论文总字数：30923字

摘 要

在信息时代的今天,现代电子行业是带动着整个人类科技前进的快车，电子半导体的高效研发，带动着新一代计算硬件的更迭，进而加快全行业信息技术进步。为了更快更高性能的信息传输，对电路芯片等基础硬件进行优化升级就是有效的推进方式，而对基础器件的性能研究及开发试验可以说是当前最消耗资源时间的活动了，此时应运而生的仿真软件正好能够应对这类研发工作的需求。

本文从常见的结型场效应管结构、原理出发，重点围绕JFET、LDMOSFET、UMOSFET展开仿真研究，并学习研究Silvaco TCAD仿真软件的基本知识。通过学习了解TCAD仿真的原理以及仿真流程的熟悉，结合实际器件的本身特性进行仿真，主要是工艺仿真和器件仿真两大部分，从中我们能够对半导体器件的制造工艺以及各类特性有着更加贴切的体会。Silvaco TCAD仿真软件是为半导体器件研发而生的，同时也能够为研究人员提供试验前的预见指引以及实验后的准确参考和验证，是现今半导体行业不可或缺的有力工具。

关键词:场效应管 TCAD 仿真流程 工艺步骤

Abstract

In the information age, the modern electronics industry is an express vehicle that drives the entire human science and technology advancement. The efficient research and development of electronic semiconductors will drive the next generation of computing hardware to change, and then accelerate the progress of information technology in the entire industry. For faster and higher-performance information data transmission, optimizing and upgrading the basic hardware such as circuit chips is an effective method of advancement. However, the basic device performance research and development test can be said to be the most time-consuming activities at present. Emerging simulation software is able to meet the needs of such research and development work.

This article tells about the structure and working principle of junction field effect transistors, and deeply focuses on the research of the simulation for JFET, LDMOSFET and UMOSFET. Through learning to understand the principles of TCAD simulation and familiar with the simulation process, and combining the actual characteristics of the actual device simulation, mainly process simulation and device simulation of two parts, from which we can have more appropriate for the semiconductor device manufacturing process and various characteristics Experience. Silvaco TCAD simulation software is developed for the development of semiconductor devices. It also provides researchers with pre-test guidance and accurate reference and verification after the experiment. It is an indispensable and powerful tool for the semiconductor industry today.

Keywords: field effect transistor; TCAD; simulation procedure; processing step

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2课题研究的背景及意义 1

1.3场效应管的发展回顾 2

1.4 Silvaco TCAD的发展进展 3

1.5课题研究的问题和途径 4

第二章Silvaco TCAD软件 5

2.1主要组件 5

2.1.1 DeckBuild用户界面 5

2.1.2 ATHENA工艺仿真工具 5

2.1.3 ATLAS器件仿真工具 6

2.1.4 DevEdit器件编辑器 6

2.1.5 Tonyplot绘图工具 7

2.2 Silvaco TCAD的仿真原理 7

2.2.1二维工艺仿真 7

2.2.2二维器件仿真 9

第三章 场效应管基本原理 12

3.1 MOSFET原理 12

3.1.1 MOSFET结构 12

3.1.2 MOSFET工作原理 12

3.1.3仿真选择的MOS管 13

3.2 JFET原理 13

第四章 TCAD仿真结果 14

4.1 JFET 14

4.2 LDMOSFET 15

4.3 UMOSFET 20

4.4本章小结 25

第五章 总结与展望 26

5.1全文总结 26

5.2前景展望 26

参考文献 27

致谢 30

第一章 绪论

1.1引言

现代电子半导体工业不断飞速地发展，这使得半导体器件技术更新不断加快，设备材料投入不断加大。对于半导体行业来说，工程师更快地设计出新的有竞争力的产品并快速生产出来推向市场，是决定一个半导体企业能否继续生存发展所要极度重视的关键。为了能够在最短的时间内更快地设计出半导体产品，并且能够依靠更低的成本将产品投放到市场中，研发者们急需一种快速有效的设计工具。得力于现代计算机行业推动着全行业的发展，结合了优化的算法和成熟的半导体理论知识，成功开发出了由计算机模拟仿真的方法而诞生的TCAD辅助设计软件^[1]。仿真模拟取代不必要的无头绪实验，突破了标准工艺的限制，大大加快了半导体器件的研发周期。

1.2课题研究的背景及意义

对于发展飞快的现代科技行业，电子半导体器件的制造过程十分复杂，随着大规模集成电路向着越来越小尺寸不断发展，其工艺的复杂程度不断提高，开发新工艺面临着巨大的挑战。传统的工艺实验随着工艺的工序细化，工艺试验耗费的时间越来越长，而且新的技术制作工艺导致良品率并不高。这些问题使得开发新技术以及优化制造工艺能诸多方面的发展越来越迫切。

半导体器件的开发工程是该行业的重中之重，不断的实验需要大量的时间，而且研发的过程需要耗费大量人力、物力和财力，这也是现在半导体器件的研发工作遇到的一个瓶颈。而通过仿真软件在很短的时间里就能够模拟出研发过程的各类实验制作步骤，还能在计算机中直接得出参数结果，快速高效而且还能避免实验操作的不可控因素。所以许多半导体研发过程开始就会借助TCAD来设计仿真器件来直接得到所需要的参数。可见TCAD仿真软件在今天的半导体行业已经是不可或缺的强力的研发工具了^[2]。{Alias, 2010 #7}

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