基于“有限元计算(TCAD)+电路分析(SPICE)”Mixmode 混合仿真模型的开发

基于“有限元计算(TCAD)+电路分析(SPICE)”Mixmode 混合仿真模型的开发

随着微电子技术的发展，半导体器件性能不断提升，其中两大仿真工具功不可没，分别是TCAD半导体工艺和器件仿真工具和SPICE电路仿真。TCAD是建立在半导体物理基础之上的数值仿真工具，它可以对不同工艺条件进行仿真，取代或部分取代昂贵、费时的工艺实验，计算和分析半导体器件的电学特性、热学特性、光学特性及电热光多场耦合的特性，从而助力于新型半导体器件结构的研发。SPICE为电路级仿真，给定已知的器件的物理模型，通过电路分析基础公式计算出给定电路的输入和输出特性，从而助力于电路及系统级模块的设计。

图 1 传统TCAD+SPICE联合仿真技术路线图

图1展示的是传统模式下TCAD+SPICE联合仿真的技术路线图，首先利用TCAD计算获得器件特性参数，然后利用建模工具将生成的器件特征参数打包成电路模拟可用的模型及参数，最后利用SPICE工具导入生成的器件模型及参数进行电路仿真，获得电路输出特性。这种“TCAD计算提参+SPICE”的联合仿真技术路线大大促进了微电子技术的发展，加速了产品迭代进程。

然而采用传统路线局限性较大，随着新型材料的应用、器件结构复杂度的提高，现存SPICE器件模型类型不足以准确描述当前器件结构，而新型器件的建模过程相对复杂、耗时较长；此外提取器件参数后再投入SPICE模块进行二次计算，则计算结果的误差会进一步增大。

图 2 Mixmode混合仿真示意图

天津赛米卡尔科技有限公司技术团队开发了图2中所示的Mixmode混合仿真技术，可将TCAD模型打包直接参与SPICE电路分析，避免了器件参数提取的过程，有效规避了参数提取、器件建模过程中造成的误差；器件可在真实的偏置条件下直接进行TCAD计算，即时展示器件内部的电场分布、电势分布、载流子分布以及温场分布情况，极大提高了器件设计的准确性，节省了器件设计周期。

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