器件仿真比较标准的.docx
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器件仿真比较标准的
实验一:
NMOS器件仿真
一、实验目的:
1、了解MEDICI的功能;
2、基本掌握MEDICI的使用方法;
3、掌握NMOS的结构,并获得NMOS的器件结构图,杂质加密分布网格,电势加密分布网格等;
二、实验原理和内容:
Medici是一个用来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得特定的电学特性。
该软件可以对双极性、MOS型等半导体器件进行模拟,这个程序通过解二极管和双极型三极管以及双载流子有关的电流效应的电流连续性方程和泊松方程来分析器件。
三、实验步骤:
1、打开medici,输入用户名和密码;
2、新建文件夹;
3、新建文件;
4、编写器件结构文件并查看器件结构图像;
5、编写文件并查看杂质分布,电势分布;
6、编写文件并查看二次击穿、阈值电压、表面势电荷;
7、关闭实验软件;
四、实验数据和结果:
(1)、杂质分布加密网格
程序:
TITLEAvant!
MEDICIExample1-1.5MicronN-ChannelMOSFET
COMMENTSpecifyarectangularmesh
MESHSMOOTH=1
X.MESHWIDTH=3.0H1=0.125
Y.MESHN=1L=-0.025
Y.MESHN=3L=0.
Y.MESHDEPTH=1.0H1=0.125
Y.MESHDEPTH=1.0H1=0.250
COMMENTEliminatesomeunnecessarysubstratenodes
ELIMINCOLUMNSY.MIN=1.1
COMMENTIncreasesource/drainoxidethicknessusingSPREAD
SPREADLEFTWIDTH=.625UP=1LO=3THICK=.1ENC=2
SPREADRIGHTWIDTH=.625UP=1LO=3THICK=.1ENC=2
COMMENTUseSPREADagaintopreventsubstrategriddistortion
SPREADLEFTWIDTH=100UP=3LO=4Y.LO=0.125
COMMENTSpecifyoxideandsiliconregions
REGIONSILICON
REGIONOXIDEIY.MAX=3
COMMENTElectrodedefinition
ELECTRNAME=GateX.MIN=0.625X.MAX=2.375TOP
ELECTRNAME=SubstrateBOTTOM
ELECTRNAME=SourceX.MAX=0.5IY.MAX=3
ELECTRNAME=DrainX.MIN=2.5IY.MAX=3
COMMENTSpecifyimpurityprofilesandfixedcharge
PROFILEP-TYPEN.PEAK=3E15UNIFORM
PROFILEP-TYPEN.PEAK=2E16Y.CHAR=.25
PROFILEN-TYPEN.PEAK=2E20Y.JUNC=.34X.MIN=0.0WIDTH=.5
+XY.RAT=.75
PROFILEN-TYPEN.PEAK=2E20Y.JUNC=.34X.MIN=2.5WIDTH=.5
+XY.RAT=.75
INTERFACQF=1E10
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325-InitialGrid"FILLSCALE
COMMENTRegridondoping
REGRIDDOPINGLOGIGNORE=OXIDERATIO=2SMOOTH=1
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325-DopingRegrid"FILLSCALE
实验图形:
(2)、电势分布加密网格程序:
COMMENTSpecifycontactparameters
CONTACTNAME=GateN.POLY
COMMENTSpecifyphysicalmodelstouse
MODELSCONMOBFLDMOBSRFMOB2
COMMENTSymbolicfactorization,solve,regridonpotential
SYMBCARRIERS=0
METHODICCGDAMPED
SOLVE
REGRIDPOTENIGNORE=OXIDERATIO=.2MAX=1SMOOTH=1
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325-PotentialRegrid"FILLSCALE
阈值电压仿真程序:
SYMBNEWTONCARRIERS=1ELECTRO
SOLVEV(Drain)=.1
SOLVEV(Gate)=.2ELEC=GateVSTEP=.2NSTEP=9
PLOT.1DY.AXIS=I(Drain)X.AXIS=V(Gate)POINTSCOLOR=2
+TITLE=“2940710325-GateCharacteristics"
LABELLABEL="Vds=0.1v"X=1.6Y=0.7E-6
阈值电压图形;
从图中可知,该nmos的阈值电压为0.24v
二次击穿程序:
MODELSIMPACT.I
LOOPSTEPS=2
ASSIGNNAME=SUBN.VALUE=(0,2e5)
ASSIGNNAME=OLOGC1="a"C2="b"
LOGOUT.FILE=@OLOG
CONTACTNAME=SubstrateRESIST=@SUB
SYMBCARRIERS=2NEWTON
SOLVEV(Gate)=0.5V(Drain)=9.0LOCAL
SOLVEELEC=DrainCONTINUC.VMAX=15C.IMAX=0.8E-4
+C.VSTEP=0.55C.TOLER=0.10
L.END
PLOT.1Din.file=aX.AXIS=V(Drain)Y.AXIS=I(Drain)POINTSCOLOR=2^ORDER
+LEFT=8.5RIGHT=15BOT=0.0TOP=1.0E-4
+TITLE="2940710325DrainCurrentSnapback"
PLOT.1Din.file=bX.AXIS=V(Drain)Y.AXIS=I(Drain)POINTSCOLOR=3^ORDER
+LEFT=8.5RIGHT=15BOT=0.0TOP=1.0E-4
+unchange
LABELLABEL="Vgs=0.5v"X=10.7Y=0.9E-4
LABELLABEL="VRESIST=0"X=10.7Y=0.7E-4COLOR=2
LABELLABEL="VRESIST=2e5"X=10.7Y=0.5E-4COLOR=3
二次击穿图形:
表面电势程序:
MESHIN.FILE=MESH
LOADIN.FILE=FULL
INTERFACCLEAR
SYMBCARRIERS=0
SOLVEV(Drain)=0.1
LOOPSTEPS=3
ASSIGNNAME=NDONN.VALUE=(0.0,5E11,0.0)
ASSIGNNAME=NACCN.VALUE=(0.0,0.0,5E11)
ASSIGNNAME=fileC1="a"C2="b"C3="c"
INTERFACN.DON=@NDONN.ACC=@NACC
SOLVEV(Gate)=-0.6OUT.FILE=@file"1"
SOLVEV(Gate)=2.0OUT.FILE=@file"2"
L.END
LOOPSTEPS=3
ASSIGNNAME=fileC1="a"C2="b"C3="c"
ASSIGNNAME=TITLEC1="ZeroCharge"C2="PositiveStates"C3="NegativeStates"
LOOPSTEPS=2
ASSIGNNAME=NUMN.VALUE=(1,2)
ASSIGNNAME=XOFFN.VALUE=(2.0,11.0)
ASSIGNNAME=CLEARL.VALUE=(T,F)
ASSIGNNAME=BIASC1="Vg=-0.6v"C2="Vg=2.0v"
LOADIN.FILE=@file@NUM
IFCOND=@CLEAR
PLOT.1DCONDUCCOL=4BOT=2TOP=-2X.LEN=7X.OFF=@XOFF
+X.ST=1.5X.EN=1.5Y.ST=0Y.EN=0.5TITLE=@TITLE"0325"
ELSE
PLOT.1DCONDUCCOL=4BOT=2TOP=-2X.LEN=7X.OFF=@XOFF
+X.ST=1.5X.EN=1.5Y.ST=0Y.EN=0.5TITLE=@TITLE"0325"
+^CLEAR
IF.END
PLOT.1DVALENCCOL=4UNCHANGEX.LEN=7X.OFF=@XOFF
+X.ST=1.5X.EN=1.5Y.ST=0Y.EN=0.5
PLOT.1DPOTENCOL=3UNCHANGEX.LEN=7X.OFF=@XOFF
+X.ST=1.5X.EN=1.5Y.ST=0Y.EN=0.5
PLOT.1DQFNCOL=2UNCHANGEX.LEN=7X.OFF=@XOFFLINE=2
+X.ST=1.5X.EN=1.5Y.ST=0Y.EN=0.5
LABELLABEL=@BIAS
LABELLABEL=ConductionX=.33Y=-0.95C.SI=.2
LABELLABEL=PotentialX=.33Y=-0.40C.SI=.2
LABELLABEL=QfnX=.33Y=-0.05C.SI=.2
LABELLABEL=ValenceX=.33Y=0.35C.SI=.2
L.END
L.END
表面电荷图形;
五、实验总结:
1、掌握了MEDICI的基本功能和使用方法;
2、清楚的了解并知道NMOS的一些特性以及结构等;
3、学回来自己用MEDICI软件进行其他器件的仿真;
实验二:
NPN器件仿真
一、实验目的:
1、了解MEDICI的功能;
2、基本掌握MEDICI的使用方法;
3、掌握NPN的结构,并获得NPN的器件结构图;
二、实验原理和内容:
器件仿真实际上就是利用数值方法,根据一定的边界条件求解器件的基本方程,器件的基本方程包括泊松方程、电子和空穴连续性方程、热扩散方程、电子电流和空穴电流的飘移扩散方程、能量运输方程,求解基本量包括电势、电子浓度、空穴浓度、晶格温度等;
三、实验步骤:
1、打开medici,输入用户名和密码;
2、新建文件夹;
3、新建文件;
4、编写器件结构文件并查看器件结构图像;
5、关闭实验用的软件;
四、实验数据和结果:
NPN的结构实验程序;
TITLETMAMEDICI2940710325huanglin
COMMENTSimulationwithModifiedEmitterRegion
COMMENTInitialmeshspecification
MESH
X.MESHWIDTH=6.0H1=0.250
Y.MESHY.MIN=-0.25Y.MAX=0.0N.SPACES=2
Y.MESHDEPTH=0.5H1=0.125
Y.MESHDEPTH=1.5H1=0.125H2=0.4
COMMENTRegiondefinition
REGIONNAME=SiliconSILICON
REGIONNAME=OxideOXIDEY.MAX=0
REGIONNAME=PolyPOLYSILIY.MAX=0X.MIN=2.75X.MAX=4.25
COMMENTElectrodes
ELECTRNAME=BaseX.MIN=1.25X.MAX=2.00Y.MAX=0.0
ELECTRNAME=EmitterX.MIN=2.75X.MAX=4.25TOP
ELECTRNAME=CollectorBOTTOM
COMMENTSpecifyimpurityprofiles
PROFILEN-TYPEN.PEAK=5e15UNIFORMOUT.FILE=MDEX2DS
PROFILEP-TYPEN.PEAK=6e17Y.MIN=0.35Y.CHAR=0.16
+X.MIN=1.25WIDTH=3.5XY.RAT=0.75
PROFILEP-TYPEN.PEAK=4e18Y.MIN=0.0Y.CHAR=0.16
+X.MIN=1.25WIDTH=3.5XY.RAT=0.75
PROFILEN-TYPEN.PEAK=7e19Y.MIN=-0.25DEPTH=0.25Y.CHAR=0.17
+X.MIN=2.75WIDTH=1.5XY.RAT=0.75
PROFILEN-TYPEN.PEAK=1e19Y.MIN=2.0Y.CHAR=0.27
COMMENTRegridsondoping
PLOT.2DGRIDSCALEFILL
REGRIDDOPINGLOGRATIO=3SMOOTH=1IN.FILE=MDEX2DS
PLOT.2DGRIDSCALEFILL
REGRIDDOPINGLOGRATIO=3SMOOTH=1IN.FILE=MDEX2DS
PLOT.2DGRIDSCALEFILL
COMMENTExtraregridinemitter-basejunctionregiononly.
REGRIDDOPINGLOGRATIO=3SMOOTH=1IN.FILE=MDEX2DS
+X.MIN=2.25X.MAX=4.75Y.MAX=0.50OUT.FILE=MDEX2MP
PLOT.2DGRIDSCALEFILL
NPN结构图:
五、实验总结:
1、掌握了MEDICI的使用方法和基本;
2、掌握了NPN的结构特型以及结构图形;
实验三:
SOI结构
一、实验目的:
1、了解MEDICI的功能;
2、基本掌握MEDICI的使用方法;
3、掌握SOI的结构,并获得SOI的器件结构图,掺杂分布,电势分布,I-V特性曲线、瞬态;
二、实验原理和内容:
Medici是一个用来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得特定的电学特性。
该软件可以对双极性、MOS型等半导体器件进行模拟,这个程序通过解二极管和双极型三极管以及双载流子有关的电流效应的电流连续性方程和泊松方程来分析器件。
三、实验步骤:
1、打开medici,输入用户名和密码;
2、新建文件夹;
3、新建文件;
4、编写器件结构文件并查看器件结构图像;
5、编写文件查看掺杂再分布,电势分布图像;
6、编写文件查看I-V特性曲线及瞬态曲线;
7、关闭实验用的软件;
四、实验数据和结果:
1、SOI结构仿真程序:
MESHSMOOTH=1
X.MESHWIDTH=18H1=0.5
Y.MESHN=1L=-0.04
Y.MESHN=3L=0
Y.MESHDEPTH=0.8H1=0.1
Y.MESHDEPTH=2.8H1=1
Y.MESHDEPTH=1H1=0.5
Y.MESHDEPTH=5H1=1
ELIMINCOLUMNSY.MIN=1.1
REGIONSILICON
REGIONOXIDEIY.MAX=3
REGIONOXIDEY.MIN=3.6Y.MAX=4.6
ELECTRNAME=GateX.MIN=9X.MAX=13TOP
ELECTRNAME=SubstrateBOTTOM
ELECTRNAME=SourceX.MIN=2X.MAX=8IY.MAX=3
ELECTRNAME=DrainX.MIN=14X.MAX=16IY.MAX=3
PROFILEN-TYPEN.PEAK=1E16Y.MIN=4.6Y.MAX=9.6UNIFORM
PROFILEN-TYPEN.PEAK=5E15Y.MIN=0Y.MAX=3.6UNIFORM
PROFILEP-TYPEN.PEAK=5E19X.MIN=6X.MAX=9Y.JUNC=0.6XY.RAT=.75
PROFILEP-TYPEN.PEAK=5E19X.MIN=13X.MAX=17Y.JUNC=0.6XY.RAT=.75
PROFILEN-TYPEN.PEAK=1E20Y.JUNC=0.6X.MIN=1WIDTH=3XY.RAT=.75
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325SOIMESH"FILL
结构图形:
掺杂再分布程序:
REGRIDDOPINGLOGIGNORE=OXIDERATIO=2SMOOTH=1
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325DopingRegrid"FILL
掺杂再分布图形:
电势分布程序:
CONTACTNAME=GateN.POLY
MODELSCONMOBFLDMOBSRFMOB2
SYMBCARRIERS=0
METHODICCGDAMPED
SOLVE
REGRIDPOTENIGNORE=OXIDERATIO=.2MAX=1SMOOTH=1
PLOT.2DGRIDTITLE="2940710325PotentialRegrid"FILL
电势分布图形:
2、I-V特性曲线仿真
在VS=0V,Vsub=0V,VG=-3V,VD=0~5V条件下仿真,其程序为:
SYMBCARRIERS=0
SOLVE
SYMBCARRIERS=0
METHODICCGDAMPED
SOLVEV(drain)=-3V(gate)=0local
SYMBNEWTONCARRIERS=1HOLES
SOLVEV(Gate)=-3RAMPTIME=1E-6TSTEP=1E-18TSTOP=3E-6
PLOT.1DY.AXIS=I(drain)X.AXIS=TIMEPOINTSCOLOR=2TITLE="2940710325PotentialRegrid"FILL
I-V特性曲线图形:
3、瞬态仿真
初始条件为:
VS=0V,Vsub=0V,VG=0V,VD=-3V,将VG由0V变到-3V,仿真程序为:
SOLVEV(Gate)=-3RAMPTIME=1E-6
+TSTEP=1E-18TSTOP=3E-6
MESHIN.FILE=002
LOADIN.FILE=003
SYMBCARRIERS=0
METHODICCGDAMPED
SOLVEV(drain)=-3V(gate)=0
SYMBNEWTONCARRIERS=1HOLES
SOLVEV(Gate)=-3RAMPTIME=1E-6TSTEP=1E-18TSTOP=3E-6
PLOT.1DY.AXIS=I(drain)X.AXIS=TIMEPOINTSCOLOR=2TITLE="2940710325"FILL
瞬态曲线:
可以看到器件由截止到导通需要的时间约为:
1e-6s;
五、实验总结:
1、掌握了MEDICI的使用方法以及基本功能;
2、清楚的明白的掌握了SOI的各种基本特性;
实验四:
器件和电路的结合仿真
一、实验目的:
1、了解MEDICI的功能;
2、基本掌握MEDICI的使用方法;
3、掌握器件和电路的结合仿真,并查看结合仿真的图形;
二、实验原理和内容:
Medici是一个用来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得特定的电学特性。
该软件可以对双极性、MOS型等半导体器件进行模拟,这个程序通过解二极管和双极型三极管以及双载流子有关的电流效应的电流连续性方程和泊松方程来分析器件。
三、实验步骤:
1、打开medici,输入用户名和密码;
2、新建文件夹;
3、新建文件;
4、编写器件结构文件并查看器件结构图像;
5、编写文件查看输入输出电压对比;
6、编写文件查看输入电流与电压的关系;
7、编写文件查看PMOS、NMOS的电势分布图形;
四、实验数据和结果:
(一)NPN连入电路中
NPN程序:
TITLE2940710325-BJTwithSeriesResistance
COMMENTGetdefaultvalues
CALLFILE=bipdef0^PRINT
COMMENTSelectanNPNdevice
ASSIGNNAME=TRANTYPEC.VALUE=NPN
COMMENTAssignsomenewvaluesforthedopingprofiles
ASSIGNNAME=EPEAKN.VALUE=1.5e20
ASSIGNNAME=XBPEAKN.VALUE=1e18
COMMENTCreatethemeshfileusingthetemplate"bipstr0"
CALLFILE=bipstr0^PRINT
COMMENTSpecifysomephysicalmodels
MODELSCONMOBCONSRHAUGERBGN
COMMENTSavethemeshfile
SAVEOUT.FILE=MDE11MSMESHW.MODELS
COMMENTEnterCIRCUITmode
STARTCIRCUIT
$Powersource
VDD105
$Collectorresistance
RC121K
$Basebias
IB030.01m
$Baseresistance
RB34100
RE5020
$Emitterresistance
$
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