论文

在 2012 年的 SISPAD （美国，克罗拉多州，丹佛市, 9 月 5-7 日）国际学术会议上，珂晶达发表了一篇有关其新一代 TCAD 器件仿真求解器的论文。这种快速求解器仍然会求解全部的 TCAD 方程 （Schokley 方程），从而可以确保 TCAD 仿真的物理准确性。

珂晶达开发的传统求解器目前已经是行业里非常快的求解器。而上述的新一代快速求解器通过内嵌改进的“半隐式”算法，仿真速度可以进一步提高，其仿真速度相比传统求解器可以提升 5 到 10 倍。

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图 1 传统求解器与快速求解器仿真速度的比较，基于 8 核工作站。图中还包括文献所报道的其它 TCAD 软件的仿真速度，需要指出的是，它们是基于不同的硬件配置所测算。

因此，快速仿真器非常适用于大规模器件/电路的仿真，而这样的仿真任务对于传统仿真器来说，要么根本无法处理，要么成本极其昂贵。

大规模 TCAD 仿真

概览：

  • D-触发器，由 24 个晶体管组成；
  • 1,670,000 个网格节点，10,700,000 个网格单元；
  • 仿真运算硬件配置为 4 节点、双 Xeon X5670 CPU，总共 48 核，190G RAM；
  • 仿真完成时间为 268 分钟 （4.5 小时）；

基于快速求解器卓越性能的支持，珂晶达搭建了一个非常大的 TCAD 仿真事例，一个由 24 个晶体管搭建的 D-触发器，如图 2 所示，用来测试新型求解器的性能。

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图 2 D-触发器电路版图 Fig-2 Mask layout of the D-Flipflop circuit.

三维模型采用 Gds2Mesh 软件建模，工艺规则为 90nm。模型包含有 1,673,519 个网格节点， 10,659,866 个四面体网格单元。

由于 Gds2Mesh 建模时采用了自适应网格的方法， 所以网格节点的大部分都位于有源区，尽管衬底区域比有源区要大的多。

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图 3 （左图）D-触发器电路三维模型 （右图）电路有源区放大显示图

D-触发器电路的单粒子效应（SEU）仿真结果表明，如果采用能量为 95 MeV 的 Cl+ 离子轰击电路，将会导致触发器存储数据的变化，如 图 4 所示。

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图 4 触发器电路输出节点瞬时电压波形

展望

开发一种在各种情况下都快速、高效的万能器件仿真器也许是不可能的，而开发专用的求解器，用来解决一些特定的问题，就非常可行。 上述的“半隐式”求解器，非常适合于 CMOS 器件的瞬态仿真。针对其他问题的专用求解器目前正在开发中，这也是珂晶达对 TCAD 技术持续创新所做出的承诺。

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