最新ESD防护器件关键参数的仿真幻灯片.ppt

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1、ESD防护器件关键参数的仿真本章内容ESD仿真中的物理模型选择热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题解决方案模型参数对关键性能参数仿真结果的影响二次击穿电流的仿真2021/8/182浙大微电子本章内容ESD仿真中的物理模型选择热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题解决方案模型参数对关键性能参数仿真结果的影响二次击穿电流的仿真2021/8/183浙大微电子在ESD防护器件的仿真中，由于涉及非等温仿真，必须定义热边界条件。器件的表面区域被认为是热绝缘区域，器件底部及其两侧认为是导热区域，环境温度默认为300K。器件表面可以

2、通过设定热电极，将表面某些区域定义为导热区域。热电极的边界条件：2021/8/187浙大微电子本章内容ESD仿真中的物理模型选择热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题解决方案模型参数对关键性能参数仿真结果的影响二次击穿电流的仿真2021/8/188浙大微电子ESD仿真中最大的难题就是收敛性问题，尤其在直流仿真中，这一问题尤为严重。总体上，收敛性问题可以归结为以下几类：2021/8/189浙大微电子1.迭代次数不够。这种情况下，虽然程序返回的错误也是不收敛，但是这并不算真正意义上的不收敛，只是设置的判别不收敛的条件太过苛刻。

3、只要允许程序继续往下算，是可以得到最终结果的。2021/8/1810浙大微电子2.电学边界条件设置不好引起的不收敛。这种情况一般发生在雪崩击穿电压的附近，这也分两种情况（如下图所示）：①无法完成从低压区到雪崩击穿区的转变；②已经看到电流的急剧增长，但是无法完成曲线的回滞。2021/8/1811浙大微电子两种电学边界条件设置引起的不收敛现象2021/8/1812浙大微电子解决电学边界条件设置引起的不收敛，可以采用DESSIS中提供的阻性接触定义方法，将电压扫描端定义为阻性接触，等效于在电压扫描端串联一个电阻，如下图所示。2021

4、/8/1813浙大微电子3.初始解的不收敛。顾名思义，初始解的不收敛就是仿真的第一个点就无法收敛，初始解不收敛，下面的整个仿真就无法进行。2021/8/1814浙大微电子4.工艺仿真中网格设置得不好，导致工艺仿真结果中边界的变形，有时候会形成一个十分尖锐的角（如下图所示），导致在器件仿真中无法收敛。2021/8/1815浙大微电子这种情况下，整个器件结构只能“回炉重造”了，通过优化网格设置，得到一个良好的剖面结构（如下图所示）。2021/8/1816浙大微电子5.模型参数的设置问题引起的不收敛。这种情况下，曲线通常在回滞之后引

5、发不收敛，如图所示。2021/8/1817浙大微电子这种问题发生的原因主要在雪崩击穿的vanOverstraeten-deMan模型中。该模型在高场和低场情况下采用的是两组不同的模型参数，这会导致低场和高场分界处（模型参数设置中E0的设置值）电离系数的变化。2021/8/1818浙大微电子本章内容ESD仿真中的物理模型选择热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题解决方案模型参数对关键性能参数仿真结果的影响二次击穿电流的仿真2021/8/1819浙大微电子设计ESD防护器件时，需要关注的关键性能参数主要有:触发电压（Vt1）维

6、持电压（Vh）二次击穿电流（It2）2021/8/1820浙大微电子对ESD防护结构的触发电压影响最大的是PN结的反向雪崩击穿电压。所谓雪崩击穿电压，就是在该电压下，载流子生成率开始急剧增大。而决定载流子生成率的是电子和空穴的电离系数。以vanOverstraeten-deMan模型为例，减小b的值或增大a的值都能增大电离系数，因而能够减小雪崩击穿电压。2021/8/1821浙大微电子下图是针对电子和空穴分别取不同a和b值时，LSCR触发电压的变化。可以看出不论电子还是空穴，只要b参数减小或者a参数增大，LSCR的触发电压都会

7、降低；反之，则LSCR的触发电压会升高。2021/8/1822浙大微电子为避免上一节中所讲述的模型参数设置的不正确引起的不收敛现象，在做模型参数修正时，b参量在高场和低场下的值最好等量减小或增大，a参量值最好等倍数变化。2021/8/1823浙大微电子本章内容ESD仿真中的物理模型选择热边界条件的设定ESD器件仿真中收敛性问题解决方案模型参数对关键性能参数仿真结果的影响二次击穿电流的仿真2021/8/1824浙大微电子现有方法的局限性二次击穿电流主要与维持电压、导通电阻以及热传输模型的选择有关。然而，从后一页图中可见，虽然维持

8、电压和导通电阻已经和测试值非常接近，但是直流仿真得到的二次击穿电流仍然与测试结果相去甚远。2021/8/1825浙大微电子模型参数调整后直流仿真结果与测试结果的对比2021/8/1826浙大微电子其实，这是直流仿真本身的局限所致：直流仿真本身是基于热平衡态的，在每一个直流偏压