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하이닉스 TCAD : Device modeling and simulation

category 세미나 2018.08.20 11:04

2018.8.17 금요일

1. 반도체 소자를 Simulation하는 TCAD tool에 대한 개요와 이를 활용한 Device modeling 방법

2. 실제 소자의 TCAD 적용을 통한 성능 예측과 최적화에 대한 방법 


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1. Modeling & Simulation

2. 소자 Simulation

3. 활용(example)



1.

Modeling : 물리적 의미를 equation으로 표현. 소자/회로의 특성을 대변하는 mechanism 표현.

simulation : 실제 작업 수행하지 않고, model을 이용해 구조와 특성 예측


공정 sim&model : sProcess (공정 순서에 따라 조합)

소자 sim&model : sDevice


소자 sim&model에서 고려해야할 점

-Band Structure

-Mobility

-Tunneling

-Thermal property

-Optical characteristic

 -> I-V, I-t, C-V 다이어그램


simulation이 유용한 경우

unit cell or TR이 아닌

복잡한 구조의 전기적 특성을 분석할 때 중요


Ab-initio : 원자레벨에서 discrete하게 특성확인 가능

Quantum ATK : 시놉시스의 센타우르스라는 툴이 소자 시뮬레이션에서 많이 쓰이는데

여기에서 제공해주는 원자단위 시뮬레이션 툴



2.

sProcess, sDE, snMesh, "sDevice" , sVisual


-소자방정식(다음 3가지가 핵심, 그 외 복잡한 수식은 곁가지에 불과)

(기본)

*Poisson Equation

*Elect & Hole continuous Equation

-electron & hole energy bandgap

-Thermal flow

* Drift-Diffusion model


(응용)

+ Recombination-Generation model

+ Mobility model

+ quantum mechanics model


유의사항

*Diffusion-Drift Equation

-위 수식은 semiconductor에서만 푼다. insulator에서는 풀지 않음

-poisson equation은 모든 레이어에서 푼다

-tunneling은 capture/emission probability 고려


*Quasi-stationary & Transient Simulation

-Quasi Eq는 Equalibrium 및 steady state를 가정(time 항목을 0으로 둠)

-trap dynamic 구현하려면 transient에서 봐야함

-즉, 다른 상태를 보고 싶거나 정합성을 위해선 time 항목을 0으로 두는 quasi상태를 풀지 않고 transient를 푼다


*semiconductor와 insulator의 detailed balance eq는 다르게 적용

Ec  ---------


Et  ---------


Ev  ---------


*mesh에서 erro가 나면 offset term

중요하지 않은 부분은 단순화, 중요한 부분은 디테일하게 mesh 생성


3.

sonos 비휘발성 메모리


터널링 풀 때 bandoffset 가장 중요

즉, 터널링 probability 구할 때 

재료의 입출력 밴드갭을 아는 게 중요


sonos 기본동작

- F-N tunneling

- Direct tunneling

- modified F-N tunneling

- Trap Assisted Tunneling(TAT)


위에서 각각 수식에 파라메터에 대한 이해가 없으면

엉뚱한 결과가 나올 수 있으며 위 수식들은 복잡해서 잘 안씀


따라서, non local tunneling으로 푼다

(슈뢰딩거 정확하지만 시간 오래걸림. WKB는 여러항 무시해 부정확하지만 시간 빠름)

따라서 non local로 푼다.


*variation을 중요시할 때 discrete level을 고려한다.


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