字体大小：大中小 正文

TCAD 速成手册(20##-08-07 14:20:54)

第1章: 简介

该指南手册针对首次应用SILVACO TCAD软件的新用户。 它旨在帮助新用户在几分钟时间内快速并成功安装和运行该软件。

该指南也演示如何快速有效查看手册，查找仿真器中使用的所有参数的解释和定义。它也参照相应章节，来理解等式以及其使用的根本规则。

关于进一步的阅读和参考，用户可参照SILVACO网站的技术支持部分， 那里有丰富的技术材料和发表文献。

第2章: 快速入门

2.1: DeckBuild运行时间环境窗口

"DeckBuild"是富含多样特征的运行时间环境， 它是快速熟悉SILVACO的TCAD软件的关键。 Deckbuild 主要特征包括： 自动创建输入文件、编辑现有输入文件，创建DOE，强大的参数提取程序和使得输入文件中的参数变量化。

更重要的是，DeckBuild包含好几百个范例，涵盖多种电学、光学、磁力工艺类型，便于首次使用该工具的用户。

使用入门

用户可打开一个控制窗口，创建一个目录，用于保存该指南范例将创建的临时文件。 例如，要创建或重新部署一个名为"tutorial," 的目录，在控制窗口键入：

mkdir tutorial cd tutorial

然后键入下列命令开启deckbuild运行环境：

deckbuild

屏幕上将出现类似于图2.1的DeckBuild运行时间环境。

GUI界面包括两部分： 上部窗口显示当前输入文件，而下部显示运行输入文件时创建的输出。

图2.1 DeckBuild 运行时间界面GUI

2.2: 载入和运行范例

输入文件可以由用户创建或者从范例库中加载。 为了熟悉软件语法，最好载入第一个实例中范例。要从deckbuild运行时间环境的GUI载入范例，可点击：

Main Control... Examples(范例)...

屏幕将弹出一个窗口显示一列47个类别的范例。图2.2显示首15个类型范例。要查看剩余的类别，则使用窗口右侧的滑动条滚动选择。

图2.2 首15个类别的DeckBuild 范例

只需双击该类别，即可查看每个类别的范例。 如果双击首个类别"MOS1: MOS Application Examples，" 则得到如图2.3显示的列表。 该类别有15个范例。

图2.3 MOS 应用范例列表

双击任何期望的范例，即可查看其解释。 双击首个范例"NMOS : Id/Vgs and Threshold Voltage Extraction"，可查看该范例的解释。 结果如图2.4显示。 滚动拉下窗口可浏览全部解释。

图2.4 范例描述窗口

为了在DeckBuild运行环境中载入特定范例， 点击"DeckBuild: Examples" 窗口右上部的"Load Example" 按钮。 DeckBuild主窗口如图2.5显示。

图2.5 DeckBuild已载入输入文件

按下"run" 按钮即可运行范例。运行完成后，屏幕出现两个图。第一个为显示仿真过程中网路掺杂的彩色轮廓图，第二个则是简单的阈值电压Vg 相对 Id图。它们分别为如图2.6和图2.7所示。 一旦选中"Load Example" 按钮，结构文件和线图既加载在当前工作目录中，因此不必运行仿真即可浏览结果。

图2.6 显示网路掺杂的工艺仿真结构

图2.7显示Vg相对Id的器件仿真线图

2.3: 查看结果

SILVACO的浏览工具"TonyPlot"是一个功能丰富的绘图工具。该指南中仅介绍它的某些基本性能。当SILVACO的TCAD软件包中保存一个结构文件或一个线图时，创建结构文件或线图的所有参量将自动包含仅该文件，供绘图之用。

例如在结构文件绘图中，如果想要绘制其他变量如"Donor Concentration", 则如下点击：

Plot... Display... Define... Contours...

然后向下滚动选择"Quantity:" 方框，得到一组可绘制变量。 如果按照该顺序执行，将出现两个另外的GUI 显示，如图所示2.8。 选择新的参量并点击"Apply"。

图2.8 选中可绘制变量的相关GUI

运行时常需要查看一个图表的"cutline"片断。 这时，关闭其它相关绘图相关视窗，点击"OK," 然后返回主要视图和选择下列命令：
Tools... Cutline...

现在将使用默认"vertical cutline"方框，但在"cutline" GUI中也可以选择水平或交叉的cutline方框。 返回主图，在cutline起点处点击并按住鼠标左键。竖向直拖动鼠标，到cutline终点处松开鼠标。松开左键后，cutline图表将自动显示当前现实的参量的cutline。完成操作后点击cutline方框上的 "OK" 键。

要在新cutline图上覆盖显示其他变量，则左击线图，使之变为当前视图（图表的白色边框表示它为激活现行图表）。然后点击：

Plot... Display...

来选择要覆盖在线图上的其它参量。 例如，如果在线图上添加Arsenic, Boron和Phosphorus，它应该显示在图2.9上。 Vg 相对Id 曲线也有相似命令，使它可以在线图上覆盖显示其它电学参量。

图2.9 Cutline图

总的来说，在终端或控制窗口键入"tonyplot "，可绘制一个文件；或者在DeckBuild中，通过高亮文件名并按下列顺序操作命令，直接绘制结构。

Tools... Plot... Plot Structure

要自动绘制一个仿真中创建的结构文件，只需简单添加语句：

structure outfile=
tonyplot

至输入文件，仿真器将保存创建的器件文件直至输入文件中该点。仿真器在达到该点之后，即自动绘制结构。用户可在仿真过程中的任意点绘制任意数目的结构文件。

章节2.4: 自动创建和编辑输入文件

现在，您应该已经了解如何加载、运行和查看TCAD 范例的结果。接下来演示如何简便创建自己工艺仿真输入文件或者修改已有文件。

输入文件为简单的ASCII文本格式，因此它可使用任何ASCII 编辑器创建。 但是，DeckBuild 包含一个简单的GUI，可自动创建工艺仿真输入文件。

为了简化程序，而不必每次从头来创建工艺仿真输入文件，这里将演示如何在现有的输入文件中添加几行代码。通过在每个工序中重复该步骤，该方法同样用于创建整个输入文件。

一旦使用"line"和"init" 语句（参见载入范例的首几行）定义了仿真空间和初始衬底，工艺仿真则仅包含很多连续的扩散、植入、蚀刻和淀积步骤。其中每一步均可使用DeckBuild自动编写。

回到输入文件的范例中， 假设打算在第一步之后添加一个低能量10keV "P-Well Implant"。鼠标左击DeckBuild 顶部视窗中首个P-well 植入之后的一行。 然后如下点击：

Commands... Process... Implant

屏幕将出现 "DeckBuild: ATHENA Implant" 视窗。创建额外的注入语句行只需填充该方框而已，其方法是使用滑动条、或者填充数值后按下回车键。 对于10keV 硼注入, 剂量1e11/cm2 ，垂直夹角7 度，主平面旋转27度，其注入GUI 如图2.10所示。完成输入信息后，点击"Write"，输入文件中则出现一个新行。

图2.10 完全填充的注入GUI

同样的方式可创建淀积、注入、扩散、电极、创建网格、晶元初始化，结构文件保存等等. 由于输入文件为简单ASCII 文本，要在直观的语法输入文件中编辑参数，仅需使用DeckBuild中附带的复制、粘贴和删除功能。

第3章: 简易使用手册和自学方法

该手册很厚，乍看可能使人有点畏缩的。所以本章节将为新用户演示如何简便使用范例浏览手册，从而找到特定信息。

以章节2.2中列出的输入文件为例，假设我们要理解"SRH"参数的用途。它出现在输入文件中器件仿真部分，位于"models"开头的语句行。

在工艺和器件仿真器中，任何语句行的开头词语均为"语句"。 这个范例中，第一个词语是"models"。如果我们想要了解"SRH" 的作用，我们需要先找出 "models statement" 的信息。

所有的SILVACO产品均有PDF格式的用户手册。要查找器件仿真器的信息，则需要打开ATLAS用户手册。通过在控制台和端子窗口中键入"sman" 可启动"sman" 工具，再通过"sman" 工具可获得用户手册。用户手册如图3.1所示。

图3.1 ATLAS 的PDF用户手册

此手册最显著的特征是"语句"章节。 它包含器件仿真器按字母顺序排列的所有语句。 因为我们要找"models" 语句，点击左边的书签索引上语句章旁边的 "+"扩展符号。 按字母顺序向下滚动选择 "Models" 语句。 点击Models 语句旁边的"+" 扩展符号，可以查看其内容。

这时，我们需要选择 。 如果您已猜到"SRH"等于Schottky Read Hall" 的组合缩写，即可点击 Recombination Models Flags"章节。 如果不明白"SRH" 的含义，则点击"MODELS" 标题，回到该章节开头。 这个章节的开头是另一个与模型语句有关的参数，也以字母顺序排列。 向下滚动直至 "SRH" ，表格显示：参数类型，以及默认数值和单位。 一旦知晓其类型，便可向下滚动在描述章节找到参数。 也可使用"Edit... Find..." 功能在描述部分搜索"SRH"。 不论使用何种方法，都可以找到描述SRH 参数的部分，其如图3.2所示。

图3.2 查找到"SRH"参数

这组信息足够让用户了解参数的含义及其默认值。 但是，如果您想要了解使用参数的规则和方程，语句章节中关于"SRH" 的描述指示用户可参照第三章的方程3-290 。 参考方程3-290，可找到如图 3.3所示的SRH模型的完整描述。

图3.3 参照SRH模型的完整描述。

仅需简单点击几次鼠标，即可找到用户控制的方程中参数的含义，以及参数在仿真器中作用的完整描述，还有何种其它用户定义参数。现在您应该清楚如何使用用户的范例了。

第4章: 其他互联网信息

SILVACO 的网站提供丰富的技术信息，它位于信息库部分：

http://www.silvaco.com/tech_lib/index.html
信息分为如下

四个类别
1/ 仿真标准(SILVACO出版)
2/ 陈述材料
3/ 参考引用SILVACO软件的书籍
4/ 发表论文(同行技术文献评论)

SILVACO仿真标准是一个TCAD季度刊物，它包括详细的应用注释，以及涵盖广泛技术的仿真结果。它也包括一些常见问题的提示和技巧。 SILVACO网站提供多年来发表的所有仿真标准刊物。使用搜索功能，可寻找您关心的课题。

“Presentation Materials” 包含各类陈述材料。 某些PowerPoint 陈述材料显示应用范例，以及语法解释。也有一些学术课程材料显示如何将SILVACO TCAD 软件编进学生作业中。其它部分列出SILVACO 软件辅助的专利，以及一组参照SILVACO 软件的教科书。

Technical Library（技术库）部分的最后两个部分罗列出教科书和发表的论文，它们分为在所有SILVACO 软件开发中使用的多个类别。

如果您觉得信息太多，使用SILVACO提供的简单搜索功能框，您可迅速有效地找到所需信息。

总之，希望我们在这里通过范例，充分为新用户演示了如何简单使用SILVACO软件，查找所需信息，自学达到成功运行TCAD 仿真。

第二篇：AVR单片机ADC范例程序ADC.h ADC.C

AD(模数)转换范例

编写：阿莫(armok) / 代码设计：HJJourAVR / 20##-09-05 / www.OurAVR.com

1. 开发语言

     本范例使用 WinAVR/GCC 20050214 版本开发

2. 范例描述

   本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器

              普通的单端输入

              差分输入及校准

              基准电压的校准

              查询方式

              中断方式

              数据格式的变换

   出于简化程序考虑，各种数据没有对外输出，学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器

3. 电路图设计 ：

为简化线路设计，使用了本网站的ATmega16功能小板。

在范例中 选用内部2.56V电压基准作Vref ，差分通道 10倍放大

则 单端电压测量范围 02.56V, 分辨率2.5mV

   差分电压测量范围 +/- 256mV 分辨率0.5mV

   电流分辨率 = 50uA@10欧姆 电流采样电阻

   电流分辨率 =500uA@ 1欧姆 电流采样电阻

程序中需要把实测的基准电压代入 常量Vref中，以获得更准确地结果

             我手中的样片实测为 2.556V@Vcc=5.0V

                                2.550V@Vcc=3.3V

本电路仅供参考，没有考虑抗干扰方面的要求

.

4. 代码设计与说明 ：

/***********************************************
**** AVR ADC使用范例 ***
**** ***
**** 作者： HJJourAVR ***
**** 编译器：WINAVR20050214 ***
**** 时钟： 内部RC 8MHz ***
**** ***
**** www.OurAVR.com 2006.4.30 ***
***********************************************/
/*
本程序简单的示范了如何使用ATMEGA16的ADC模数转换器
普通的单端输入
差分输入及校准
基准电压的校准
查询方式
中断方式
数据格式的变换
出于简化程序考虑，各种数据没有对外输出，学习时建议使用JTAG ICE硬件仿真器
*/

#include <avr/io.h>
#include <avr/delay.h>
#include <avr/signal.h>
#include <avr/interrupt.h>
/*宏INTERRUPT 的用法与SIGNAL 类似，区别在于
SIGNAL 执行时全局中断触发位被清除、其他中断被禁止
INTERRUPT 执行时全局中断触发位被置位、其他中断可嵌套执
另外avr-libc 提供两个API 函数用于置位和清零全局中断触发位，它们是经常用到的。
分别是：void sei(void) 和void cli(void) 由interrupt.h定义 */



//管脚定义
#define in_Single 0 //PA0(ADC0)
#define in_Diff_P 3 //PA3(ADC3)
#define in_Diff_N 2 //PA2(ADC2)

//常量定义
//单端通道，不放大
#define AD_SE_ADC0 0x00 //ADC0
#define AD_SE_ADC1 0x01 //ADC1
#define AD_SE_ADC2 0x02 //ADC2
#define AD_SE_ADC3 0x03 //ADC3
#define AD_SE_ADC4 0x04 //ADC4
#define AD_SE_ADC5 0x05 //ADC5
#define AD_SE_ADC6 0x06 //ADC6
#define AD_SE_ADC7 0x07 //ADC7

//差分通道ADC0作负端,10/200倍放大
#define AD_Diff0_0_10x 0x08 //ADC0+ ADC0-, 10倍放大，校准用
#define AD_Diff1_0_10x 0x09 //ADC1+ ADC0-, 10倍放大
#define AD_Diff0_0_200x 0x0A //ADC0+ ADC0-,200倍放大，校准用
#define AD_Diff1_0_200x 0x0B //ADC1+ ADC0-,200倍放大

//差分通道ADC2作负端，10/200倍放大
#define AD_Diff2_2_10x 0x0C //ADC2+ ADC2-, 10倍放大，校准用
#define AD_Diff3_2_10x 0x0D //ADC3+ ADC2-, 10倍放大
#define AD_Diff2_2_200x 0x0E //ADC2+ ADC2-,200倍放大，校准用
#define AD_Diff3_2_200x 0x0F //ADC3+ ADC2-,200倍放大

//差分通道ADC1作负端，不放大
#define AD_Diff0_1_1x 0x10 //ADC0+ ADC1-
#define AD_Diff1_1_1x 0x11 //ADC1+ ADC1-,校准用
#define AD_Diff2_1_1x 0x12 //ADC2+ ADC1-
#define AD_Diff3_1_1x 0x13 //ADC3+ ADC1-
#define AD_Diff4_1_1x 0x14 //ADC4+ ADC1-
#define AD_Diff5_1_1x 0x15 //ADC5+ ADC1-
#define AD_Diff6_1_1x 0x16 //ADC6+ ADC1-
#define AD_Diff7_1_1x 0x17 //ADC7+ ADC1-

//差分通道ADC2作负端，不放大
#define AD_Diff0_2_1x 0x18 //ADC0+ ADC2-
#define AD_Diff1_2_1x 0x19 //ADC1+ ADC2-
#define AD_Diff2_2_1x 0x1A //ADC2+ ADC2-,校准用
#define AD_Diff3_2_1x 0x1B //ADC3+ ADC2-
#define AD_Diff4_2_1x 0x1C //ADC4+ ADC2-
#define AD_Diff5_2_1x 0x1D //ADC5+ ADC2-

//单端通道，不放大
#define AD_SE_VBG 0x1E //VBG 内部能隙1.22V电压基准,校准用
#define AD_SE_GND 0x1F //接地 校准用

//注:
//差分通道，如果使用1x或10x增益，可得到8位分辨率。如果使用200x增益，可得到7位分辨率。
//在PDIP封装下的差分输入通道器件未经测试。只保证器件在TQFP与MLF封装下正常工作。

#define Vref 2483 //mV 实测的Vref引脚电压@5.0V供电
//#define Vref 2464 //mV 实测的Vref引脚电压@3.3V供电

//全局变量
unsigned int ADC_SingleEnded; //单端输入的ADC值
int ADC_Diff; //差分输入的ADC值
volatile unsigned int ADC_INT_SE; //中断模式用的单端输入ADC值,会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定
volatile unsigned char ADC_OK; //ADC状态，会在中断服务程序中被修改，须加volatile限定

unsigned int LED_Volt; //变换后的电压mV
int LED_Curr; //变换后的电流100uA
//仿真时在watch窗口，监控这些全局变量。

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC单端通道
{
ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：单端通道 0x00~0x07,0x1E,0x1F
//0xc0:选择内部2.56V参考电压
ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF); //方法1 等待AD转换结束
// while ((ADCSRA&(1<<ADIF))==0); //写法2 这种写法优化不好
// loop_until_bit_is_clear(ADCSRA,ADSC); //方法2 检测ADSC=0也行
ADCSRA|=(1<<ADIF); //写1清除标志位
return ADC; //ADC=ADCH:ADCL
}

int read_adc_diff(unsigned char adc_input)//查询方式读取ADC差分通道
{
unsigned int ADC_FIX;
ADMUX=(0xc0|adc_input); //adc_input：差分通道 0x08~0x1D
_delay_ms(1); //等待差分增益稳定>125uS
ADCSRA|=(1<<ADSC);
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
ADCSRA|=(1<<ADIF);
//当切换到差分增益通道，由于自动偏移抵消电路需要沉积时间，第一次转换结果准确率很低。用户最好舍弃第一次转换结果。
ADCSRA|=(1<<ADSC);
loop_until_bit_is_set(ADCSRA,ADIF);
ADCSRA|=(1<<ADIF);
ADC_FIX=ADC;
//输出结果用2的补码形式表示
//可正可负 +/-9bit -512~+511
//即M16差分通道的ADC+输入端的电压可以大于ADC-,也可以小于ADC-。
//Tiny26就不行，ADC+输入端的电压必须大于或等于ADC-,为+10bit
if (ADC_FIX>=0x0200) //负数要变换，正数不用
{
ADC_FIX|=0xFC00; //变换成16位无符号整数
}
return (int)ADC_FIX;
}
SIGNAL(SIG_ADC) //ADC中断服务程序
{
//硬件自动清除ADIF标志位
ADC_INT_SE=ADC; //读取结果
ADC_OK=1;
}


int main(void)
{
long temp32;
ADC_SingleEnded =0;
ADC_Diff=0;
ADC_INT_SE=0; 

//上电默认DDRx=0x00,PORTx=0x00 输入，无上拉电阻
PORTB=0xFF; //不用的管脚使能内部上拉电阻。
PORTC=0xFF;
PORTD=0xFF;
PORTA=~((1<<in_Single)|(1<<in_Diff_P)|(1<<in_Diff_N)); //作ADC输入时，不可使能内部上拉电阻。

ADCSRA=(1<<ADEN)|0x06; //使能ADC,时钟64分频 125KHz@8MHz system clock
sei(); //使能全局中断
while (1)
{
//实测的Vref引脚电压 =2556mV
ADC_SingleEnded=read_adc(AD_SE_ADC0);
//查询方式读取ADC0
temp32=(long)ADC_SingleEnded*Vref;
LED_Volt=(unsigned int)(temp32/1024);

ADC_Diff =read_adc_diff(AD_Diff3_2_10x);
ADC_Diff-=read_adc_diff(AD_Diff2_2_10x);//校准OFFSET
temp32=(long)ADC_Diff*Vref;
LED_Curr=(unsigned int)(temp32/(512*10)); //[单位为100uA]
//查询方式读取ADC3+,ADC2- 10倍放大 max +/-255.6mV
//10欧姆 1mA=10mV max +/-25.56mA
//分辨率约0.5mV=50uA，显示取整为100uA单位

ADCSRA|=(1<<ADIE); //使能ADC中断
ADMUX=0xC0|AD_SE_ADC0; //单端输入ADC0
ADC_OK=0; //软件标志清零
ADCSRA|=(1<<ADSC); //启动AD转换
while(ADC_OK==0); //等待ADC完成，实际程序中可以运行其它任务
ADCSRA&=~(1<<ADIE); //禁止ADC中断
//查询方式和中断方式要注意 ADIF标志位的处理。
}
}

/*
OURAVR实验板的跳线设置:
Z区的JP6是VCC电压选择5V/3.3V,任意选择
K区: 短接JP5，ADC0的电压检测通路
同时短接JP3,JP4的左侧，正电流检测通路
改成同时短接JP3,JP4的右侧，负电流检测通路

*/