【正文】 將一個n型鍺單晶放置在金屬板上，在單晶上形成一個P反型層，將一個塑料楔子放在反型層上，用金箔包住楔子并切開連接處并固定，以確保金箔間的縫隙非常的小。當(dāng)時，高純的鍺單晶引起了普遍的關(guān)注，肖克利也將注意力投向了鍺單晶，同時提醒大家關(guān)注。肖克利（William Shockley）與斯坦利1945年，二戰(zhàn)結(jié)束后，默文1942年，西摩爾歐勒（Russell Ohl）拿一個帶有縫隙的硅晶來研究有多大的電流可以通過縫隙，他發(fā)現(xiàn)這個縫隙只允許電流單向?qū)ǎ硗夥较螂娏鲙缀鯙榱?，在?dǎo)電縫隙的地方還能夠發(fā)光。T的業(yè)務(wù)，就必須研發(fā)一種新的器件，一種依賴于半導(dǎo)體材料的器件。1930年，默文T，使其業(yè)務(wù)有了大幅度的提升，他被譽為真空三極管之父。1906年，德福在實際生產(chǎn)中，TCAD還可用來進行工藝監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)工藝過程中出現(xiàn)的問題，提高產(chǎn)品的成品率。TCAD軟件擁有FAB虛擬系統(tǒng)，借助它可以完成器件的設(shè)計、器件模型的參數(shù)提取和其他各個工藝開發(fā)的步驟。TCAD支持器件設(shè)計、器件模型化和工藝設(shè)計優(yōu)化，使得設(shè)計思想可以實現(xiàn)全面的驗證。進行新工藝的開發(fā)，需要設(shè)計很多方面的內(nèi)容，如：進行器件性能與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、對器件進行模型化、設(shè)計進行的工藝流程、提取器件模型的參數(shù)、制定設(shè)計規(guī)則等等。采用TCAD仿真方式來完成新工藝新技術(shù)的開發(fā)，突破了標(biāo)準(zhǔn)工藝的限制，能夠模擬尋找最合適的工藝來完成自己產(chǎn)品的設(shè)計。幸運的是隨著計算機性能和計算機技術(shù)的發(fā)展，人們結(jié)合所學(xué)半導(dǎo)體理論與數(shù)值模擬技術(shù)，以計算機為平臺進行工藝與器件性能的仿真。Silvaco TCAD基CMOS器件仿真畢業(yè)設(shè)計目錄1 引言 1 MOSFET的發(fā)展 1 TCAD的發(fā)展 32 MOSFET的基本構(gòu)造及工作原理 4 MOSFET的基本原理及構(gòu)造 4 MOSFET的基本工作原理 5 MOSFET的特性 93 TCAD工具的構(gòu)成、仿真原理、仿真流程及仿真結(jié)果 11 TCAD工具的結(jié)構(gòu)與仿真原理 11 用TCAD工具仿真NMOS的步驟 11 TCAD工具的仿真結(jié)果 154 結(jié)論 16謝辭 17參考文獻 19附錄 21正文：1 引言在當(dāng)今時代，集成電路發(fā)展十分迅猛，其工藝的發(fā)雜度不斷提高，開發(fā)新工藝面臨著巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的開發(fā)新工藝的方法是工藝試驗，而現(xiàn)在隨著工藝開發(fā)的工序細化，流片周期變長，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要，這就需要尋找新的方法來解決這個問題?，F(xiàn)如今仿真技術(shù)在工藝開發(fā)中已經(jīng)取代了工藝試驗的地位。此外，TCAD仿真能夠?qū)ζ骷鞣N性能之間存在的矛盾進行同時優(yōu)化，能夠在最短的時間內(nèi)以最小的代價設(shè)計出性能符合要求的半導(dǎo)體器件。為了設(shè)計出質(zhì)量高且價格低廉的工藝模塊，要有一個整體的設(shè)計目標(biāo)，以它為出發(fā)點將工藝開發(fā)過程的各個階段進行聯(lián)系，本著簡單易造的準(zhǔn)則，系統(tǒng)地進行設(shè)計的優(yōu)化。TCAD設(shè)計開發(fā)模擬是在虛擬環(huán)境下進行的，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，是一條高效低成本的進行新工藝研究開發(fā)的途徑。TCAD的應(yīng)用使得開發(fā)新工藝不用受到冗長的工藝制造周期和資金投入的限制，開發(fā)條件簡單快捷，使得無生產(chǎn)線的公司也有機會參與到工藝開發(fā)中來，根據(jù)特定特點為自己的產(chǎn)品進行量身定做特定的工藝。 MOSFET的發(fā)展自從晶體管發(fā)明以來，電子器件與社會得到了迅猛的發(fā)展。雷斯特（Lee de Forest）發(fā)明了真空三極管，并把專利賣給了ATamp。但是隨著社會的發(fā)展，真空三極管對信號放大的可靠性差、能量消耗和熱量產(chǎn)生多等缺點暴露了出來，真空三極管已經(jīng)不能滿足人們的需要。凱利（Mervin Kelly）作為貝爾實驗室的領(lǐng)導(dǎo)者清楚的知道，要支撐ATamp。1939年2月，拉塞爾正是這個發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了對半導(dǎo)體器件至關(guān)重要的PN結(jié)。本澤（Seymour Benzer）發(fā)現(xiàn)鍺單晶具有其他半導(dǎo)體所不具備的非常好的整流特性。凱利任命威廉摩根（Stanley Morgan）共同領(lǐng)導(dǎo)一個固體物理研究組，主要任務(wù)是研制一種新的電子器件用來取代真空三極管。他提出了一種新概念的器件，即利用一個強電場使半導(dǎo)體表面產(chǎn)生一種電流，通過控制電場的強度來調(diào)節(jié)半導(dǎo)體表面電流大小的器件，也就是現(xiàn)在的場效應(yīng)器件。點接觸晶體管的發(fā)明在人類微電子行業(yè)具有無比重大的意義，它由肖克利發(fā)明，并獲得了第一個晶體管專利。在1948年，肖克利找到了一種全新的方法用來解決這些問題，他將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體堆疊在一起，形成一個三層結(jié)構(gòu)，這個三層結(jié)構(gòu)沒兩個同型半導(dǎo)體中間會夾雜著另一種半導(dǎo)體，這就形成了npn型和pnp型結(jié)構(gòu)。這種器件電流不在是只流過表面，而是流過器件本體。于是肖克利命令課題組的理查德貝克爾和約翰當(dāng)時在晶體方面有很深研究的戈登深信，理想的晶體管不可能是由很多晶體組成，只能是用一個單晶體來制作，否則的話晶界會產(chǎn)生散射電流。斯帕克斯證明了這個理論，他們在單個的鍺晶體上制作了一個雙極型晶體管，這種晶體管具有將信號放大的功能。1952年肖克利根據(jù)雙極結(jié)型晶體管的理論提出了單極結(jié)型晶體管，這就是現(xiàn)在我們接觸的結(jié)型晶體管。終于在1954年蒂爾發(fā)明了硅晶體管，硅耐溫高，能夠在較高的溫度下穩(wěn)定工作，這一發(fā)明為晶體管的研究帶來了希望。而在肖克利離開貝爾實驗室之后，貝爾實驗室才開始著手做出了第一個場效應(yīng)晶體管。阿塔拉發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象，通過熱氧化硅表面通過熱氧化可以形成一層很好的二氧化硅氧化層。他們在硅上制造了世界上第一個場效應(yīng)晶體管，而且在參加匹茲堡固體物理器件研究會時宣布了這一消息。魏瑪通研究組過研究阿塔拉場效應(yīng)管提出了他們對于開發(fā)薄膜晶體管的看法。這項技術(shù)給集成電路的發(fā)展帶來了生機，它可以使工程師在手指甲蓋大小的基片上構(gòu)筑上千個晶體管，并互聯(lián)起來形成特定功能。1962年美國無線電公司托馬斯海鰻和史蒂芬MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）問世于20世紀(jì)70年代，是由金屬、氧化物以及半導(dǎo)體三種材料制成的器件，是目前應(yīng)用最廣泛的電子器件之一。與BJT相比，各種MOSFET在反偏結(jié)上、在肖特基勢壘上或者絕緣層兩端都施加有控制電壓，因此，其輸入阻抗更高。最后，MOSFET占用區(qū)域小、集成度高、功率低、制作工藝簡單，非常適合于制造高密度大規(guī)模集成電路，MOSFET的發(fā)明對電子行業(yè)的發(fā)展貢獻不可估量。而Silvaco TCAD是如今EDA業(yè)界的杰出代表。矽谷科技有限公司總部在美國的加州的圣克拉拉市，公司在美國特拉華州注冊。SILVACO　TCAD軟件領(lǐng)先于很多其他ＥＤＡ公司的設(shè)計軟件，讓其他供應(yīng)商難以望其項背。1984年最初為SILVACO 數(shù)據(jù)系統(tǒng)公司（SILVACO Data Systems），由Ivan Pesic博士于1984年創(chuàng)立。1985年，SILVACO公司推出的SmartSpice系列的產(chǎn)品經(jīng)過努力成功的進入SPICE電路模擬仿真市場。憑借其杰出的工藝仿真工具ATHENA和器件仿真工具ATLAS，公司至1992年成為市場上主要TCAD供應(yīng)商。2004年 SILVACO將其EDA產(chǎn)品線分離出來，成立了獨立于SILVACO的Simucad設(shè)計自動化公司（Simucad Design Automation），這使得SILVACO全身心的投入到 TCAD的研發(fā)中，為后來一直保持其世界領(lǐng)先地位打下基礎(chǔ)。Silvaco公司在美國經(jīng)過20多年的發(fā)展，現(xiàn)在已成為眾多EDA公司中很有權(quán)威的一個。Silvaco公司涉及很多行業(yè)，如芯片廠、晶圓廠、IC材料業(yè)者、ASIC業(yè)者、IC設(shè)計企業(yè)、大學(xué)和研究中心等，在國內(nèi)外擁有龐大的客戶群體。Silvaco公司能夠提供給Foundry完整的解決方案和IC軟件，這是市場上其他供應(yīng)商無可比擬的。Silvaco的產(chǎn)品SmartSpice十分出色，是公認的模擬軟件的標(biāo)桿，它支持多集成CPU，其仿真速度比同類型軟件要好很多，且其收斂性也被公認為是眾多仿真器最好的，受國內(nèi)外模擬設(shè)計師的喜愛。Silvaco公司是能夠提供建模、TCAD、模擬團建以及PDK方案等全功能的EDA公司在2006年正式進入中國市場，他在國外擁有20多年的經(jīng)驗，希望在中國尋求一片發(fā)展的天地，為中國市場解決Foundry的問題。它的核心結(jié)構(gòu)是絕緣體、導(dǎo)體、摻雜的半導(dǎo)體襯底這三種材料疊在一起組成的。根據(jù)柵壓為0時的管子的狀態(tài)又可以分為增強型MOS管和耗盡型MOS管。耗盡型剛好相反，無柵壓狀態(tài)下有導(dǎo)電溝道，管子導(dǎo)通，當(dāng)給一定的電壓條件管子將截止。對于NMOS，它包括有兩個n型硅區(qū)域中間夾著一個p型硅區(qū)域，P型硅區(qū)域之上覆蓋了一個SiO2絕緣層和一個多晶硅形成的柵極結(jié)構(gòu)。由于MOS結(jié)構(gòu)是對稱的，所以源極區(qū)和漏極區(qū)沒有物理上的差別。早期的柵極的材料采用的是鋁電極，然而由于采用鋁電極座位柵極存在掩膜對準(zhǔn)困難、柵極減小受限的問題，現(xiàn)在多采用多晶硅作為柵極導(dǎo)電材料。工藝上實現(xiàn)源極、柵極、漏極等電極位置的自對準(zhǔn)，消除了柵源漏之間的套疊，使得MOS管有較好的點穴性能。 MOSFET的基本工作原理以增強型NMOS為例。當(dāng)uGS為0時，不會產(chǎn)生導(dǎo)電溝道，源漏相當(dāng)于是兩個背對背的二極管。當(dāng)大柵極電壓增大時，襯底接地為零