4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

今回は時間がかかるので以下のノードを走らせておいてください。

n46-n50およびn136-n140, n196-n200

n51, n56, n61, n66, n71

n142,n147, n152, n157, n162

n201, n206, n211, n216, n221

安定したシミュレーションのため今回はpstopのexampleです。(Simple2D _dvs.cm をみて2日目の演習課題の答え合わせをしてみてください。)

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

まずはノード n46-n50およびn136-n140, n196-n200を走らせてみてください。時間がかかりますので解説をします。(Ctrol押しながらドラッグすると選択できます。)

基本的な情報はmanual/sdevice_ug.pdf/chapter17にあります．

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

IV simulation

それではノード n46-n50のジョブが終わっていたらそれぞれのIVカーブをプロットしてみてください。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

CV simulation

n136-n140のジョブが終わっていたらCVカーブ(1/c^2)をプロットしてみてください。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

MIP simulation

n196-n200のジョブが終わっていたら横軸時間、縦軸cathode 2(mid)からの電流および cathode 1(left)からの電流をプロットしてみましょう。

TIDの影響はほとんどないことがわかる。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 (TID100Mrad の場合)

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221

Ctrlキーを押しながらクリックすると複数のノードがクリックできます。

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

non-irrad と1e13くらいまでは何となく問題なく測れていそうだが、それ以上は難しい...

これは実測定でも同じで、暗電流の効果で静電容量が測れないと考えられる。

MIP simulation

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221のジョブが終わったら横軸時間縦軸 cathode2のTotalCurrentでプロットを作って比較してみましょう。

放射線損傷を受けるとベースが上がっているのは暗電流が増加するためです。

信号の大きさ(パルスの面積)は基本的には減少開港にありますが、1e15は非常に大きな信号になっています。(雪崩増幅か？)

一般的に放射線損傷後の検出器の運転は300K(室温)ではできません。253K(-20oC)などに下げて行います。

温度依存性等はPhysicsパラメータでシミュレーションできます。様々な物理パラメータに関しては次回説明します。

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

まずはノード n46-n50およびn136-n140, n196-n200を走らせてみてください。時間がかかりますので解説をします。(Ctrol押しながらドラッグすると選択できます。)

基本的な情報はmanual/sdevice_ug.pdf/chapter17にあります．

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

IV simulation

それではノード n46-n50のジョブが終わっていたらそれぞれのIVカーブをプロットしてみてください。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

CV simulation

n136-n140のジョブが終わっていたらCVカーブ(1/c^2)をプロットしてみてください。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

MIP simulation

n196-n200のジョブが終わっていたら横軸時間、縦軸cathode 2(mid)からの電流および cathode 1(left)からの電流をプロットしてみましょう。

TIDの影響はほとんどないことがわかる。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 (TID100Mrad の場合)

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221

Ctrlキーを押しながらクリックすると複数のノードがクリックできます。

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

non-irrad と1e13くらいまでは何となく問題なく測れていそうだが、それ以上は難しい...

これは実測定でも同じで、暗電流の効果で静電容量が測れないと考えられる。

MIP simulation

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221のジョブが終わったら横軸時間縦軸 cathode2のTotalCurrentでプロットを作って比較してみましょう。

放射線損傷を受けるとベースが上がっているのは暗電流が増加するためです。

信号の大きさ(パルスの面積)は基本的には減少開港にありますが、1e15は非常に大きな信号になっています。(雪崩増幅か？)

一般的に放射線損傷後の検出器の運転は300K(室温)ではできません。253K(-20oC)などに下げて行います。

温度依存性等はPhysicsパラメータでシミュレーションできます。様々な物理パラメータに関しては次回説明します。

ここまで出来たら演習問題に進んでください。　 Tutorial4thTCADDay4Question

-- Atlasj Silicon - 2020-05-27

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

安定したシミュレーションのため今回はpstopのexampleです。(Simple2D _dvs.cm をみて2日目の演習課題の答え合わせをしてみてください。)

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

まずはノード n46-n50およびn136-n140, n196-n200を走らせてみてください。時間がかかりますので解説をします。(Ctrol押しながらドラッグすると選択できます。)

基本的な情報はmanual/sdevice_ug.pdf/chapter17にあります．

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

IV simulation

それではノード n46-n50のジョブが終わっていたらそれぞれのIVカーブをプロットしてみてください。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

CV simulation

n136-n140のジョブが終わっていたらCVカーブ(1/c^2)をプロットしてみてください。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

MIP simulation

n196-n200のジョブが終わっていたら横軸時間、縦軸cathode 2(mid)からの電流および cathode 1(left)からの電流をプロットしてみましょう。

TIDの影響はほとんどないことがわかる。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 (TID100Mrad の場合)

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221

Ctrlキーを押しながらクリックすると複数のノードがクリックできます。

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

non-irrad と1e13くらいまでは何となく問題なく測れていそうだが、それ以上は難しい...

これは実測定でも同じで、暗電流の効果で静電容量が測れないと考えられる。

MIP simulation

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221のジョブが終わったら横軸時間縦軸 cathode2のTotalCurrentでプロットを作って比較してみましょう。

放射線損傷を受けるとベースが上がっているのは暗電流が増加するためです。

信号の大きさ(パルスの面積)は基本的には減少開港にありますが、1e15は非常に大きな信号になっています。(雪崩増幅か？)

一般的に放射線損傷後の検出器の運転は300K(室温)ではできません。253K(-20oC)などに下げて行います。

温度依存性等はPhysicsパラメータでシミュレーションできます。様々な物理パラメータに関しては次回説明します。

ここまで出来たら演習問題に進んでください。　 Tutorial4thTCADDay4Question

-- Atlasj Silicon - 2020-05-27

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

安定したシミュレーションのため今回はpstopのexampleです。(Simple2D _dvs.cm をみて2日目の演習課題の答え合わせをしてみてください。)

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

まずはノード n46-n50およびn136-n140, n196-n200を走らせてみてください。時間がかかりますので解説をします。(Ctrol押しながらドラッグすると選択できます。)

基本的な情報はmanual/sdevice_ug.pdf/chapter17にあります．

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

IV simulation

それではノード n46-n50のジョブが終わっていたらそれぞれのIVカーブをプロットしてみてください。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

CV simulation

n136-n140のジョブが終わっていたらCVカーブ(1/c^2)をプロットしてみてください。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

MIP simulation

n196-n200のジョブが終わっていたら横軸時間、縦軸cathode 2(mid)からの電流および cathode 1(left)からの電流をプロットしてみましょう。

TIDの影響はほとんどないことがわかる。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 (TID100Mrad の場合)

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221

Ctrlキーを押しながらクリックすると複数のノードがクリックできます。

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

non-irrad と1e13くらいまでは何となく問題なく測れていそうだが、それ以上は難しい...

これは実測定でも同じで、暗電流の効果で静電容量が測れないと考えられる。

MIP simulation

MIP: n196, n201, n206, n211, n216, n221のジョブが終わったら横軸時間縦軸 cathode2のTotalCurrentでプロットを作って比較してみましょう。

放射線損傷を受けるとベースが上がっているのは暗電流が増加するためです。

信号の大きさ(パルスの面積)は基本的には減少開港にありますが、1e15は非常に大きな信号になっています。(雪崩増幅か？)

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

安定したシミュレーションのため今回はpstopのexampleです。(Simple2D _dvs.cm をみて2日目の演習課題の答え合わせをしてみてください。)

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 (TID100Mrad の場合)

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

non-irrad と1e13くらいまでは何となく問題なく測れていそうだが、それ以上は難しい...

これは実測定でも同じで、暗電流の効果で静電容量が測れないと考えられる。

MIP simulation

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

今日使うサンプルの準備

今日使うサンプルをコピーしましょう。

cd ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials
mkdir -p tar_src
cd tar_src
cp /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/Simple2Dirrad.tar.gz .
swb　Simple2Dirrad.tar.gz　&

ここでワークベンチを立ち上げ、Simple2Dirrad.tar.gzと言うファイルを読み込みます。

 ~/work/Silicon/TCAD/Sentaurus/tutorials/

という場所にプロジェクトを保存してください。

早速sdeを走らせてみてください。　node8です。

安定したシミュレーションのため今回はpstopのexampleです。(Simple2D _dvs.cm をみて2日目の演習課題の答え合わせをしてみてください。)

ガードリングも少し離してあります。

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

まずはノード n46-n50およびn136-n140を走らせてみてください。時間がかかりますので解説をします。

基本的な情報はmanual/sdevice_ug.pdf/chapter17にあります．

bulk damageやsurface damageについて書いてありますが，ここでは表面電荷の置き方について．

電荷を置くには，デバイスシミュレーションの .cmdファイルに下のようなPhysicsの項目を足します．

Physics (MaterialInterface= "Silicon/Oxide" ) {
   # surface charge concentration in unit of cm^-2
   #   Traps (FixedCharge Conc=1e12)
   Traps (FixedCharge Conc=@<0.8e12+0.3e12*log10(0.0021544347+TID)>@)
}

FixedChargeを Concentration [cm^-2]の量として指定します。

一般的には大体 1e12 cm^-2 程度の電荷がたまりますが、総電離損傷の大きさに依存します。

ここでは、TID(単位 Mrad)での電荷量を最初の講義で見た実データを用いた値に指定しています。

それではノード n46-n50のジョブが終わっていたらそれぞれのIVカーブをプロットしてみてください。

ちなみに、pspray を p-stopにしたことでBreakDownが起こらなくなりました。(ガードリングの端での電場の集中はp-sprayが原因だったようです。)

TID 100-1000 Mrad までのすべてのプロットは重なっていて見えません。(Curvesタブのcurveをひとつづつクリックするとわかります。)

電荷がたまってもほとんど電流電圧特性はほとんど影響を受けないことがわかります。

n136-n140のジョブが終わっていたらCVカーブ(1/c^2)をプロットしてみてください。

TID 100-1000までのプロットはすべて重なっています。

TID0に関しては前回同様いびつな形をしていますが、一度酸化膜に電荷を置くと並行板コンデンサに近くなるようです。

(全空乏化するまで 1/C^2が電圧に比例し、全空乏化すると一定になります)

このプロットから全空乏化電圧は 15V程度であることがわかります。

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

同様のPixel2DIrradSimのプロジェクトを用いて行います。

TID=0 のノードでfluenceが違うIVとCVのデバイスシミュレーションを走らせてみてください。

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71

それでは走っている間に解説です。基本的にはバルク部のTrapping が実装されていることだけです。

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれています。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

IV: n46, n51, n56, n61, n66, n71 を走らせた後プロットを見る。

照射量に応じて案電流の増加がみられる。

照射量が高いシミュレーションでは途中からさらに増加する傾向にある。

これらの分布が実際のデバイスの測定値とどのくらい一致しているかを検証することはとても興味深いですね。

今回は温度は300Kに固定で行っていますのでその辺も変えてみたいところです。

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

CV: n137,n142,n147, n152, n157, n162 を走らせた後プロットを見る。

MIP simulation

-- Atlasj Silicon - 2020-05-27

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

MIP simulation

4日目 (放射線耐性のシミュレーション)

TCAD 表面損傷のシミュレーション

表面損傷のシミュレーション概要

講義参照

表面損傷のシミュレーション実習

TCAD バルク損傷のシミュレーション

バルク損傷のシミュレーション概要

講義参照

バルク損傷のシミュレーション実習

2Dのpixel simulationのsampleを展開しては知らせてみる。

source /home/software/scripts/common.sh 
source /home/software/scripts/vdec-license.sh 
#source /home/software/scripts/synopsys.sh
source /home/software/scripts/synopsys2016sp2.sh
export STDB=~/work/Sentaurus


mkdir -p ~/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/
cd  ~/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/
mkdir tar_src
cp  /home/kojin/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/2ndTCADWorkshop/Pixel2DIrradSim.tar.gz tar_src/
swb &

コピーしたPixel2DIrradSim.tar.gzを開いて Save As で　~/work/Silicon/TCAD/Synopsys/tutorials/に保存

ワークベンチはこのようになっている。

基本的には今までやったこととの違いはバルク部のTrapping が実装されていることだけ

## defect density = fluence x eta 

## state 1: acceptor, E = Ec-0.42 eV, sigma_e = 2e-15 cm2, sigma_h=2e-14 cm2, eta = 1.613 cm-1
## state 2: acceptor, E = Ec-0.46 eV, sigma_e = 5e-15 cm2, sigma_h=5e-14 cm2, eta = 100 cm-1
## state 3: donor, E = Ev+0.36 eV, sigma_e = 2.5e-14 cm2, sigma_h =2.5e-15 cm2, eta = 0.9 cm-1

        Traps(
                        (
                        name="state1" acceptor conc=@<fluence*1.613>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.42
                        eXsection=2E-15  hXsection=2E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state2" acceptor conc=@<fluence*100.0>@
                        Level FromConductionBand        EnergyMid=0.46
                        eXsection=5E-15  hXsection=5E-14
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                        (
                        name="state3" donor conc=@<fluence*0.9>@
                        Level FromValenceBand   EnergyMid=0.36
                        eXsection=2.5E-14  hXsection=2.5E-15
                        ##eJfactor=1.0 hJfactor=1.0
                        )
                )

IV/CV/MIPなどのSDEVICEにそれぞれTrap{}関数が含まれている。

node 1 を走らせる。

3 pixelと左右3つづつのガードリングがある。電極間はPsprayで分離。

IV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIVカーブをシミュレーション

node 3-10を走らせた後プロットを見る。

まとめて作るスクリプト

svidual IV.tcl

図のようなプロットができる。

照射量に応じて案電流の増加と、Break down 電圧の上昇がみられる。

PLOTBVはIVカーブからbreak down 電圧を読み取るinspector.

CV simulation

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でCVカーブをシミュレーション

node 18-24を走らせた後プロットを見る。

まとめて作るスクリプト

svidual CV.tcl

図のようなプロットができる。

同じ電圧で静電容量が照射量とともに増えている。これは空乏層の厚みが薄いから。 1e16と1e17は要調査

実際に100Vでどこまで空乏化しているか？

Non-irrad, 1e12 , 1e13, 1e14, 1e15, 1e16, 1e17 neq/cm2の照射量でIRRADIATIONを走らせる。これはSDEにtrapの情報を加えただけ。

node 32-38を走らせた後 node 25-31でプロットを見る。WDEP_ins.tcl

create_field -dataset TDR -name n -function max(<DopingConcentration>/(abs(<DopingConcentration>)+1.0),0)
create_field -dataset TDR -name p -function max((-1.0*<DopingConcentration>)/(abs(<DopingConcentration>)+1.0),0)
create_field -dataset TDR -name DEP -function <n>*<eDensity>/(<DopingConcentration>+10)-<p>*<hDensity>/(<DopingConcentration>-10)-0.05

1e13 と1e14 @ 100Vでのキャリア密度分布

MIP simulation

Pixel2DMIPのSDEを走らせる。　n46-52 はMIPの垂直入射。n212は点電荷。n175は45度入射

電極に流れる電流分布

svidual MIP.tcl

-- Atlasj Silicon - 2020-05-27