关于silvaco仿真碰撞电离情况下电流仿真的收敛问题

zaezae · 发表于 2013-6-6 21:48:44

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在altas中创建一个PIN diode结构，利用碰撞电离引发雪崩击穿，以此为基础研发一种I—MOS，具有更小的subthreshold slope 约为5mv/dec。问题是在仿真PIN结构中，当开始发生雪崩击穿时，电流增加过大，导致不收敛的问题。Warning: Solution algorithm cannot reduce residual(s).

附上程序

go atlas

mesh
x.m  l=0.0 spac=0.5
x.m  l=0.018 spac=0.001
x.m  l=0.018 spac=0.0005
x.m  l=0.025  spac=0.0005
y.m  l=0    spac=0.001
y.m  l=0.05 spac=0.001
y.m  l=0.028 spac=0.0001
y.m  l=0.032 spac=0.0001
y.m  l=0.103 spac=0.0001
y.m  l=0.107  spac=0.0001
y.m  l=0.125  spac=0.001

region num=1 Germanium

electrode  x.min=0.0  x.max=0.024 y.min=0.0  y.max=0.0  name=source
electrode  x.min=0.0  x.max=0.024 y.min=0.125  y.max=0.125 name=drain

doping uniform conc=1e15    x.l=0 x.r=0.025 p.type
doping uniform p.type conc=5.e19  x.l=0 x.r=0.025 y.t=0.0 y.b=0.03
doping uniform n.type conc=5.e19  x.l=0 x.r=0.025 y.t=0.105  y.b=0.125

save outf=imos_75nm.str
tonyplot imos_75nm.str
models  srh  fldmob print

impact selb

solve    init
method gummel newton maxtrap=30 climit=1e-5
#

solve vdrain=0

log outf=PIN_75nm.log
solve  vsource=0 vstep=-0.1 vfinal=-15 name=source

save outf=PIN_75nm_polar.str
tonyplot PIN_75nm_polar.str
tonyplot PIN_75nm.log
quit

个人觉得是因为参杂的边界条件过于理想，导致雪崩击穿过快，但掺杂类型不论是gauss 还是uniform都不能满足条件，但在athena里实现的话，我导师又认为不够精确一定说要在atlas里直接定义。。。
求高手指导ing，只要让该结构的最后击穿电流Id 达到0.001A即可。PS:网格啥的个人认为已经足够精细，应该不是那个问题。

shelbykuo · 发表于 2013-7-21 16:44:14

回复 1# zaezae

我用你附的码跑了一下，是有这个问题。不过我觉得你的设计有些不同一般。
首先，器件是 P+ - p - N+ 的PIN结构。一般是用 P+ N N+的结构。不知是不是打错了。
再者，1E15的浓度正好是做15v的浓度(参考这个URL的图)，但是这里的图提示需要约1~2micron.
http://ecee.colorado.edu/~bart/book/book/chapter4/ch4_5.htm
但是这个结构只有0.075micron, 所以，很快就Puntch-through了(就是Space charge region延伸到P+了)。因此，跑到5V左右就开始发生avalanche了。
虽然还没跑完，还是可以用Tonyplot读出来看，在log scale中drain电流垂直上升了。

部份结果