SENTAURUS TCAD
Выполнил: Аманбаев А.С.
Группа: 20-099-20-43
Проверил: Утегулов А.Б.
Состав пакета САПР SENTAURUS и назначение компонентов
- САПР SENTAURUS фирмы Synopsys (США) относится к числу известных и широко используемых во всем мире систем моделирования. Многие крупные фирмы, занимающиеся производством полупроводниковых приборов, пользуются пакетом SENTAURUS, который позволяет не только проектировать полупроводниковые приборы, но и разрабатывать новые технологии, исследовать физические процессы в полупроводниках. Фактически эта система моделирования является пакетом как для научных исследований, так и виртуального производства.
- В 2004 году компания Synopsys, один из мировых лидеров в области САПР СБИС, объединилась с швейцарской компанией ISE AG, занимавшей ведущие позиции в сфере приборно-технологического моделирования. В октябре 2005 года появилась система SENTAURUS TCAD, объединившая в себе преимущества средств приборно-технологического проектирования обеих компаний.
- SENTAURUS TCAD сегодня – это динамично развивающийся продукт с периодичностью обновления девять месяцев. Основная задача системы – обеспечение разработчиков средствами приборнотехнологического проектирования нового поколения, а также интеграция этих средств с САПР СБИС.
- Развитие средств приборно-технологического проектирования сегодня сосредоточено на следующих направлениях:
- трехмерное моделирование субмикронных приборов, включающее моделирование технологического процесса формирования структуры прибора, механических напряжений внутри прибора и анализ трехмерного распределения носителей заряда;
- моделирование мощных кремниевых и гетероприборов, в том числе на основе SiC и GaN, приборов на основе материалов A3B 5 , использующих гетеропереходы, фотодетекторов, светоизлучающих диодов и полупроводниковых лазеров;
- построение компактных моделей на базе результатов моделирования или измерений конкретного прибора, отражающих зависимость выходных 6 электрофизических параметров от разброса входных технологических параметров.
- В состав приборно - технологической САПР SENTAURUS входят более 30 программных модулей для моделирования технологии и топологии, структур, сеток и электрофизических параметров полупроводниковых приборов.
- Организацию процесса моделирования обеспечивает графическая управляющая оболочка SENTAURUS Workbench (SWB), интегрирующая программные модули, внутренний интерфейс между ними и конечным пользователем.
- Основной программный модуль SENTAURUS Process (SProcess) предназначен для одно-, двух- и трёхмерного сквозного моделирования технологических маршрутов при проектировании и изготовлении полупроводниковых структур различного функционального назначения. Наряду 8 с SProcess в SENTAURUS есть еще три дополнительных модуля приборнотехнологического моделирования: Dios, Suprem-IV и Taurus Process.
Состав приборно-технологической САПР SENTAURUS
- Генерацию высококачественных одно-, двух- и трёхмерных конечноэлементных сеток для последующего моделирования приборов обеспечивает следующий набор модулей:
- модуль Mesh генерирует одно-, двух- и трёхмерную сетку, параллельную координатным осям;
- модуль Noffset3D создаёт триангулярную сетку для двумерных задач, и тетраэдральную – для трёхмерных;
- новый устойчивый генератор сеток SENTAURUS Mesh (SNMesh) позволяет создавать сетки, параллельные осям, а также сетки тензорного типа.
- Модуль SENTAURUS Structure Editor (SDE) для графического проектирования (конструирования) двумерных и трехмерных полупроводниковых структур исключает применение программ технологического моделирования. Формирование структуры при этом включает в себя генерацию геометрической модели по слоям структуры вместе с контактами, задание аппроксимирующих профилей легирования и определение процесса построения вычислительной конечно-элементной сетки.
- Основной модуль SENTAURUS Device (SDevice) предназначен для двумерного и трехмерного моделирования полупроводниковых приборов с учетом различных электрофизических приближений: диффузионнодрейфового, гидродинамического, с учетом квантовых поправок, механических напряжений и т. д.
- Кроме модуля SDevice в блок модулей электрофизического моделирования приборов SENTAURUS входят также:
- SMoca и Sparta – для моделирования субмикронных приборов методом Монте-Карло; SDevice Electromagnetic Wave – для моделирования электромагнитных процессов электродинамики.
- Программные модули Tecplot SV, Inspect, Measure, SVisual предназначены для визуального отображения результатов моделирования, расчета параметров и характеристик моделируемых полупроводниковых приборов.
ПРОГРАММА-ОБОЛОЧКА WORKBENCH
- Проект в САПР SENTAURUS создается в программе-оболочке Workbench (SWB), запуск которой осуществляется щелчком мыши на соответствующем значке панели задач рабочего стола, либо командной строкой swb.
- Главное окно программы Workbench содержит строку меню, строку кнопок управления, менеджер проектов, рабочую область с двумя вкладками отображение структуры проекта Project и управления работающими программами Scheduler, а также строку состояния, на которой показаны условные цветовые обозначения статуса узлов.
- Проект представляет собой последовательность модулей и программ САПР SENTAURUS, управляемых командными файлами, и имеет структуру дерева, в простейшем случае представляющего собой всего одну ветвь. Программы в проекте выполняются последовательно слева направо вдоль каждой ветви, используя результаты моделирования предыдущих программ.
- Строки меню и кнопок управления имеют стандартный вид и общепринятое назначение компонентов. Наиболее часто из них используются следующие элементы:
- пункты строки меню:
- Project – работа с проектом в целом: позволяет открыть, создать, сохранить проект и др.;
- View – настройка вида окна;
- Tool – работа с модулями: добавление, удаление, блокировка и др.;
- Experiments – работа с экспериментами: добавление, удаление и др.;
- Nodes – работа с узлами: выделение, блокировка, запуск и др.;
- Variables – работа с параметрами: добавление, формат и др.;
- Extensions – позволяет запускать модули и программы SENTAURUS;
- Help -> Manuals – вызов Руководства пользователя с подробным описанием всех модулей и поддерживаемых ими команд;
– создание нового проекта;
– создание нового проекта;
– открытие сохраненного ранее проекта;
– сохранение текущего проекта;
– обновление рабочей области;
– закрыть проект;
– вырезать выбранный эксперимент;
– копировать выбранный проект;
– отмена предыдущего действия;
– вставить новый эксперимент (по сути эквивалентно добавлению);
– удалить выбранный эксперимент;
– добавить новый эксперимент;
–добавить диапазон значений параметров (серию экспериментов);
–визуализация результатов расчета выбранного узла;
–запуск расчета выделенного проекта или узла/узлов;
–прерывание расчета текущего проекта или узла/узлов;
–меняет способ отображения дерева эксперименты располагаются по столбцам, а программные модули строкам;
–вызов командной строки;
–вызов Руководства пользователя;
кнопки строки управления:
- Менеджер проектов представляет собой файловый менеджер, который позволяет выполнять такие стандартные действия, как копирование, перемещение, удаление проектов и директорий и т.п. Проекты отображаются в виде дерева в соответствии с их расположением в файловой системе.
- Открыть проект можно двойным щелчком левой кнопки мыши. Щелчок правой кнопки мыши на проекте вызывает контекстное меню (рис. 2.2), с помощью которого можно запустить run либо прервать abort расчет проекта, разблокировать его unlock, удалить результаты расчетов, т.е. очистить проект clean up, просмотреть протокол выполнения view log и др.
Контекстное меню проекта
- При выборе пункта Сlean up появляется окно, позволяющее выбрать одно или несколько вариантов очистки. Особое внимание стоит обратить на следующие из них:
- Renumber the Tree – перенумерация узлов дерева. Рекомендуется в случае, если было произведено удаление/добавление части ветвей или модулей в начале или середине дерева;
- Output Files – удаление всех расчетов;
- Extracted Variables – удаление рассчитанных параметров;
- Preprocessed Files – удаление файлов, созданных SWB при компиляции проекта, в том числе копии командного файла для каждой ветки.
Меню Clean Up
- Рабочая область SWB используется для создания, редактирования и запуска расчетов проектов, а также для управления запущенными проектами.
- Для добавления программных модулей в создаваемый проект нужно правой кнопкой мыши щелкнуть на области пиктограмм программных модулей рабочей области No Tools и в появившемся контекстном меню выбрать пункт Add. В открывшемся диалоговом окне вписать название программного модуля, либо нажать на кнопку Tools и выбрать этот пункт из пиктограмм. В запросе об используемом сценарии выбирается параметр default. Далее для добавления программных модулей к проекту нужно щелкать правой кнопкой мыши на пиктограмме одной из уже имеющихся программ и повторять вышеописанные действия.
- Добавление модулей и программных блоков к новому проекту:
- а – диалоговое окно контекстного меню Add;
- б - набор программных модулей TCAD SENTAURUS
МОДУЛЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ SENTAURUS PROCESS
- Программа Sentaurus Process (SProcess) предназначена для моделирования технологии изготовления полупроводниковых приборов.
- В качестве входных данных используется либо ранее смоделированная структура, либо новая структура с параметрами, указанными в командном файле.
- Управление ходом моделирования осуществляется с помощью командного файла, в котором описана вся технология изготовления прибора, топологические параметры, применяемые математические модели и другие данные.
- Результатом моделирования является виртуальная структура, представляющая собой сетку, в узлах которой указаны значения таких параметров, как тип материала, тип примесей, их концентрации и т.д. Эти данные заносятся в один или несколько файлов.
- Как и все программы пакета SENTAURUS TCAD, SProcess удобно использовать, создав проект в программе-оболочке Workbench. Вызвав диалоговое окно и выбрав в нем вкладку Tool Properties for sprocess, можно установить параметры запуска SProcess: графический или фоновый режим.
- Графический режим Interactive используется в демонстрационных целях, а также для отладки технологии и топологии структуры.
- Фоновый режим Batch требует меньше ресурсов компьютера, поэтому используется при расчете больших проектов.
- Все необходимые численные данные при этом можно просмотреть в окне протокола. Для этого необходимо выбрать нужный, уже рассчитанный узел проекта и вывести его контекстное меню, в котором выбрать View output.
МОДУЛЬ СТРУКТУРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ SENTAURUS STRUCTURE EDITOR
- Модуль SENTAURUS Structure Editor (SDE) в отличие от SProcess является средством структурного моделирования полупроводниковых приборов.
- Он позволяет абстрагироваться от непосредственных режимов технологических операций и удобен, когда сама технология создания различных областей и слоев исследуемой структуры не важна, зато необходима точность их геометрических размеров и взаиморасположения.
- Немалым преимуществом является также то, что расчет в SDE выполняется на порядок быстрее, чем SProcess. Благодаря этому SENTAURUS Structure Editor оказывается очень полезен при теоретическом изучении структур и их поведения при тех или иных значениях конструктивных параметров, а также первичном анализе разрабатываемой конструкции.
- Кроме того SDE может применяться в паре с SProcess, когда второй моделирует создание всех ключевых областей структуры, а первый – второстепенных, например, межслойных диэлектриков и слоев металлизации.
- SDE имеет развитый графический интерфейс, позволяющий сделать процесс создания структурных моделей полупроводниковых приборов достаточно наглядным и в прямом смысле слова «нарисовать» модель прибора.
ОПТИМИЗАТОР РАСЧЕТНОЙ СЕТКИ SNMESH
- SProcess создает сетку, оптимизированную для расчета технологии изготовления прибора.
- Для того чтобы моделировать электро-, теплофизические и другие параметры и характеристики рассчитанной в SProcess структуры необходимо изменить расчетную сетку Sprocess.
- Для уменьшения времени последующих расчетов и с целью обеспечения точности решения фундаментальной системы уравнений в модуле SDevice нужно значительно увеличить размеры ячеек сетки в неактивных областях, например, в области равномерно легированной подложки. В то же время, в активных областях и особенно вблизи p-n-переходов необходима значительно более мелкая сетка для более точного расчета параметров, но не чрезмерно мелкая, иначе системы уравнений перестают сходиться. Другими словами, сетка должна быть оптимизирована с учетом особенностей профиля распределения примеси.
- Модуль SNMesh включает в себя несколько частей:
- редактор границ; редактор структур;
- редактор распределения примесей;
- оптимизатор сетки, который является одной из функций редактора распределения примесей.
- SNMesh позволяет создать одно-, двух- и трехмерные структуры, т.е. фактически нарисовать структуру «с нуля», не выполняя моделирование технологии изготовления. Созданная таким образом структура имеет простейшие профили распределения примесей, например, гауссианы, а также другие упрощенные технологические характеристики. Также ее можно применять для исследования каких-либо общих закономерностей как идеализированную модель.
ПРОГРАММНЫЙ МОДУЛЬ SENTAURUS DEVISE ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
- Программный модуль SENTAURUS Device (SDevice) предназначен для одно-, двух- и трехмерного моделирования полупроводниковых приборов с расчетом их электрических, температурных, оптических параметров и характеристик в различных условиях функционирования.
- SDevice объединяет в себе современные физические модели и численные методы для моделирования большинства существующих на сегодняшний день полупроводниковых структур, начиная с субмикронных MOSтранзисторов и заканчивая гетероструктурами и лазерами.
- Модуль SDevice содержит множество моделей процессов, происходящих в полупроводниковых приборах: дрейфовая диффузия, термодинамические эффекты, гидродинамические модели и многие другие.
- SDevice также включает в себя большой набор средств для решения систем нелинейных уравнений, поддерживает Spice-модели. SDevice моделирует работу полупроводниковых приборов, основываясь на уравнениях физики полупроводников, описывающих механизмы проводимости и распределения носителей.
ПРОГРАММА INSPECT ДЛЯ ПРОСМОТРА И ОБРАБОТКИ ГРАФИКОВ
- Программа Inspect служит для построения и анализа графиков. Inspect имеет простой графический интерфейс. Имеется возможность управления процессом построения и анализа графиков с помощью командного файла.
Графическое окно программы Inspect
1 – строка меню;
2 – строка кнопок управления;
3 – список загруженных файлов;
4 – область электродов, термодов, времени и т.п.;
5 – область параметров;
6 – кнопки выбора оси;
7 – список построенных графиков; 8 – кнопки создания и редактирования графиков;
9 – область графиков;
10 – строка состояния
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА TECPLOT SV ДЛЯ ПРОСМОТРА РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ
- Tecplot SV – программа для визуального представления результатов расчетов, например, распределений концентрации примесей, плотностей токов, подвижностей носителей и т.д. .
- Tecplot SV может работать с одно-, двух- и трехмерными структурами и обладает очень большими возможностями визуализации.
- При загрузке файлов структуры необходимо учитывать, что Tecplot SV использует пару файлов *.dat и *.grd.
Окно программы Tecplot SV
- Окно программы Tecplot SV
- 1 – строка меню; 2 – панель управления; 3 – область просмотра; 4 – строка состояния
УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ SENTAURUS VISUAL
- Как и программа Tecplot SV, модуль SENTAURUS Visual (SVisual) способен и отображать смоделированную структуру, и строить графики различных зависимостей.
- Благодаря своему широкому функционалу SVisual способен заменить и Tecplot SV, и Inspect. В связи с этим SVisual может считаться базовой программой отображения информации в САПР SENTAURUS.
|
Скачать 1.17 Mb.