網格，區(qū)域，摻雜分布等定義好后，就可以定義器件仿真時的電極參數、材料特性和物理模型了，數值計算方法定義好后，再施加電壓、電流、光照、磁場就能得到相應的器件特性。

1. 接觸特性

電極的接觸特性由contact命令定義，參數包括功函數、邊界、寄生參數、電極連接、浮柵電容等等。

1.1 Gate的功函數和肖特基接觸

電極和半導體材料的接觸類型默認為歐姆接觸，如果定義了功函數，就變成肖特基接觸。定義功函數（肖特基接觸）的方法有以下幾種：

• 通過workfunction參數定義

  contact name=gate workfunction=4.8
  

  定義功函數為4.8 eV

• 通過指定接觸材料定義，不同的接觸材料對應不同的默認功函數值

  contact name=gate n.polysilicon
  

  常用材料和功函數對應表

  aluminum	4.10 eV
  n.polysilicon	4.17 eV
  p.polysilicon	4.17 eV+Eg(Si)
  tungsten	4.63 eV
  tu.disilicide	4.80 eV

  對與鋁和重摻雜的硅，一般來說時歐姆接觸，這種情況下不要指定功函數

  contanct name=gate aluminum  # wrong
  

• 通過barrier和alpha參數設置接觸的勢壘特性

  contact name=anode workfunction=4.9 barrier alpha=1.0e-7
  

  指定名為anode的電極為肖特基勢壘，勢壘高度為4.9 eV。

  sets the work function of the Schottky contact named anode to 4.9 eV enables barrier lowering and sets the dipole lowering coefficient to 1 nm.

1.2 設置電流邊界狀態(tài)

使用contact命令可以改變電極的控制方式為電流控制，電流控制適用于電流比電壓更加敏感或者電流是電壓的多值函數的情形。

contact name=drian current

改變漏極為電流控制（或者稱為電流邊界）。

Note:如果電極的控制方式為電流控制，求解的時候需要設置求解方法為block方法或者newton法。

1.3 定義外電阻、電容或者電導

Lumped resistance, capacitance, and inductance connected to an electrode can be specified using the resistance, capacitance, and inductance parameters in the contact statement.

• Lumped ... 是什么意思？

可以使用contact命令定義電極接觸時的外電阻、電容和電導，其單位分別是Ohm, F, H。

• 電阻，電容和電導與電極的串并聯(lián)關系如何？

contact name=drain resistance=50.0 capasitance=20e-12 inductance=1e-6

Specifies a parallel resistor and capacitor of 50 ohms and 20 pF respectively in series with a 1 uH indujavascript:void(null)ctor.

Note that in 2D simulations, these passive element values are scaled by the width in the third dimension. Since in 2D Atlas assumes a 1um width, the resistance becomes 50 Ohm-um.

分布電阻使用con.resist參數定義

contact name=source con.resist=0.01

指定源極有一個分布電阻，阻值為0.01 Ohm·cm^2

Note:如果仿真時電極具有外電阻、電容或者電導，仿真時必須使用block法或者newton法。

1.4 浮動接觸

使用contact命令的floating參數，可以定義可編程器件例如EEPROM中的浮柵電極，也可以定義功率器件中的浮場極板(floating field plates)。

例如：

• 指定浮柵

  contact name=fgate floating
  

對于直接與半導體材料接觸的電極，最好不要使用floating參數。這種類型的浮動接觸最好通過指定電流邊界條件來仿真：

contact name=drain current

這樣，在隨后的solve命令中，漏極電流邊界條件默認為0，從而實現浮動接觸。

• > On subsequent solve statements, the drain current boundary condition will default to zero current. Therefore, floating the contact.對于這句話，按上面的理解可對？

浮動接觸也可以通過指定外接很高的電阻來實現，這在擊穿仿真時很有用。

Note that extremely large resistance values must be used to keep the current through the contact insignificant. Using a lumped resistor will allow the tolerance on potential to move slightly above zero. For example, if the tolerance is 10-5V and the defined resistance was only 10MOhm·um, then a current of 10-12 A/um may flow through the contact, which may be significant in breakdown simulations.

1.5 設置電極短接

定義電極短接有幾種不同的方法：

• 如果器件結構是通過atlas定義的，在使用electrode命令定義電極的過程中，如果位置參數不一樣而name參數一致，那么這兩個或者兩個以上的不同位置的電極將被認為是短接的，這幾個電極的電壓將始終保持一致

• 如果器件結構是通過athena進行定義的，對于electrode命令的使用情況與上述情況一致

• 使用contact命令可以在電極名字不一樣的前提下，對電極進行短接

  contact name=base common=collector
  ...
  solve vbase=0.5
  

  這里將基極和集電極短接起來，在后續(xù)計算中，對基極施加0.5V電壓，那么集電極上電壓也是0.5V。

  contact命令不僅可以使不同電極短接，而且可以使不同電極之間保持一恒定電勢差

  contact name=gate1 common=gate2 factor=0.1
  

  這里gate1上的電壓始終等于gate2上電壓加上0.1V。

1.6 設置開路接觸

有三種方法可以設置電極的開路狀態(tài)：

• 在生成結構時將electrode刪掉，沒有電極自然開路
• 在contact定義中采用很大的接觸電阻，比如10^20 Ohm，這個接觸電阻相當于上拉電阻的作用
• 在contact定義中使用電流控制，然后將電流大小設置的很小很小或者是零。

2. 材料特性

所有的材料都歸類于半導體、絕緣體、導體中的一類。每一類都有自己特定的參數，例如半導體有電子親合勢、能帶間隙、狀態(tài)密度、少子壽命和飽和速度等等。器件仿真的時候很多材料都有自己默認的參數值。

材料的特性用material命令設置。

material命令的參數可以分為幾大類。區(qū)域參數、能帶結構參數、BQP參數、遷移率參數等等，這些參數都對應一定的物理模型，由一系列方程來表示這些量。模型方程以及變量的默認參數在ATLAS手冊的physics部分有詳細的說明。

常用參數：

2.1 區(qū)域材料參數：

• mateiral： 材料名稱
• name：在結構生成時特定區(qū)域的名稱
• region：在結構生成時特定區(qū)域的序號

2.2 能帶結構參數：

• affinity：電子親合勢 （eV）
• align：不同禁帶寬度材料接觸時導帶的不連續(xù)參數
• d.tunnel：肖特基遂穿模型中定義的最大遂穿距離
• eg300：300K時的禁帶寬度 （eV）
• nc300：300K時的導帶狀態(tài)密度
• nv300：300K時的價帶狀態(tài)密度
• ni.min：本征載流子允許的最小值
• permittivity：材料的介電常數

2.3 遷移率模型參數：

• mun：低電場時電子遷移率（cm^2/(V·s)），指定遷移率濃度依賴模型
• mup：低電場時空穴遷移率（cm^2/(V·s)），指定遷移率濃度依賴模型
• vsatn：電子飽和速率（cm/s）
• vsatp：空穴飽和速率（cm/s）

2.4 復合模型參數：

• augn：電子俄歇系數（cm^6/s）
• augp：空穴俄歇系數（cm^6/s）
• copt：材料的光學復合速率（cm^3/s），設定模型時需要使用model optr
• etrap：SRH復合時的陷阱能量(eV)

2.5 碰撞離化參數

• lambdae：電子平均自由程
• lambdah：空穴平均自由程
• opphe：光學聲子能量（eV）

2.6 Klaassen模型參數

• taun0：SRH復合的電子壽命（s）
• taup0：SRH復合的空穴壽命（s）

2.7 載流子統(tǒng)計模型

• eab：受主能級（eV）
• edb：施主能級（eV）

2.8 熱載流子注入參數

• ig.elinr：兩次碰撞之間的電子平均自由軌道（cm）
• ig.hlinr：空穴平均自由軌道（cm）
• ig.elinf：電子平均自由程長度（cm）
• ig.hlinf：空穴平均自由程長度（cm）

2.9 導體參數

• drhodt：電阻率溫度系數(uOhm·cm/K)
• resistivity：電阻率(uOhm·cm)

2.10 晶格溫度相關參數

• agalpha：禁帶寬度隨溫度變化的$$\alpha$$參數（$$eV/K$$）
• egbeta：禁帶寬度隨溫度變化的$$\beta$$參數($$K$$)
• lt.taun：電子壽命受晶格溫度的影響指數因子（無量綱）
• lt.taup：空穴壽命受晶格溫度的影響指數因子（無量綱）

舉例：

• 硅材料，300K時禁帶寬度為1.12 eV，電子遷移率1100 cm^2/(V·s)

  material material=silicon eg300=1.12 mun0=1100
  

• 區(qū)域1的材料，電子和空穴的俄歇復合壽命為1us

  material region=1 taun0=1e-6 taup0=1e-6
  

• 由函數文件描寫材料參數

  material name=silicon f.index=myindex.c
  

3 界面特性

interface用于定義界面電荷密度和表面復合速率。界面類型默認為半導體——絕緣體界面，也可以是半導體——半導體之間的區(qū)域或者是半導體的邊界區(qū)域。

interface的主要參數有：qf（面電荷密度：cm^-2)，位置參數（x.min, x.max, y.min, y.max），復合速率：s.n（電子表面復合速率），s.p（空穴表面復合速率），類型參數：s.s（半導體——半導體界面），s.m（半導體——金屬），s.c（半導體——導體界面）。

• 界面電荷密度

  interface y.min=0.05 y.max=0.1 qf=-1e11
  

• 電子表面復合速率（$$cm/s$$）與空穴表面復合速率（$$cm/s$$）

  interface x.min=-4 x.max=4 y.min=-0.25 y.max=0.1 qf=-1e11 s.n=1e4 s.p=1e4
  

4 物理模型

物理模型通過models, impact命令指定，這些模型的參數會出現在 許多命令中，包括：models, impact, mobility, material等。這些物理模型可以被分為5大類：

• 遷移率模型
• 復合模型
• 載流子統(tǒng)計模型
• 碰撞離化模型
• 隧道模型

除了碰撞離化模型以外的模型都通過models命令指定。碰撞離化模型通過impact命令指定。

物理模型：

4.1 遷移率模型

• conmob：濃度依賴遷移率模型
• analytic, arora：濃度和溫度依賴遷移率模型
• ccsmob：載流子濃度依賴模型
• fldmob：平行電場依賴模型
• tasch, watt, shirahata：橫向電場依賴模型
• cvt, yamaguchi, kla.x：集成模型

4.2 復合模型

• srh, consrh, klasrh, trap.tunnel：Shockley-Read-Hall模型
• auger, klaaug：俄歇復合模型
• optr：光學復合模型
• s.n, s.p, surf.rec：表面復合模型
• trap, inttrap, defect：陷阱復合

4.3 載流子生成模型

• 碰撞離化模型
  • impact selb：Selberrherr模型
  • impact：Grant模型
  • impact crowell：Crowell-Sze模型
  • impact n.concan p.concan：Concannon
  • impact valdinoci：Valdinoci模型
  • impact toyable：Toyabe模型
• 帶——帶遂穿模型
  • bbt.std：標準模型
  • bbt.kl：Klaassen模型
  • kagun, kagup：能帶變窄模型
• fnord：Fowler-Nordheim遂穿模型
• hei, hhi：熱載流子注入模型
• emiss.xx：熱電子發(fā)射模型
• 載流子統(tǒng)計模型
  • Boltzmann統(tǒng)計（默認）
  • fermidirac：Fermi-Dirac統(tǒng)計
  • incomp, ioniz：不完全離化
  • bgn：能帶變窄
• 晶格自加熱和能量平衡模型
  • models lat.temp：晶格加熱
  • models hvte.el, hcte.ho：能量平衡

例如：

models conmob fldmob srh fermidirac
impact selb

指定使用xxx模型。。。

Specifies that the standard concentration dependent mobility, parallel field mobility, Shockley-Read-Hall recombination with fixed carrier lifetimes, Fermi Dirac statistics and Selberherr impact ionization models should be used.

models conmob fldmob srh fermidirac

采用遷移率模型，壽命模型，費米-狄拉克統(tǒng)計

impact selb

采用碰撞離化模型

4.4 特定技術的模型

針對特定技術，有更加簡便的方法配置相應的模型，這些技術是mos,bipolar,program,erase。models會據此配置一些基本的遷移率、復合、載流子統(tǒng)計和隧道模型。例如，對于mos模型，基本配置模型為cvt,srh,fermidirac。對于bipolar的基本模型有conmob,fldmob,consrh,auger,和bgn。mos模型和bipolar 模型分別針對MOSFET和雙極器件。

例如：

• mos模型

  models mos print
  

  將會使用cvt,srh,fermidirac模型

• bipolar模型

  models bipolar print
  

  將會使用conmob,fldmob,consrh,auger和bgn模型

  ps： 如果lat.temp參數也在models命令中指定了，或者temperature參數與300 K之差大于10 K，那么將會使用analytic模型而不是conmob模型。

Note：print參數可以列出運行時使用的模型及相關參數，因此強烈建議在models命令中使用print參數

物理模型的指定也可以針對特定材料，這樣在異質結器件仿真或者其他的多半導體類型器件的仿真時給參數設置提供了很大的靈活性。

• 定義特定材料使用的物理模型、

  models material=gaas fldmob evsatmod=1 ecritn=6e3 conmob
  

  models material=ingaas srh fldmob evsatmod=1 ecritn=3e3
  

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