Silvaco TCAD基CMOS器件仿真毕业设计.docx

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1、SilvacoTCAD基CMOS器件仿真毕业设计目录1引言11.1MOSFET的发展11.2TCAD的发展32MOSFET的基本构造及工作原理42.1MOSFET的基本原理及构造42.2MOSFET的基本工作原理52.3MOSFET的特性93TCAD工具的构成、仿真原理、仿真流程及仿真结果113.1TCAD工具的结构与仿真原理113.2用TCAD工具仿真NMOS的步骤113.3TCAD工具的仿真结果154结论16谢辞17参考文献19附录2134正文：1引言在当今时代，集成电路发展十分迅猛，其工艺的发杂度不断提高，开发新工艺面临着巨大的挑战。传统的开发新工艺的方法是工艺试验，而现在随着

2、工艺开发的工序细化，流片周期变长，传统的方法已经不能适应现在的需要，这就需要寻找新的方法来解决这个问题。幸运的是随着计算机性能和计算机技术的发展，人们结合所学半导体理论与数值模拟技术，以计算机为平台进行工艺与器件性能的仿真。现如今仿真技术在工艺开发中已经取代了工艺试验的地位。采用TCAD仿真方式来完成新工艺新技术的开发，突破了标准工艺的限制，能够模拟寻找最合适的工艺来完成自己产品的设计。此外，TCAD仿真能够对器件各种性能之间存在的矛盾进行同时优化，能够在最短的时间内以最小的代价设计出性能符合要求的半导体器件。进行新工艺的开发，需要设计很多方面的内容，如：进行器件性能与结构的优化、对

3、器件进行模型化、设计进行的工艺流程、提取器件模型的参数、制定设计规则等等。为了设计出质量高且价格低廉的工艺模块，要有一个整体的设计目标，以它为出发点将工艺开发过程的各个阶段进行联系，本着简单易造的准则，系统地进行设计的优化。TCAD支持器件设计、器件模型化和工艺设计优化，使得设计思想可以实现全面的验证。TCAD设计开发模拟是在虚拟环境下进行的，缩短了开发周期，降低了开发成本，是一条高效低成本的进行新工艺研究开发的途径。TCAD软件拥有FAB虚拟系统，借助它可以完成器件的设计、器件模型的参数提取和其他各个工艺开发的步骤。TCAD的应用使得开发新工艺不用受到冗长的工艺制造周期和资金投入的

4、限制，开发条件简单快捷，使得无生产线的公司也有机会参与到工艺开发中来，根据特定特点为自己的产品进行量身定做特定的工艺。在实际生产中，TCAD还可用来进行工艺监测，可以发现工艺过程中出现的问题，提高产品的成品率。341.1MOSFET的发展自从晶体管发明以来，电子器件与社会得到了迅猛的发展。1906年，德福·雷斯特（LeedeForest）发明了真空三极管，并把专利卖给了AT&T，使其业务有了大幅度的提升，他被誉为真空三极管之父。但是随着社会的发展，真空三极管对信号放大的可靠性差、能量消耗和热量产生多等缺点暴露了出来，真空三极管已经不能满足人们的需要。1930年，默文·凯利（Mervi

5、nKelly）作为贝尔实验室的领导者清楚的知道，要支撑AT&T的业务，就必须研发一种新的器件，一种依赖于半导体材料的器件。1939年2月，拉塞尔·欧勒（RussellOhl）拿一个带有缝隙的硅晶来研究有多大的电流可以通过缝隙，他发现这个缝隙只允许电流单向导通，另外方向电流几乎为零，在导电缝隙的地方还能够发光。正是这个发现产生了对半导体器件至关重要的PN结。1942年，西摩尔·本泽（SeymourBenzer）发现锗单晶具有其他半导体所不具备的非常好的整流特性。1945年，二战结束后，默文·凯利任命威廉·肖克利（WilliamShockley）与斯坦利·摩根（StanleyMorgan

6、）共同领导一个固体物理研究组，主要任务是研制一种新的电子器件用来取代真空三极管。当时，高纯的锗单晶引起了普遍的关注，肖克利也将注意力投向了锗单晶，同时提醒大家关注。他提出了一种新概念的器件，即利用一个强电场使半导体表面产生一种电流，通过控制电场的强度来调节半导体表面电流大小的器件，也就是现在的场效应器件。1947年圣诞节前夕，肖克利演示了一个命名为“晶体管（transistor）”的小原型器件给贝尔实验室的几个同僚，,他将一个n型锗单晶放置在金属板上，在单晶上形成一个P反型层，将一个塑料楔子放在反型层上，用金箔包住楔子并切开连接处并固定，以确保金箔间的缝隙非常的小。点接触晶体管的发明

7、在人类微电子行业具有无比重大的意义，它由肖克利发明，并获得了第一个晶体管专利。但是肖克利制造的晶体管有很多缺点，比如它的噪声很大，晶体管的电极摇摆不定，制作的时候没有重复性可言。在1948年，肖克利找到了一种全新的方法用来解决这些问题，他将P型半导体和N型半导体堆叠在一起，形成一个三层结构，这个三层结构没两个同型半导体中间会夹杂着另一种半导体，这就形成了npn型和pnp型结构。这种结构相当于两个背靠背的pn结，在两个的半导体可以提供丰富的半导体，中间的半导