TCAD介绍

TCAD（Technology Computer Aided Design）：半导体工艺模拟以及器件模拟工具。 TCAD是EDA的一个分支。

• process simulation：semiconductor structure fabrication。
• device simulation：semiconductor device operation。一般用IV特性去看

TCAD流程：

怎么设计元件，怎样做元件的模拟？ 

• 第一条路：DeckBuild  -> command file  ->device simulator
• 第二条路：process simulator ->structure files ->device simulator

使用TCAD原因：

• 减少开发成本：ITRS roadmap表明，TCAD仿真可以将开发周期的成本降低30%左右。
• 内部物理过程可视化：你可以看到设备内部。测量告诉你发生了什么，而不是为什么它发生，TCAD提供了为什么答案。
• 虚拟实验：试验具有因果关系。LF器件在TCAD中表现出意想不到的特性，对各种理论进行了实验研究。如果SIM理论与实测结果相吻合，那么很有可能你已经找到了这个结果。
• 改进公司内部交流：改善公司内部沟通。设备修改及其预期效果可以可视化。

谁用TCAD ：

 Foundries 和 Integrated Device Manufacturers

•  当foundry厂工艺开始变得复杂时
• 当运行晶圆开始花钱且耗时时
• 开发早期的新兴技术以获得商业优势

 Fabless companies

• 用于更好地理解设备性能以及如何调整其应用。

Research Organization （Government、 Universities）

• 使用TCAD探索新概念和学习半导体物理

TCAD应用：

TCAD当前挑战：

 TCAD 受当前物理模型和材料表征的指导和限制。 

• 如果用户不了解他们的技术中涉及的物理，用户不会从TCAD 得到什么帮助。

客户需求迅速增加

现在有更多的处理能力可用

• 早期的 TCAD  domin大小通常不会扩展到完整的设备
• 今天domin尺寸更大，可以模拟多个设备，3D模拟

 TCAD 模拟需要准确且具有预测性

• 合理的模拟时间是必须的。
• 用户需要理解准确性和时间之间的权衡。

访问代工厂信息

• 如果代工厂不能提供详细信息，则需要做更多的工作来模拟工艺

TCAD未来前景：

 CAD驱动的TCAD

TCAD 现在在电路设计中扮演着更重要的角色

TCAD 驱动电路优化是 TCAD 的下一个重要步骤。

• TCAD仿真和建模（Spice模型开发）同时进行，属于同一个团队，是Design的核心技术协同优化 (Design Technology Co-OptimizationDTCO)

寄生 (RC) 是高级节点的性能限制因素。

• TCAD 驱动的 RC 提取现在用于优化 MEOL 和 BEOL 流程

原子驱动的TCAD（purdue NEMO5 NanoElectronics MOdelincTools）

持续的小型化迫使工业考虑量子效果

新技术通常需要新材料

• 密度泛函理论 (DFT) 模拟用于计算新材料的电子结构

TCAD 即服务 。

• TCAD工程师越来越稀缺
• 客户正在寻找 TCAD 服务而不是内部专家

商用的 TCAD 工具：

• Silvaco 公司的 ATHENA 和 ATLAS。（Silvaco：主要的产品有 TCAD、Analog/AMS/RF、 Custom IC CAD、Interconnect Modeling 和 Digital CAD。）
• Synopsys 公司的 TSupprem 和 Medici（Synopsys 公司最新发布的 TCAD 工具命名为 Sentaurus。）
• ISE 公司（已经被 Synopsys 公司收购）的 Dios 和 Dessis

EDA设计流程中的TCAD

Design Technology Co-Optimization (DTCO)
         考虑技术（工艺和设备设计）如何影响电路性能的用于开发新技术的仿真方法

 MixedMode Simulation

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参考：積體電路工程課程 (Silvaco TCAD - ATLAS)