Сравнительный анализ трех моделей - Создание двумерной модели фотоприемной ячейки КМОП-ФД в среде приборно-технологического моделирования Sentaurus TCAD (Synopsys)

Удобство использования модели.

В модели №1, не имеющей дополнительных емкостей, процесс изменения величины емкости узла предполагает изменение непосредственно структуры прибора, что требует изменение командного файла технологического моделирования в программе DIOS и перерасчет технологической модели, затем редактирование файла структуры в программе Structure Editor и "прикрепление" к нему рассчитанной ранее в программе DIOS структуры профиля примеси, и только после этого - перерасчет прибора по электрофизической модели.

Модель №2 гораздо экономичнее первой по трудозатратам, однако тоже имеет неудобства: реализованные в ней с помощью редактора структуры Structure Editor, МОП-конденсаторы, подключенные к узлам ПУ и Т4, могут быть изменены только через редактирование файла структуры в этой же программе. Преимуществом модели №2 является отсутствие необходимости изменения командного файла технологического моделирования и последующего перерасчета техпроцесса модели. Однако у данной модели также есть недостаток: дополнительно введенные p+ области делают модель структуры фотоприемной ячейки большой по размерам и числу диффузионных областей, что увеличивает время электрофизического моделирования как вследствие увеличения количества узлов в модели, так и замедления сходимости.

Модель №3 лишена недостатков своих предшественниц. Технологическая модель, равно как и модель структуры в Structure Editor, создаются один раз, и более в процессе эксплуатации не редактируются. Для изменения подключенной к узлу емкости необходимо просто вписать необходимую величину емкости в файл электрофизической модели. Таким образом, отпадает необходимость редактирования файла технологического моделирования для программы DIOS и последующего пересчета технологической модели, отпадает необходимость редактирования файла структуры в программе Structure Editor. Кроме того, модель не имеет дополнительных p+ областей, что делает ее более компактной, а так же обеспечивает большую скорость расчетов электрофизических параметров структуры.

Скорость расчетов.

Скорости расчетов электрофизических параметров для трех моделей представлены в таблице 1. Очевидно, что модель №1, имеющая самые большие размеры структуры из всех трех, имеет самую медленную скорость расчета технологической и электрофизической модели. Размеры трех моделей приведены в таблице 1.

Также, для наглядного сравнения, для трех моделей в таблице 1 приведены примерные значения времен, которые требуются для изменения величины подключенных внешних емкостей. Как видно из таблицы, модель №3 дает возможность мгновенного изменения величины емкости, в отличие от первой и второй модели.

Таблица 1

Временные затраты на расчет электрофизтческих параметров для трех моделей

Модель №1

Модель №2

Модель №3

Время, требуемое для изменения емкости элемента структуры

Более 30 минут

Около 10 минут

Несколько секунд

Скорость расчетов электрофизических параметров.

Более 60 минут

Около 40 минут

Около 20 минут

Размер модели по оси Х (мкм)

9230

110

90

Создание командного файла для электрофизической модели структуры.

Следующим шагом после создания структуры модели является создание командного файла для электрофизической модели структуры в программе DIOS. В этом файле описывается режим работы прибора, условия его работы, параметры падающего света, точность расчетов и физические явления, учитываемые в модели.

Для корректной работы ячейки была создана временная диаграмма управляющих импульсов (рисунок 15). На основе нее в командном файле были заданы времена подачи импульсов и их величины для каждого контакта.

диаграмма управляющих импульсов

Рис. 15 Диаграмма управляющих импульсов

В условиях работы была задана температура среды, в нашем случае 250К (Температура была выбрана ранее для изучения темновых токов в модели).

В параметрах падающего света были заданы: длина волны падающего света, мощность в качестве переменного параметра, время освещения структуры светом, а так же ширина пучка света и высота, с которой освещается структура.

Длина волны падающего света была выбрана 535нм, что соответствует максимуму чувствительности в видимом диапазоне света. Мощность света впоследствии варьируется для различных экспериментов. Время освещения поверхности фотоприемного элемента 0,1 секунда. Этого времени достаточно, для накопления заряда фотодиодом, при этом электрофизические параметры рассчитываются достаточно быстро. Для идеализации модели, в фотоприемной ячейке свет падает только на фотодиод, при этом было так же исключено поглощение света поликремневым затвором.

В точности расчетов важным параметром является количество итераций. Чем больше количество итераций, тем выше точность эксперимента.

Для повышения производительности расчеты были разделены на восемь потоков, что позволило сократить время расчетов электрофизических параметров модели.

Похожие статьи




Сравнительный анализ трех моделей - Создание двумерной модели фотоприемной ячейки КМОП-ФД в среде приборно-технологического моделирования Sentaurus TCAD (Synopsys)

Предыдущая | Следующая