IV simulation

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-- Atlasj Silicon - 2018-06-24

sdevice(Sentaurus Device)は、さまざまな半導体デバイスの電気的、熱的、および光学的特性をシミュレートできる、半導体デバイスシミュレータ。

IV測定のシミュレーションを行うためのプログラムの動かし方、中身について紹介を行う。

まずは作業ディレクトリを作成。

mkdir Pixel
swb

swb上でNew projectの作成

tool barから.

Project -> New -> New Project

Project -> Save As -> Project

/home/yunakamu/work/Sentaurus/tutorial/IV

cd Pixel/IV

sde/sdeviceは以下の場所にある。

sde

cp /home/yunakamu/work/Sentaurus/tutorial/IV/sde_dvs.cmd .

sdevice

cp /home/yunakamu/work/Sentaurus/tutorial/IV/sdevice_des.cmd .
mkdir plot

no toolを右クリックすると、プログラムの一覧が出てくるので、sdeを選択。

sdeのアイコンが出てきたら、今度は同様にしてsdeviceを選択。

まずはとにかく走らせてみる。

今回はsdeに変数はないため、特にswb上で設定する必要はない。(変数は"@"で囲まれている。)

sdeviceのアイコンの下のセルを右クリックして一番上のadd parameter をクリック。

Parameter "Vop"/Default Value "-30"と入力 -> ok

tutorial3.png

走らせたいセルをクリックし、青色になったことを確認。

ツールバー上の走っている人をクリックすると、runが始まる。

セルが青ー>緑ー>橙になったらrunが完了。

tutorial2.png

完了したら走らせたセルをクリック。

青状態になったら、ツールバーの”目”のマーク->inspectをクリック。

inspect.png

今回はElectronodeP(センサーの上側)に電圧をかけた時のIVシミュレーション。

ElectronodeP のOuterVoltageをx軸/TotalCurrentをy軸に設定。

IVcurve.png

センサーの断面の様子を確認したい場合。

確認したいセルをクリックし、”目”のアイコンー>Sentaurus Visual(svisual)を選択。"**_bnd.tdr"/"n4_msh.tdr"のものを選択すると、センサーの断面の様子が分かる。

sensor_side.png

プログラム

ここから中身について。

Sdeviceは以下の構造から構成される。

・File

・Electronode

・Physics

・Math

・Plot

・Solve

プログラムの書き方は主に二種類あり、Device ModeとMixed Mode。

Mixd ModeはDeviceを一つの構造として、複数の構造を持たせた状態でシミュレーションを行うことができる。

今回はDeviceは一つだが、このmodeで行う。

2708336896.png

まずはDeviceの設定。

Device の後に任意の名前を指定し、"{","}"で書こうと一つの構造になる。今回はDevice PIXELの中身はElectronode/File/Physicsから構成されている。

Electronode

電極の設定。sdeなどで作った半導体に割り当てた電極名を指定することで測定のシミュレーションを行うことができる。

File

読み込むファイル、及び今回のアウトプットするファイルの指定。

読み込むファイルは拡張子“.tdr”。

今回生成されるplotはplot/の中に生成される。

device.png

Physics

今回の物理的なシミュレーションの指定。

ドリフト拡散輸送モデルを使用。このphysics全体がドリフト拡散輸送モデルの形になっている。

温度/MI粒子/放射線損傷など、半導体センサーに細かな条件を加えることができる。

温度は300[K]。

Recombinationは不純物濃度などの動きをしていする方程式を指定。ここで定義しているSRH統計。

SRH統計(Shockley-Read-Hall)は、半導体中の深い準位によるキャリアの生成再結合(捕獲及び放出)の時定数に関してあらわしたモデル。

physics.png

Math

シミュレーションするときの条件設定。

Math.png

Plot

今回アウトプットとして出力される値の一覧。

IVシミュレーションに必要なパラメータではなく、svisal上で視覚的に見たいものを記述。

例えばeDensityは、デバイスの電荷密度の様子を見ることができる。

plot.png

System

Mixed Modelの場合、Deviceの電極を再設定する必要がある。

PIXEL pixel(Device名 任意の名前)として、電極を定義していく。

system.png

Solve

解析の手法を選択。

IV測定、CV測定、時間変移など必要に応じてシミュレーションを行う。

以下はElectronodePに電圧をかけていく様子。

Vopの値に向かって、IV測定のシミュレーションが行われる。

solve.png

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