半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程(附光盤) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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唐龍榖 著

圖書標籤:

• 半導體
• TCAD
• Silvaco
• 仿真
• 工藝
• 器件
• 教程
• 實用
• 光盤
• 電子工程

店鋪： 玖創圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302354314

商品編碼：29786573815

包裝：平裝

齣版時間：2014-07-01

基本信息

書名：半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程(附光盤)

定價：39.00元

作者：唐龍榖

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2014-07-01

ISBN：9787302354314

字數：373000

頁碼：235

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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為瞭滿足半導體工藝和器件及其相關領域人員對計算機仿真知識的需求，幫助其掌握當前先進的計算機仿真工具，特編寫《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程》。
　　《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程》以SilvacoTCAD2012為背景，由淺入深、循序漸進地介紹瞭SilvacoTCAD器件仿真基本概念、Deckbuild集成環境、Tonyplot顯示工具、ATHENA工藝仿真、ALTAS器件仿真、MixedMode器件一電路混閤仿真以及C注釋器等高級工具。
　　《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程》內容豐富、層次分明、突齣實用性，注重語法的學習，例句和配圖非常豐富；所附光盤含有書中具有獨立仿真功能的例句的完整程序、教學PPT和大量學習資料。讀者藉助《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程》的學習可以實現快速入門，且能深入理解TCAD的應用。
　　《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程》既可以作為高等學校微電子或電子科學與技術專業高年級本科生和研究生的教材，也可供相關專業的工程技術人員學習和參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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章 仿真基礎
1．1 TCAD
1．1．1 數值計算
1．1．2 基於物理的計算
1．2 SilvacoTCAD
1．2．1 主要組件
1．2．2 目錄結構
1．2．3 文件類型
1．3 Deckbuild
1．3．1 DeckbuildPreferences
1．3．2 語法格式
1．3．3 gO
1．3．4 set
1．3．5 Tonyplot
1．3．6 extract
1．4 學習方法
思考題與習題1

第2章 二維工藝仿真
2．1 ATHENA概述
2．2 工藝仿真流程
2．2．1 定義網格
2．2．2 襯底初始化
2．2．3 工藝步驟
2．2．4．提取特性
2．2．5 結構操作
2．2．6 Tonyplot顯示
2．3 單項工藝
2．3．1 離子注入
2．3．2 擴散
2．3．3 澱積
2．3．4 刻蝕
2．3．5 外延
2．3．6 拋光
2．3．7 光刻
2．3．8 矽化物
2．3．9 電極
2．3．1 0幫助
2．4 集成工藝
2．5 優化
2．5．1 優化設置
2．5．2 待優化參數
2．5．3 優化目標
2．5．4 優化結果
思考題與習題

第3章 二維器件仿真
3．1 ATLAS概述
3．2 器件仿真流程
3．3 定義結構
3．3．1 ATI。AS生成結構
3．3．2 DevEdit生成結構
3．3．3 DevEdit編輯已有結構
3．4 材料參數及模型
3．4．1 接觸特性
3．4．2 材料特性
3．4．3 界麵特性
3．4．4 物理模型
3．5 數值計算方法
3．6 獲取器件特性
3．6．1 直流特性
3．6．2 交流小信號特性
3．6．3 瞬態特性
3．6．4 高級特性
3．7 圓柱對稱結構
3．8 器件仿真結果分析
3．8．1 實時輸齣
3．8．2 日誌文件
……

第4章 器件一電路混閤仿真
第5章 高級特性
參考文獻

《半導體工藝與器件仿真：深度解析與實踐指南》 內容梗概： 本書並非《半導體工藝和器件仿真軟件Silvaco TCAD實用教程(附光盤)》。本書旨在為半導體行業的研發人員、工程師、以及對半導體器件物理和仿真技術感興趣的在校學生提供一本全麵、深入的理論與實踐相結閤的指南。本書不側重於特定商業軟件的操作細節，而是著重於構建紮實的半導體器件物理理論基礎，闡述各種半導體工藝步驟的物理機製，以及它們如何影響器件的電學特性。通過對關鍵仿真理論的講解，讀者將能理解如何建立準確的仿真模型，並能獨立分析仿真結果，從而指導實驗設計和工藝優化。 第一部分：半導體器件物理基礎 本部分將從晶體管作為核心器件的角度齣發，係統梳理構成半導體器件的 fundamental principles。 晶體管結構與工作原理的演進： PN結的形成與特性： 深入剖析PN結的形成過程，包括摻雜、擴散、遷移率等基本概念，詳細講解耗盡區、內建電勢、載流子注入與漂移等機製。通過分析PN結的伏安特性麯綫，理解二極管的正反偏特性，為後續MOSFET和BJT等復雜器件的理解打下基礎。 雙極結型晶體管（BJT）的原理： 講解BJT的結構，包括發射區、基區、集電區，以及它們的功能。重點闡述載流子在基區的輸運、擴散和復閤過程，以及電流放大機製。深入分析BJT的各種工作模式（放大、截止、飽和），並講解其主要的電學參數，如電流增益（β）、跨導等。 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）的原理： 這是本書的重點之一。詳細介紹MOSFET的結構，包括襯底、柵極、絕緣層（氧化層）和溝道。深入講解MOSFET的工作原理，特彆是場效應如何形成和調製溝道導電性。細緻分析MOSFET的四種工作區域：截止區、綫性區（或稱歐姆區）、飽和區和亞閾值區。通過推導MOSFET的跨導、漏電流等關鍵方程，讓讀者理解其設計和優化依據。 MOSFET的溝道形成機製： 重點講解反型層、積纍層和耗盡層的形成過程，以及閾值電壓（Vt）的物理意義和影響因素，包括柵氧化層厚度、絕緣層材料、襯底摻雜濃度和錶麵勢等。 載流子輸運機製： 詳細介紹載流子（電子和空穴）在半導體材料中的主要輸運機製，包括漂移（Drift）和擴散（Diffusion）。講解遷移率（Mobility）的概念，並分析其與摻雜濃度、溫度、電場強度等因素的關係。對於高電場下的效應，如飽和速度（Saturation Velocity）和熱電子效應，也將進行闡述。 錶麵效應與界麵物理： 講解半導體錶麵和界麵（如Si-SiO2界麵）對器件性能的影響。分析錶麵態（Surface States）和界麵陷阱（Interface Traps）的産生機製及其對載流子行為的散射和捕獲作用，以及它們對閾值電壓、漏電流和可靠性的影響。 器件關鍵參數的物理意義： 跨導（Transconductance, Gm）： 講解跨導的定義及其在放大電路中的重要性，分析影響跨導的因素，如柵極電壓、溝道長度、遷移率等。 輸齣電阻（Output Resistance, Ro）： 講解輸齣電阻的物理含義，及其與輸齣電流隨漏極電壓變化的敏感度。分析溝道長度調製效應（Channel Length Modulation）等對輸齣電阻的影響。 閾值電壓（Threshold Voltage, Vt）： 再次強調閾值電壓的重要性，並詳細分析其影響因素，包括工藝參數和器件結構。 漏電流（Leakage Current）： 細緻分析各種漏電流的來源，如亞閾值漏電流、柵漏電流、源漏結反嚮漏電流等，並探討其對功耗和器件性能的影響。 擊穿電壓（Breakdown Voltage）： 講解半導體器件的擊穿機製，如雪崩擊穿（Avalanche Breakdown）和齊納擊穿（Zener Breakdown），以及如何通過結構設計和工藝選擇來提高擊穿電壓。 寄生效應： 講解器件中存在的各種寄生效應，如寄生電阻（源極/漏極歐姆接觸電阻、溝道電阻）、寄生電容（柵極-源極/漏極電容、擴散電容）和襯底效應等，並分析它們對器件速度和功耗的影響。 第二部分：半導體工藝流程與物理模型 本部分將深入探討製造半導體器件所需的關鍵工藝步驟，並從物理學的角度解析每一步驟的原理，以及它們對材料和器件性能的根本性影響。 矽基材料製備與晶體生長： 矽提純與晶體生長： 介紹多晶矽的提純過程（如西門子法），以及單晶矽的生長技術（如直拉法CZ、區熔法FZ）。講解晶體取嚮、位錯等對材料性能的影響。 晶圓製備： 講解矽晶圓的切割、拋光和清洗過程，以及晶圓錶麵質量對後續工藝的重要性。 薄膜生長與沉積技術： 氧化工藝： 詳細介紹乾氧氧化、濕氧氧化等氧化方法，以及高溫氧化對矽錶麵的鈍化作用。重點講解氧化層的厚度、均勻性和質量控製，及其對MOSFET性能（如閾值電壓、柵漏電流）的關鍵作用。 化學氣相沉積（CVD）： 介紹低壓CVD（LPCVD）、等離子體增強CVD（PECVD）等技術，用於沉積氮化矽（Si3N4）、多晶矽（Polysilicon）、二氧化矽（SiO2）等薄膜。講解不同CVD方法的原理、優點和缺點，以及沉積薄膜的化學成分、均勻性、應力等參數。 物理氣相沉積（PVD）： 介紹濺射（Sputtering）和蒸發（Evaporation）等技術，用於沉積金屬薄膜（如鋁、鎢、銅）。講解PVD的原理和應用，以及薄膜的附著力、導電性等。 光刻與圖案化技術： 光刻原理： 詳細講解光刻的原理，包括光刻膠（Photoresist）的性質、曝光、顯影過程。介紹正膠和負膠的區彆。 光刻設備與技術： 介紹接觸式、接近式和步進掃描式光刻機的原理和發展。重點講解深紫外（DUV）光刻和極紫外（EUV）光刻技術，以及其分辨率的極限和挑戰。 刻蝕工藝： 介紹乾法刻蝕（如反應離子刻蝕RIE）和濕法刻蝕。重點分析RIE的反應機理、選擇性、各嚮異性等，以及它們如何精確地在晶圓上形成所需的圖案。 摻雜技術： 擴散（Diffusion）： 講解固態擴散和氣相擴散原理，以及如何控製摻雜深度和濃度分布。 離子注入（Ion Implantation）： 這是現代半導體工藝中最重要的摻雜技術。詳細講解離子注入的原理，包括離子源、加速、質量分析、掃描等步驟。重點分析注入能量、劑量、角斜等參數對摻雜分布的影響，以及後續的退火（Annealing）過程如何激活摻雜物並修復損傷。 金屬化與互連技術： 多層金屬互連： 介紹構建復雜集成電路所需的層層堆疊的金屬互連結構。 銅互連與低介電材料： 講解銅互連技術及其挑戰（如擴散），以及低介電常數（Low-k）材料在減小互連綫電容、提高速度方麵的作用。 化學機械拋光（CMP）： 講解CMP在實現器件平麵化（Planarization）中的關鍵作用，以及其對後續層疊工藝的支撐。 退火工藝： 退火的目的與機理： 講解高溫退火在激活摻雜物、修復晶格損傷、改善界麵質量、降低薄膜應力等方麵的作用。 不同退火技術： 介紹快速熱處理（RTP）等現代退火技術。 第三部分：半導體器件仿真基礎理論與建模 本部分將聚焦於支撐半導體器件仿真工作的核心理論框架，以及如何將物理模型轉化為可計算的仿真參數。 半導體仿真中的基本方程組： 泊鬆方程（Poisson's Equation）： 講解電勢分布與電荷分布之間的關係，這是描述靜電場的基礎。 連續性方程（Continuity Equations）： 講解電子和空穴濃度的變化率，描述載流子的産生、復閤和輸運。 漂移-擴散方程（Drift-Diffusion Equations）： 這是半導體器件仿真最核心的方程組，它結閤瞭泊鬆方程和連續性方程，描述瞭載流子在電場作用下的漂移和濃度梯度驅動的擴散。將詳細推導這些方程，並解釋其中各項物理含義。 能量守恒方程（Energy Conservation Equation）： 在某些高級模型中，會引入能量守恒方程來描述載流子能量的變化。 半導體材料模型： 載流子遷移率模型： 詳細介紹多種遷移率模型，包括濃度依賴模型（如Masetti模型）、電場依賴模型（如Caughey-Thomas模型、Yau模型）和界麵散射模型。分析這些模型如何捕捉不同摻雜濃度、電場強度和錶麵效應下的遷移率變化。 碰撞電離模型（Impact Ionization Models）： 講解影響擊穿電壓的碰撞電離效應，介紹常用的模型（如Chynoweth模型）。 陷阱模型（Trap Models）： 描述錶麵態和體陷阱對載流子捕獲和釋放的過程，以及它們對器件性能的影響。 器件物理模型的選擇與參數提取： 簡化的緊湊模型（Compact Models）： 簡要介紹BSIM、EKV等用於電路仿真的緊湊模型，以及它們如何通過參數化來描述器件宏觀電學特性。 物理模型（Physics-based Models）： 重點強調基於物理方程的仿真模型，其優勢在於能夠揭示器件內部的物理機製。 參數提取（Parameter Extraction）： 講解如何通過實驗測量數據來校準和提取仿真模型中的物理參數，以確保仿真結果的準確性。 仿真流程與結果分析： 網格劃分（Meshing）： 講解仿真網格的生成、密度和質量對仿真精度和效率的影響。 求解器（Solvers）： 介紹求解泊鬆方程、連續性方程等非綫性方程組的數值方法。 仿真結果的可視化與分析： 講解如何有效地可視化仿真結果，如電勢分布圖、載流子濃度分布圖、電場分布圖、能帶圖等，以及如何根據這些圖譜分析器件的工作狀態和潛在問題。 靈敏度分析（Sensitivity Analysis）： 講解如何通過改變工藝參數或器件結構參數，來分析其對器件性能的影響。 第四部分：前沿半導體器件與仿真挑戰 本部分將展望未來半導體技術的發展趨勢，並探討在這些領域中仿真技術麵臨的挑戰和新的研究方嚮。 先進MOSFET結構： FinFET和GAAFET： 深入分析FinFET（鰭式場效應晶體管）和GAAFET（環繞柵極場效應晶體管）的結構優勢，以及它們如何剋服傳統平麵MOSFET的短溝道效應和漏電問題。探討它們的仿真模型建立和參數提取的挑戰。 高柵壓和低柵壓器件： 分析不同應用場景對柵壓的要求，以及如何設計和仿真具有特定柵壓特性的器件。 新興器件與材料： 三維（3D）集成技術： 探討3D器件結構對仿真精度的要求，以及如何處理復雜的幾何結構和多層材料的相互作用。 非矽基半導體材料： 簡要介紹III-V族化閤物半導體（如GaAs, InP）、寬禁帶半導體（如GaN, SiC）及其在高性能電子器件中的應用。分析其仿真模型的特點和挑戰，以及與矽基器件的差異。 憶阻器（Memristor）和相變存儲器（PCM）： 探討這些新型非易失性存儲器件的工作原理，以及如何建立和仿真它們的電學行為。 工藝-器件-電路協同仿真： 跨尺度仿真： 介紹如何將從原子尺度到器件尺度的不同尺度的仿真方法結閤起來，以更全麵地理解和預測器件性能。 人工智能（AI）與機器學習（ML）在仿真中的應用： 探討如何利用AI/ML技術加速仿真過程、改進模型精度，以及輔助參數提取和設計優化。 量子效應與高級建模： 量子隧穿效應： 對於納米級器件，量子隧穿效應不可忽略，將簡要介紹量子力學在器件仿真中的應用。 多物理場耦閤仿真： 討論熱效應、應力效應、電磁效應等與電學性能的耦閤，以及如何進行多物理場仿真。 本書特色： 理論深度與實踐指導並重： 不僅講解理論，更側重於理論與實際器件設計、工藝優化之間的聯係。 係統性強： 從基礎物理原理齣發，層層遞進，構建完整的知識體係。 概念清晰： 使用嚴謹的物理語言，同時配以易於理解的圖示和類比，幫助讀者透徹理解復雜的概念。 啓發性： 引導讀者思考，培養獨立分析和解決問題的能力，而非局限於特定軟件的操作。 通過研讀本書，讀者將能夠建立起對半導體工藝和器件仿真深厚的理論認知，理解各種工藝步驟背後的物理機製，掌握分析和構建仿真模型的方法，從而在實際工作中能夠更有效地進行器件設計、工藝開發和性能優化，為半導體技術的創新與發展貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

從排版和章節邏輯來看，我希望能看到一種非常清晰、有條理的知識遞進結構。它不應該僅僅是軟件操作手冊的堆砌，而更應該像一位經驗豐富的工程師在手把手帶你入門。理想的狀態是：先建立起對半導體器件物理和工藝的宏觀理解，然後迅速過渡到軟件工具如何映射這些物理概念，最後纔是具體的菜單操作和參數輸入。我特彆希望那些關於如何解讀仿真輸齣數據，比如如何正確地繪製轉移特性麯綫（Ids-Vgs）或輸齣特性麯綫（Ids-Vds），並從中提取齣關鍵性能參數（如閾值電壓 $V_{th}$、跨導 $g_m$）的章節能寫得深入而實用。這種理論與實踐完美結閤的敘事方式，纔是真正有價值的技術書籍所應具備的特質。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計挺有意思的，深邃的藍色背景，配上一些像是電路圖的綫條和光影效果，一下子就抓住瞭我的眼球。我一直覺得技術類的書籍如果能設計得既專業又不失現代感，會讓人更有閱讀的欲望。這本書的裝幀看起來挺紮實的，拿到手裏感覺分量十足，能感受到作者和齣版社在這本書的實體製作上下瞭不少功夫。光是看著這本書，我就能聯想到裏麵滿滿的乾貨，那種沉甸甸的感覺，總能給人一種踏實的信心。我希望能從中找到那種深入淺齣、能夠真正落地操作的知識體係，而不是晦澀難懂的純理論堆砌。期待它能真正成為我工作颱上的得力助手。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的“附光盤”部分抱有極大的期待。在仿真軟件教程中，軟件安裝、許可證配置、以及基礎環境的搭建往往是新手最容易卡殼的地方。我衷心希望光盤裏能包含一些可以直接運行的、經過驗證的輸入文件示例（.in 文件），這些文件最好能覆蓋從簡單的 MOSFET 模型到稍微復雜一點的耦閤器件分析。如果這些示例文件能配上詳細的注釋，解釋每一步設置背後的物理意義，那將是極好的學習資源。擁有可以直接運行的模闆，遠比死記硬背命令來得有效率得多，它能讓我迅速進入“實戰”狀態。

評分☆☆☆☆☆

最近我正在嘗試將一些老舊的仿真腳本升級到最新的 Silvaco 版本，遇到不少兼容性和新功能學習的難題。我希望這本書能夠像一本詳盡的“新舊特性對照手冊”一樣，清晰地指齣新版本中哪些常用命令被優化或替換瞭，以及如何利用最新版本引入的強大功能（比如更先進的材料模型或者更快的求解器）來提升我的仿真效率。如果作者能分享一些自己在使用過程中總結齣的提高效率的小技巧，例如批處理腳本的編寫心得，或者如何構建模塊化的仿真流程，那簡直是雪中送炭。畢竟，在快節奏的研發環境中，時間就是一切。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我買瞭很多關於半導體器件模擬的書，很多都是偏理論或者應用案例過於簡單，讀完後感覺好像還是抓不住核心。我希望能在這本書裏看到更貼近實際工業界需求的仿真流程解析。比如，如果能詳細講解如何針對特定的工藝節點，比如 FinFET 或者 SOI 結構，來設置閤理的物理模型參數，以及如何診斷和優化仿真結果中的收斂性問題，那就太棒瞭。我特彆關注那些關於如何將實驗數據反饋到仿真模型中進行校準的章節，因為這纔是真正體現軟件“實用性”的關鍵所在。如果這本書能提供大量的“陷阱”提醒和“最佳實踐”總結，那它的價值就不可估量瞭。