一、
图 3.22
ATLAS概述
ATLAS是一个基于物理规律的二维器件仿真工具，用于模拟特定半导体结构的电学特性，并模拟器件工作时相关的内部物理机理。
1. ATLAS输入与输出
大多数ATLAS仿真使用两种输入文件：一个包含ATLAS执行指令的文本文件和一个定义了待仿真结构的结构文件。
ATLAS会产生三种输出文件：运行输出文件(run-time output)记录了仿真的实时运行过程，包括错误信息和警告信息；记录文件(log files)存储了所有通过器件分析得到的端电压和电流；结果文件(solution files)存储了器件在某单一偏置点下有关变量解的二维或三维数据。
2. ATLAS命令的顺序
在ATLAS中，每个输入文件必须包含按正确顺序排列的五组语句。这些组的顺序如图1.1所示。如果不按照此顺序，往往会出现错误信息并使程序终止，造成程序非正常运行。
图  1.1
3. 开始运行ATLAS
1) 点击桌面图标“Exceed XDMCP Broadcast”。 （如图1.2）
2) 弹出图二的界面。点击“ASIC-V890”， 点OK进入。
图  1.3
图  1.2
3) 输入用户名“asic00”，点击OK（如图3）；输入密码“asic”(注意大小写,并且本软件不显示密码图案“**”，一定注意输入正确与否)，点击OK（如图4）。进入界面（如图5）
4) 右击空白处选择“Tools”,再点击“Terminal”。（如图1.4）
图  1.4
5) 在“Terminal”窗口中“%”后输入“deckbuild –as&”（注意deckbuild 与–之间的空格）（如图1.5）。按下“enter”键。进入atlas界面（如图1.6）。
图  1.6
图  1.5
二、 NMOS结构的ATLAS仿真
我们将以下几项内容为例进行介绍：
1. 建立NMOS结构。
2. Vds=0.1V时，简单Id-Vgs曲线的产生；
3. 器件参数如Vt，Beta和Theta的确定；
4. Vgs分别为1.1V，2.2V和3.3V时，Id-Vds曲线的产生。
三、 建立NMOS结构
本节将按照建立器件的一般步骤：①定义网格、②定义材料区域、③定义电极、④定义摻杂、⑤定义材料类型、⑥定义物理模型、⑦定义接触类型。我们将按照上述方法建立的器件用tonylopt直接显示出来，以便于查看修改。
为了启动ATLAS，输入语句：go atlas 。按下回车键。
1. 定义网格
在ATLAS中定义器件只能用矩形方式定义。如欲定义如右图的结构，必须按照三个黑矩形来定义。
这些矩形区域在ATLAS中称之为网格。网格的大小由X、Y坐标（loc）定义，为了更为精确的描述网格，ATLAS将网格进行细分(spac)，等号后面的参数即为细分的间隔。网格的疏密决定仿真结果的精确程度。
1) 依次点击右上角“commands”、“structure”、“mesh”。（如图3.1）。进入图3.2所示的“ATLAS Mesh”界面。在“Type”选项中选择“construct new mesh”。进入图3.3的“ATLAS Mesh Define”界面。
图  3.2
图  3.1
                 
图  3.3
2) “Direction”选项选择“X”。在“Location”中输入7，“spacing”中输入0.5，点击“Insert”。按照以上流程依次输入（6，0.01）、（5，0.2）、（4，0.01）、（3，0.01）、（2，0.2）、（1，0.01）、（0，0.5）。结果如图3.4。输入X完毕后点击“Y”。输入（1，0.5）、（0.1，0.005）、（0.03，0.005）、（0，0.005）、（-0.01，0.002）。结果如图3.5。
3) 直接点击图3.2中的“WRITE”。在主界面中将生成如下语句（如图3.6）。
图  3.5
图  3.4
construct用法图  3.7
图 3.6
2. 定义材料区域
定义好网格之后，下面就需要将定义的网格规划成区域，每个区域可以定义不同的材料类型。区域1为氧化层，区域2为GaN层，区域3为AlxGa1-xN以下我们将使用region命令定义不同的区域。
1) 依次点击右上角“commands”、“structure”、“Region”。（如图3.1）。进入图3.8的“Atlas Region”界面。
2) 点击“Add Region”，“Number”中出现“1”。依次在下面的数据输入端口中输入“0，7，-0.01，0”，并选择“Material”为“oxide”。如图3.8。
图 3.9
图  3.8
3) 按照第2步的方法依次建立区域2和区域3。区域2的数据为“0，7，0，0.03”， “Material”为“GaN”（图3.9）； 区域3的数据为“0，7，0.03，1”， “Material”为“GaN”。按下“WRITE”。生成语句如图3.10。
图  3.10
图  3.11
4) 修改第3步中的语句，使之变成图3.11所示的语句。
部分语句解释：
a. Region：命令是区域定义命令。
b. Number：区域标号
c. x.min x.max等命令是指定所要定义的区域。
d. Material:定义材料类型，可以选择提供的各种材料。
e. polarization  calc.strain等申明极化效应，并对极化效应大小及极化电荷密度进行计算。
3. 定义电极
本节将为上述定义好的各个区域引出电极。为此我们将使用electrode命令。
1) 依次点击右上角“commands”、“structure”、“Electrode”。进入图3.12的“Atlas Electrode”界面。
图  3.13
图 3.12
2) 点击“Add delctrode”，选择“gate”；然后依次添加“drain”，（如图3.13）；
3) 点击“gate”，再点击“define location”。输入如图3.14中的数据（3，4，1，-0.01，0）；同样再选择“drain”，输入如图3.15中的数据（6，7，1，-0.005，0）。同样再选择“source”，输入如图3.16中的数据（0，1，1，-0.005，0）。点击“WRITE”,生成语句如图3.17.
图 3.14
图 3.15
图 3.16
图  3.17
 
部分语句解释：
a. Electrode：定义电极命令。Name是电极名。
b. Number：引出电极区域标号。
c. Contact：为每个电极添加接触类型。Name是电极名，紧接着就是接触类型。
4. 定义摻杂
本节为区域2、3摻杂，区域3中摻入浓度为1e13的施主杂质，区域2中摻入浓度为5e16的施主杂质。我们将使用doping命令。
1) 依次点击右上角“commands”、“structure”、“Doping”，“Analytic”。进入图3.18的“Atlas Doping Profile”界面。
2) “Profile Type”选择uniform（均匀分布）【也可以选择gaussian(高斯)和error function(误差函数)分布，不同的分布代表杂质在区域中分布状况】；“conc”中填入“1e13”，“regions”选择3，其余保持默认。点击“WRITE”。语句如下所示.
图  3.18
3) 同第1步再次进入“Atlas Doping Profile”界面。“Profile Type”选择uniform，“conc”中填入“5e16”，“regions”选择2，其余保持默认。点击“WRITE”。语句如图下.
部分语句解释：
a. Doping:是摻杂命令
b. Uniform：杂质分布类型是均匀分布。（常用参数是杂质类型和杂质浓度）
c. Conc:杂质浓度；n.type：杂质类型；regions：区域标号。
5. 定义材料特性
所有的材料都被分为半导体、绝缘体、导体三大类。每一类都有特定的参数，如半导体有电子亲和势、能带间隙、少子寿命等。本节将用material命令来定义相关参数。
Material参数分为几大类。区域参数，能带结构参数，迁移率模型参数，复合模型参数等等。每个参数都对应一定的物理模型，由一系列方程来表示这些量。
常用参数（命令）有：本征载流子浓度允许的最小值（ni.min）、电子空穴的寿命（taun0、taup0）、电子空穴迁移率（mun、mup）。
本部分将指定本征载流子浓度允许的最小值为1e-10，电子空穴的寿命均为1e-9s。直接在主窗口中输入语句。“material  ni.min=1e-10  taun0=1e-9  taup0=1e-9”
四、 模型指定命令组
以上我们已经建立了器件结构，现在我们将进入模型指定命令组。在这个命令组中，我们将分别用Model语句、Contact语句和Interface语句定义模型、接触特性和表面特性。
1. 选定物理模型
本节将用models命令指定物理模型。这些物理模型可以分为5组：迁移率模型，复合模型，载流子统计模型，碰撞离化模型和隧道模型。针对目前的技术均有简便的方法配置相应模型，例如本实验的MOS技术应选用的基本模型有迁移率模型（CVT），复合模型(SRH)，载流子统计模型(fermidirac)。
本节将选用载流子统计模型(fermidirac)。具体方法是：
1) 依次点击右上角“commands”、“models”、“models”。进入图4.1的“Atlas models”界面。
2) “Catagory”选择“Statistics”; 下面选择“fermi-dirac”；点击“WRITE”。
图  4.2
图 4.1
2. 定义接触类型
与半导体材料接触的电极默认其具有欧姆特性。如果定义了功函数，电极将被作为肖特基（Shottky）接触处理。Contact语句用于定义有一个或多个电极的金属的功函数。
1) 依次点击右上角“commands”、“models”、“contact”。进入 “Atlas contact”界面。如图4.2

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