFT 有机显示屏仿真器. Organic Display模块使得ATLAS 可仿真有机显示器件的电学和光学特性, 如OTFT和OLED等。Organic Display 集成于ATLAS系统,允许有源有机器件的电学和光学行为的稳态和瞬态仿真,包括单激态和三激态密度,搀杂激子密度和光学发射特性。



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Laser

半导体激光二极管仿真器. Laser是世界上首个用于半导体激光二极管的商用仿真器。它在 ATLAS系统中与Blaze结合使用,为边缘发射Fabry-Perot型激光二极管的电学行为 (直流和瞬态响应) 及光学行为提供数值解。



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Ferro

铁电场依赖性介电模型. Ferro模型经开发,结合了场效应晶体管(FET)的电荷层模型和描述铁电薄膜属性的麦克斯韦(Maxwell)第一方程。此模型可精确预测这些器件的静态 I-V 行为,以及瞬态与小信号模式中的动态响应。



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Noise

二维小信号噪声仿真器. Noise与S-Pisces或Blaze配合使用允许分析半导体器件中产生的小信号噪声。Noise提供优化电路设计的要点:精确特性表征小信号噪声和提取灵敏度。



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MC Device

二维磁性器件仿真器.MC Device仿真驰豫硅器件和应变硅器件的二维特性,包括非平衡和弹道效应。MC Device属于ATLAS器件仿真系统并与其交互集成。



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