半导体器件数值仿真软件medici

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1、第1章半导体器件数值仿真软件MEDICI1.1MEDICI功能简介MediciTM[1]是先驱（AVANT！）公司的一个用于二维器件模拟的软件，它对势能场和载流子的二维分布建模，通过解泊松方程和电子、空穴的电流连续性等方程来获取特定偏置下的电学特性。通过求解二极管和双极型三极管以及与双载流子有关的电流效应（诸如闩锁效应）的电流连续性方程和泊松方程来分析器件。Medici也能分析单载流子起主要作用的器件，例如：MOSFET，JFET，MESFET。另外，MEDICI还可以被用来分析器件在瞬态情况下的变化。在亚微

2、米器件模拟中，MEDICI通过联解电子和空穴的能量平衡和其他的器件方程，可以对深亚微米的器件进行模拟。像热载流子和速度过冲等效应在MEDICI的模型中已经考虑，并能分析它们的影响。1.2MEDICI的基本物理描述1.2.1基本方程MEDICI的主要功能就是分别对静电势Ψ、电子浓度n和空穴浓度p求解三大类自连续的微分方程，包括泊松方程、连续性方程和波尔兹曼输运理论（即电流密度方程）。1、泊松方程：半导体器件的电学行为由泊松方程控制。（1-1）分别代表介电系数、电离施主杂质浓度、电离受主杂质浓度和界面电荷体密度2

3、、连续性方程：电子和空穴的连续性方程也控制着电学行为。（1-2）（1-3）和分别代表电子电流密度和空穴电流密度。Un和Up分别代表电子和空穴的复合率，其为正值时，表示载流子复合，为负值时则表示载流子产生。3、波尔兹曼输运理论：在波尔兹曼输运理论中，公式（1-2）中的和公式（1-3）中的可以被描述成关于载流子浓度和电子及空穴的准费米势和的两个方程。（1-4）（1-5）同样，和可以被写成关于Ψ、n和p的方程式，由漂移电流和扩散电流两部分组成。（1-6）（1-7）其中，和分别是电子和空穴的迁移率，和是电子和空穴的扩

4、散系数，En和Ep分别表示电子和空穴所受到的电场，并假设服从波尔兹曼载流子统计规律并忽略能带变窄效应带来的影响。1.2.2三种基本的复合方式MEDICI支持求解以下三种体内复合，分别是间接复合（也叫肖特基-里德-霍尔复合，即SRH复合），直接复合和俄歇复合，因此有（1-8）其中，（1-9）（1-10）（1-11）上述公式中，代表本征载流子浓度，和代表电子和空穴寿命，并可能和浓度相关，参数ETRAP代表陷阱能级Et和本征费米能级Ei之差，AUGN和AUGP为与材料相关的特定常数。MATERIAL语句可以修改ET

5、RAP，AUGN，AUGP和C.DIRECT（说明一下其含义）的值。1.2.3其它物理描述除以上的基本方程及三种基本复合方式之外，MEDICI还支持以下物理描述，包括：与浓度相关的寿命、与晶格温度相关的寿命、复合导致的隧穿、肖特基势垒隧穿、波尔兹曼统计、禁带与有效态密度、重掺杂导致的禁带变窄、应力导致的禁带变化、费米-狄拉克统计、杂质不完全离化、低温模拟、MOSFET反型层中的量子效应、修正的局部密度近似量子模型等，相关内容可参考MEDICI手册。1.3MEDICI主要特性1、网格（GRID）：在MEDICI

6、使用了非均匀的三角形网格，可以处理具有平面和非平面表面的特殊器件，并且能够根据电势或杂质分布的情况自动进行优化。电极可以被放在器件结构中的任何地方。2、杂质分布的读入：杂质的分布可以通过MEDICI的函数从AVANT！的其他工艺建模软件如：TMASUPREM3和SUPREM4或者是包含杂质分布的文本文件中获得，也可以在文本文件中描述。3、物理模型：为了使模拟的结果精确，下列模型都可以被考虑进来：载流子的复合、光生载流子、碰撞离化效应、禁带变窄效应、带间隧穿、迁移率的变化、载流子寿命、载流子的Boltzman和

7、Fermi-Dirac统计分布、部分离化效应。4、其他特性：(1)可以描述分布式接触电阻；(2)可以在模拟中描述电压和电流的边界条件；(3)I-V曲线自动跟踪；(4)为了计算和频率相关的电容，电导，admittance和S参数，可以在任何虚拟的频率下进行交流小信号分析。5、图形的输出：MEDICI可以进行以下图像的输出：(1)终端数据的一维图像，可以用来显示直流特性，例如，所加的电压、电流、瞬态特性，还能够用来显示交流量，如电容、频率以及用户定义的一些变量；(2)可显示沿器件结构中特定路径上的某一参量的一维分

8、布，包括：势能、载流子的准费米势能、电场、载流子浓度、杂质浓度、复合和产生率以及电流密度；(3)可显示网格、边界、电极、和结的位置、耗尽区边界的二维结构图；(4)二维图形分布，例如：势能，载流子的准费米势能，电场，载流子浓度，杂质浓度，复合和产生率，电流密度，电流分布；(5)电流密度和电场的二维向量分布；(6)数据的三维图像，例如：势能，载流子的准费米势能，电场，载流子浓度，杂质浓度，复合和产生率，