半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程(附光盘) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐龙谷 著

图书标签:

• 半导体
• TCAD
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• 仿真
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• 器件
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• 实用
• 光盘
• 电子工程

店铺： 玖创图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302354314

商品编码：29786573815

包装：平装

出版时间：2014-07-01

基本信息

书名：半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程(附光盘)

定价：39.00元

作者：唐龙谷

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-07-01

ISBN：9787302354314

字数：373000

页码：235

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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为了满足半导体工艺和器件及其相关领域人员对计算机仿真知识的需求，帮助其掌握当前先进的计算机仿真工具，特编写《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程》。
　　《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程》以SilvacoTCAD2012为背景，由浅入深、循序渐进地介绍了SilvacoTCAD器件仿真基本概念、Deckbuild集成环境、Tonyplot显示工具、ATHENA工艺仿真、ALTAS器件仿真、MixedMode器件一电路混合仿真以及C注释器等高级工具。
　　《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程》内容丰富、层次分明、突出实用性，注重语法的学习，例句和配图非常丰富；所附光盘含有书中具有独立仿真功能的例句的完整程序、教学PPT和大量学习资料。读者借助《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程》的学习可以实现快速入门，且能深入理解TCAD的应用。
　　《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程》既可以作为高等学校微电子或电子科学与技术专业高年级本科生和研究生的教材，也可供相关专业的工程技术人员学习和参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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章 仿真基础
1．1 TCAD
1．1．1 数值计算
1．1．2 基于物理的计算
1．2 SilvacoTCAD
1．2．1 主要组件
1．2．2 目录结构
1．2．3 文件类型
1．3 Deckbuild
1．3．1 DeckbuildPreferences
1．3．2 语法格式
1．3．3 gO
1．3．4 set
1．3．5 Tonyplot
1．3．6 extract
1．4 学习方法
思考题与习题1

第2章 二维工艺仿真
2．1 ATHENA概述
2．2 工艺仿真流程
2．2．1 定义网格
2．2．2 衬底初始化
2．2．3 工艺步骤
2．2．4．提取特性
2．2．5 结构操作
2．2．6 Tonyplot显示
2．3 单项工艺
2．3．1 离子注入
2．3．2 扩散
2．3．3 淀积
2．3．4 刻蚀
2．3．5 外延
2．3．6 抛光
2．3．7 光刻
2．3．8 硅化物
2．3．9 电极
2．3．1 0帮助
2．4 集成工艺
2．5 优化
2．5．1 优化设置
2．5．2 待优化参数
2．5．3 优化目标
2．5．4 优化结果
思考题与习题

第3章 二维器件仿真
3．1 ATLAS概述
3．2 器件仿真流程
3．3 定义结构
3．3．1 ATI。AS生成结构
3．3．2 DevEdit生成结构
3．3．3 DevEdit编辑已有结构
3．4 材料参数及模型
3．4．1 接触特性
3．4．2 材料特性
3．4．3 界面特性
3．4．4 物理模型
3．5 数值计算方法
3．6 获取器件特性
3．6．1 直流特性
3．6．2 交流小信号特性
3．6．3 瞬态特性
3．6．4 高级特性
3．7 圆柱对称结构
3．8 器件仿真结果分析
3．8．1 实时输出
3．8．2 日志文件
……

第4章 器件一电路混合仿真
第5章 高级特性
参考文献

《半导体工艺与器件仿真：深度解析与实践指南》 内容梗概： 本书并非《半导体工艺和器件仿真软件Silvaco TCAD实用教程(附光盘)》。本书旨在为半导体行业的研发人员、工程师、以及对半导体器件物理和仿真技术感兴趣的在校学生提供一本全面、深入的理论与实践相结合的指南。本书不侧重于特定商业软件的操作细节，而是着重于构建扎实的半导体器件物理理论基础，阐述各种半导体工艺步骤的物理机制，以及它们如何影响器件的电学特性。通过对关键仿真理论的讲解，读者将能理解如何建立准确的仿真模型，并能独立分析仿真结果，从而指导实验设计和工艺优化。 第一部分：半导体器件物理基础 本部分将从晶体管作为核心器件的角度出发，系统梳理构成半导体器件的 fundamental principles。 晶体管结构与工作原理的演进： PN结的形成与特性： 深入剖析PN结的形成过程，包括掺杂、扩散、迁移率等基本概念，详细讲解耗尽区、内建电势、载流子注入与漂移等机制。通过分析PN结的伏安特性曲线，理解二极管的正反偏特性，为后续MOSFET和BJT等复杂器件的理解打下基础。 双极结型晶体管（BJT）的原理： 讲解BJT的结构，包括发射区、基区、集电区，以及它们的功能。重点阐述载流子在基区的输运、扩散和复合过程，以及电流放大机制。深入分析BJT的各种工作模式（放大、截止、饱和），并讲解其主要的电学参数，如电流增益（β）、跨导等。 金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）的原理： 这是本书的重点之一。详细介绍MOSFET的结构，包括衬底、栅极、绝缘层（氧化层）和沟道。深入讲解MOSFET的工作原理，特别是场效应如何形成和调制沟道导电性。细致分析MOSFET的四种工作区域：截止区、线性区（或称欧姆区）、饱和区和亚阈值区。通过推导MOSFET的跨导、漏电流等关键方程，让读者理解其设计和优化依据。 MOSFET的沟道形成机制： 重点讲解反型层、积累层和耗尽层的形成过程，以及阈值电压（Vt）的物理意义和影响因素，包括栅氧化层厚度、绝缘层材料、衬底掺杂浓度和表面势等。 载流子输运机制： 详细介绍载流子（电子和空穴）在半导体材料中的主要输运机制，包括漂移（Drift）和扩散（Diffusion）。讲解迁移率（Mobility）的概念，并分析其与掺杂浓度、温度、电场强度等因素的关系。对于高电场下的效应，如饱和速度（Saturation Velocity）和热电子效应，也将进行阐述。 表面效应与界面物理： 讲解半导体表面和界面（如Si-SiO2界面）对器件性能的影响。分析表面态（Surface States）和界面陷阱（Interface Traps）的产生机制及其对载流子行为的散射和捕获作用，以及它们对阈值电压、漏电流和可靠性的影响。 器件关键参数的物理意义： 跨导（Transconductance, Gm）： 讲解跨导的定义及其在放大电路中的重要性，分析影响跨导的因素，如栅极电压、沟道长度、迁移率等。 输出电阻（Output Resistance, Ro）： 讲解输出电阻的物理含义，及其与输出电流随漏极电压变化的敏感度。分析沟道长度调制效应（Channel Length Modulation）等对输出电阻的影响。 阈值电压（Threshold Voltage, Vt）： 再次强调阈值电压的重要性，并详细分析其影响因素，包括工艺参数和器件结构。 漏电流（Leakage Current）： 细致分析各种漏电流的来源，如亚阈值漏电流、栅漏电流、源漏结反向漏电流等，并探讨其对功耗和器件性能的影响。 击穿电压（Breakdown Voltage）： 讲解半导体器件的击穿机制，如雪崩击穿（Avalanche Breakdown）和齐纳击穿（Zener Breakdown），以及如何通过结构设计和工艺选择来提高击穿电压。 寄生效应： 讲解器件中存在的各种寄生效应，如寄生电阻（源极/漏极欧姆接触电阻、沟道电阻）、寄生电容（栅极-源极/漏极电容、扩散电容）和衬底效应等，并分析它们对器件速度和功耗的影响。 第二部分：半导体工艺流程与物理模型 本部分将深入探讨制造半导体器件所需的关键工艺步骤，并从物理学的角度解析每一步骤的原理，以及它们对材料和器件性能的根本性影响。 硅基材料制备与晶体生长： 硅提纯与晶体生长： 介绍多晶硅的提纯过程（如西门子法），以及单晶硅的生长技术（如直拉法CZ、区熔法FZ）。讲解晶体取向、位错等对材料性能的影响。 晶圆制备： 讲解硅晶圆的切割、抛光和清洗过程，以及晶圆表面质量对后续工艺的重要性。 薄膜生长与沉积技术： 氧化工艺： 详细介绍干氧氧化、湿氧氧化等氧化方法，以及高温氧化对硅表面的钝化作用。重点讲解氧化层的厚度、均匀性和质量控制，及其对MOSFET性能（如阈值电压、栅漏电流）的关键作用。 化学气相沉积（CVD）： 介绍低压CVD（LPCVD）、等离子体增强CVD（PECVD）等技术，用于沉积氮化硅（Si3N4）、多晶硅（Polysilicon）、二氧化硅（SiO2）等薄膜。讲解不同CVD方法的原理、优点和缺点，以及沉积薄膜的化学成分、均匀性、应力等参数。 物理气相沉积（PVD）： 介绍溅射（Sputtering）和蒸发（Evaporation）等技术，用于沉积金属薄膜（如铝、钨、铜）。讲解PVD的原理和应用，以及薄膜的附着力、导电性等。 光刻与图案化技术： 光刻原理： 详细讲解光刻的原理，包括光刻胶（Photoresist）的性质、曝光、显影过程。介绍正胶和负胶的区别。 光刻设备与技术： 介绍接触式、接近式和步进扫描式光刻机的原理和发展。重点讲解深紫外（DUV）光刻和极紫外（EUV）光刻技术，以及其分辨率的极限和挑战。 刻蚀工艺： 介绍干法刻蚀（如反应离子刻蚀RIE）和湿法刻蚀。重点分析RIE的反应机理、选择性、各向异性等，以及它们如何精确地在晶圆上形成所需的图案。 掺杂技术： 扩散（Diffusion）： 讲解固态扩散和气相扩散原理，以及如何控制掺杂深度和浓度分布。 离子注入（Ion Implantation）： 这是现代半导体工艺中最重要的掺杂技术。详细讲解离子注入的原理，包括离子源、加速、质量分析、扫描等步骤。重点分析注入能量、剂量、角斜等参数对掺杂分布的影响，以及后续的退火（Annealing）过程如何激活掺杂物并修复损伤。 金属化与互连技术： 多层金属互连： 介绍构建复杂集成电路所需的层层堆叠的金属互连结构。 铜互连与低介电材料： 讲解铜互连技术及其挑战（如扩散），以及低介电常数（Low-k）材料在减小互连线电容、提高速度方面的作用。 化学机械抛光（CMP）： 讲解CMP在实现器件平面化（Planarization）中的关键作用，以及其对后续层叠工艺的支撑。 退火工艺： 退火的目的与机理： 讲解高温退火在激活掺杂物、修复晶格损伤、改善界面质量、降低薄膜应力等方面的作用。 不同退火技术： 介绍快速热处理（RTP）等现代退火技术。 第三部分：半导体器件仿真基础理论与建模 本部分将聚焦于支撑半导体器件仿真工作的核心理论框架，以及如何将物理模型转化为可计算的仿真参数。 半导体仿真中的基本方程组： 泊松方程（Poisson's Equation）： 讲解电势分布与电荷分布之间的关系，这是描述静电场的基础。 连续性方程（Continuity Equations）： 讲解电子和空穴浓度的变化率，描述载流子的产生、复合和输运。 漂移-扩散方程（Drift-Diffusion Equations）： 这是半导体器件仿真最核心的方程组，它结合了泊松方程和连续性方程，描述了载流子在电场作用下的漂移和浓度梯度驱动的扩散。将详细推导这些方程，并解释其中各项物理含义。 能量守恒方程（Energy Conservation Equation）： 在某些高级模型中，会引入能量守恒方程来描述载流子能量的变化。 半导体材料模型： 载流子迁移率模型： 详细介绍多种迁移率模型，包括浓度依赖模型（如Masetti模型）、电场依赖模型（如Caughey-Thomas模型、Yau模型）和界面散射模型。分析这些模型如何捕捉不同掺杂浓度、电场强度和表面效应下的迁移率变化。 碰撞电离模型（Impact Ionization Models）： 讲解影响击穿电压的碰撞电离效应，介绍常用的模型（如Chynoweth模型）。 陷阱模型（Trap Models）： 描述表面态和体陷阱对载流子捕获和释放的过程，以及它们对器件性能的影响。 器件物理模型的选择与参数提取： 简化的紧凑模型（Compact Models）： 简要介绍BSIM、EKV等用于电路仿真的紧凑模型，以及它们如何通过参数化来描述器件宏观电学特性。 物理模型（Physics-based Models）： 重点强调基于物理方程的仿真模型，其优势在于能够揭示器件内部的物理机制。 参数提取（Parameter Extraction）： 讲解如何通过实验测量数据来校准和提取仿真模型中的物理参数，以确保仿真结果的准确性。 仿真流程与结果分析： 网格划分（Meshing）： 讲解仿真网格的生成、密度和质量对仿真精度和效率的影响。 求解器（Solvers）： 介绍求解泊松方程、连续性方程等非线性方程组的数值方法。 仿真结果的可视化与分析： 讲解如何有效地可视化仿真结果，如电势分布图、载流子浓度分布图、电场分布图、能带图等，以及如何根据这些图谱分析器件的工作状态和潜在问题。 灵敏度分析（Sensitivity Analysis）： 讲解如何通过改变工艺参数或器件结构参数，来分析其对器件性能的影响。 第四部分：前沿半导体器件与仿真挑战 本部分将展望未来半导体技术的发展趋势，并探讨在这些领域中仿真技术面临的挑战和新的研究方向。 先进MOSFET结构： FinFET和GAAFET： 深入分析FinFET（鳍式场效应晶体管）和GAAFET（环绕栅极场效应晶体管）的结构优势，以及它们如何克服传统平面MOSFET的短沟道效应和漏电问题。探讨它们的仿真模型建立和参数提取的挑战。 高栅压和低栅压器件： 分析不同应用场景对栅压的要求，以及如何设计和仿真具有特定栅压特性的器件。 新兴器件与材料： 三维（3D）集成技术： 探讨3D器件结构对仿真精度的要求，以及如何处理复杂的几何结构和多层材料的相互作用。 非硅基半导体材料： 简要介绍III-V族化合物半导体（如GaAs, InP）、宽禁带半导体（如GaN, SiC）及其在高性能电子器件中的应用。分析其仿真模型的特点和挑战，以及与硅基器件的差异。 忆阻器（Memristor）和相变存储器（PCM）： 探讨这些新型非易失性存储器件的工作原理，以及如何建立和仿真它们的电学行为。 工艺-器件-电路协同仿真： 跨尺度仿真： 介绍如何将从原子尺度到器件尺度的不同尺度的仿真方法结合起来，以更全面地理解和预测器件性能。 人工智能（AI）与机器学习（ML）在仿真中的应用： 探讨如何利用AI/ML技术加速仿真过程、改进模型精度，以及辅助参数提取和设计优化。 量子效应与高级建模： 量子隧穿效应： 对于纳米级器件，量子隧穿效应不可忽略，将简要介绍量子力学在器件仿真中的应用。 多物理场耦合仿真： 讨论热效应、应力效应、电磁效应等与电学性能的耦合，以及如何进行多物理场仿真。 本书特色： 理论深度与实践指导并重： 不仅讲解理论，更侧重于理论与实际器件设计、工艺优化之间的联系。 系统性强： 从基础物理原理出发，层层递进，构建完整的知识体系。 概念清晰： 使用严谨的物理语言，同时配以易于理解的图示和类比，帮助读者透彻理解复杂的概念。 启发性： 引导读者思考，培养独立分析和解决问题的能力，而非局限于特定软件的操作。 通过研读本书，读者将能够建立起对半导体工艺和器件仿真深厚的理论认知，理解各种工艺步骤背后的物理机制，掌握分析和构建仿真模型的方法，从而在实际工作中能够更有效地进行器件设计、工艺开发和性能优化，为半导体技术的创新与发展贡献力量。

评分☆☆☆☆☆

从排版和章节逻辑来看，我希望能看到一种非常清晰、有条理的知识递进结构。它不应该仅仅是软件操作手册的堆砌，而更应该像一位经验丰富的工程师在手把手带你入门。理想的状态是：先建立起对半导体器件物理和工艺的宏观理解，然后迅速过渡到软件工具如何映射这些物理概念，最后才是具体的菜单操作和参数输入。我特别希望那些关于如何解读仿真输出数据，比如如何正确地绘制转移特性曲线（Ids-Vgs）或输出特性曲线（Ids-Vds），并从中提取出关键性能参数（如阈值电压 $V_{th}$、跨导 $g_m$）的章节能写得深入而实用。这种理论与实践完美结合的叙事方式，才是真正有价值的技术书籍所应具备的特质。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计挺有意思的，深邃的蓝色背景，配上一些像是电路图的线条和光影效果，一下子就抓住了我的眼球。我一直觉得技术类的书籍如果能设计得既专业又不失现代感，会让人更有阅读的欲望。这本书的装帧看起来挺扎实的，拿到手里感觉分量十足，能感受到作者和出版社在这本书的实体制作上下了不少功夫。光是看着这本书，我就能联想到里面满满的干货，那种沉甸甸的感觉，总能给人一种踏实的信心。我希望能从中找到那种深入浅出、能够真正落地操作的知识体系，而不是晦涩难懂的纯理论堆砌。期待它能真正成为我工作台上的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买了很多关于半导体器件模拟的书，很多都是偏理论或者应用案例过于简单，读完后感觉好像还是抓不住核心。我希望能在这本书里看到更贴近实际工业界需求的仿真流程解析。比如，如果能详细讲解如何针对特定的工艺节点，比如 FinFET 或者 SOI 结构，来设置合理的物理模型参数，以及如何诊断和优化仿真结果中的收敛性问题，那就太棒了。我特别关注那些关于如何将实验数据反馈到仿真模型中进行校准的章节，因为这才是真正体现软件“实用性”的关键所在。如果这本书能提供大量的“陷阱”提醒和“最佳实践”总结，那它的价值就不可估量了。

评分☆☆☆☆☆

最近我正在尝试将一些老旧的仿真脚本升级到最新的 Silvaco 版本，遇到不少兼容性和新功能学习的难题。我希望这本书能够像一本详尽的“新旧特性对照手册”一样，清晰地指出新版本中哪些常用命令被优化或替换了，以及如何利用最新版本引入的强大功能（比如更先进的材料模型或者更快的求解器）来提升我的仿真效率。如果作者能分享一些自己在使用过程中总结出的提高效率的小技巧，例如批处理脚本的编写心得，或者如何构建模块化的仿真流程，那简直是雪中送炭。毕竟，在快节奏的研发环境中，时间就是一切。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的“附光盘”部分抱有极大的期待。在仿真软件教程中，软件安装、许可证配置、以及基础环境的搭建往往是新手最容易卡壳的地方。我衷心希望光盘里能包含一些可以直接运行的、经过验证的输入文件示例（.in 文件），这些文件最好能覆盖从简单的 MOSFET 模型到稍微复杂一点的耦合器件分析。如果这些示例文件能配上详细的注释，解释每一步设置背后的物理意义，那将是极好的学习资源。拥有可以直接运行的模板，远比死记硬背命令来得有效率得多，它能让我迅速进入“实战”状态。