silvaco学习日记（七）--对之前一些问题的解决以及一些新的问题

在之前的博客中，我写出了最近仿真中的一些问题：
①内存分布不足问题；
②仿真所得曲线与文献中的曲线不符合问题；
③只有将栅极的长度加长才可以得到比较理想的曲线。
目前解决的问题只有①
以下的仿真是基于文献“On the Assessment of Temperature Dependence of 10 - 20 kV 4H-SiC
IGBTs Using TCAD ”
仿真结构以及相关浓度图如下：

结构仿真的代码如下：

go atlas simflag="-p 4"
mesh width=1
x.mesh loc=0 spac=0.2
x.mesh loc=3 spac=0.1
x.mesh loc=9 spac=0.1
x.mesh loc=13 spac=0.1
x.mesh loc=15 spac=0.1
x.mesh loc=16 spac=0.1
x.mesh loc=28 spac=0.1
x.mesh loc=29 spac=0.1
x.mesh loc=31 spac=0.2
x.mesh loc=35 spac=0.1
x.mesh loc=41 spac=0.2
x.mesh loc=44 spac=0.2

y.mesh loc=-0.1 spac=0.1
y.mesh loc=-0.05 spac=0.1
y.mesh loc=0 spac=0.1
y.mesh loc=0.25 spac=0.1
y.mesh loc=0.5 spac=0.1
y.mesh loc=180 spac=4
y.mesh loc=180.3 spac=0.1
y.mesh loc=185.3 spac=0.1
y.mesh loc=185.4 spac=0.1

region number=1 x.min=0 x.max=44 y.min=0 y.max=185.3 material=sic-4H
region number=2 x.min=0 x.max=9 y.min=-0.1 y.max=0 material=nickel
region number=3 x.min=9 x.max=13 y.min=-0.1 y.max=0 material=si3n4
region number=4 x.min=13 x.max=31 y.min=-0.1 y.max=0 material=sio2
region number=5 x.min=13 x.max=31 y.min=-0.1 y.max=-0.05 material=nickel
region number=6 x.min=31 x.max=35 y.min=-0.1 y.max=0 material=si3n4
region number=7 x.min=35 x.max=44 y.min=-0.1 y.max=0 material=nickel
region number=8 x.min=0 x.max=44 y.min=185.3 y.max=185.4 material=aluminum

electrode reg=2 name=emitter
electrode reg=5 name=gate 
electrode reg=7 name=emitter
electrode reg=8 name=collector

doping uniform region=1 x.min=0 x.max=44 y.min=0 y.max=185.3 n.type concentration=2e14
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=44 y.min=180 y.max=180.3 n.type concentration=1e18
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=44 y.min=180.3 y.max=185.3 p.type concentration=1e19
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=16 y.min=0 y.max=0.5 p.type concentration=1e17
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=3 y.min=0 y.max=0.25 p.type concentration=1e19
doping uniform region=1 x.min=3 x.max=15 y.min=0 y.max=0.25 n.type concentration=1e20
doping uniform region=1 x.min=28 x.max=44 y.min=0 y.max=0.5 p.type concentration=1e17
doping uniform region=1 x.min=29 x.max=41 y.min=0 y.max=0.25 n.type concentration=1e20 
doping uniform region=1 x.min=41 x.max=44 y.min=0 y.max=0.25 p.type concentration=1e19

material material=sic-4H  permittivity=9.66 eg300=3.26 \
           egalpha=6.5e-4 egbeta=1300  vsat=2.0e7  ksrhgn=-1.7 ksrhgp=-1.7 \
           ksrhtn=5e-9 ksrhtp=2e-7 ksrhcn=2e-8 ksrhcp=5e-10 augn=2.8e-31 \
           augp=9.9e-32 
mobility region=1 mu1n.caug=0  alphan.caug=1 mu2n.caug=950 betan.caug=-2.15 \
           gamman.caug=0.05 deltan.caug=0.6 ncritn.caug=1.9e17 mu1p.caug=16 \
           alphap.caug=-1.6 mu2p.caug=140 betap.caug=-2.14 gammap.caug=0.17 \
           deltap.caug=0.34 ncritp.caug=1.9e17 betan=2 betap=2 
save outf=n-IGBT-silvaco.str

quit

在进行这个仿真时，将其集电极的电压设置为8V，使得栅极电压在0到30V之间进行变化，来寻找器件的阈值电压，但是仍然出现了内存分配不足的现象。代码如下：

go atlas simflag="-p 6"
mesh inf=n-IGBT-silvaco.str

models bgn auger srh conmob analytic fldmob incomplete surfmob
impact selb
interface qf=0
method newton

solve init
solve vcollector=8

log ouf=IcVc_in0.log
solve vgate=0 vstep=0.5 vfinal=30 name=gate
log off

save outf=IcVc_in0.str

quit

为减轻计算量，选择使用的方法为，将整个器件的尺寸等比例缩小10倍，代码如下：

go atlas simflag="-p 4"
mesh width=1
x.mesh loc=0 spac=0.2
x.mesh loc=0.3 spac=0.1
x.mesh loc=0.9 spac=0.1
x.mesh loc=1.3 spac=0.1
x.mesh loc=1.5 spac=0.1
x.mesh loc=1.6 spac=0.1
x.mesh loc=2.8 spac=0.1
x.mesh loc=2.9 spac=0.1
x.mesh loc=3.1 spac=0.2
x.mesh loc=3.5 spac=0.1
x.mesh loc=4.1 spac=0.2
x.mesh loc=4.4 spac=0.2

y.mesh loc=-0.01 spac=0.1
y.mesh loc=-0.005 spac=0.1
y.mesh loc=0 spac=0.1
y.mesh loc=0.025 spac=0.1
y.mesh loc=0.05 spac=0.1
y.mesh loc=18 spac=4
y.mesh loc=18.03 spac=0.1
y.mesh loc=18.53 spac=0.1
y.mesh loc=18.54 spac=0.1

region number=1 x.min=0 x.max=4.4 y.min=0 y.max=18.53 material=sic-4H
region number=2 x.min=0 x.max=0.9 y.min=-0.01 y.max=0 material=nickel
region number=3 x.min=0.9 x.max=1.3 y.min=-0.01 y.max=0 material=si3n4
region number=4 x.min=1.3 x.max=3.1 y.min=-0.01 y.max=0 material=sio2
region number=5 x.min=1.3 x.max=3.1 y.min=-0.01 y.max=-0.005 material=nickel
region number=6 x.min=3.1 x.max=3.5 y.min=-0.01 y.max=0 material=si3n4
region number=7 x.min=3.5 x.max=4.4 y.min=-0.01 y.max=0 material=nickel
region number=8 x.min=0 x.max=4.4 y.min=18.53 y.max=18.54 material=aluminum

electrode reg=2 name=emitter
electrode reg=5 name=gate 
electrode reg=7 name=emitter
electrode reg=8 name=collector

doping uniform region=1 x.min=0 x.max=4.4 y.min=0 y.max=18.53 n.type concentration=2e14
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=4.4 y.min=18 y.max=18.03 n.type concentration=1e18
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=4.4 y.min=18.03 y.max=18.53 p.type concentration=1e19
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=1.6 y.min=0 y.max=0.05 p.type concentration=1e17
doping uniform region=1 x.min=0 x.max=0.3 y.min=0 y.max=0.025 p.type concentration=1e19
doping uniform region=1 x.min=0.3 x.max=1.5 y.min=0 y.max=0.025 n.type concentration=1e20
doping uniform region=1 x.min=2.8 x.max=4.4 y.min=0 y.max=0.05 p.type concentration=1e17
doping uniform region=1 x.min=2.9 x.max=4.1 y.min=0 y.max=0.025 n.type concentration=1e20 
doping uniform region=1 x.min=4.1 x.max=4.4 y.min=0 y.max=0.025 p.type concentration=1e19

material material=sic-4H  permittivity=9.66 eg300=3.26 \
           egalpha=6.5e-4 egbeta=1300  vsat=2.0e7  ksrhgn=-1.7 ksrhgp=-1.7 \
           ksrhtn=5e-9 ksrhtp=2e-7 ksrhcn=2e-8 ksrhcp=5e-10 augn=2.8e-31 \
           augp=9.9e-32 
mobility region=1 mu1n.caug=0  alphan.caug=1 mu2n.caug=950 betan.caug=-2.15 \
           gamman.caug=0.05 deltan.caug=0.6 ncritn.caug=1.9e17 mu1p.caug=16 \
           alphap.caug=-1.6 mu2p.caug=140 betap.caug=-2.14 gammap.caug=0.17 \
           deltap.caug=0.34 ncritp.caug=1.9e17 betan=2 betap=2 
save outf=n-IGBT-20/11/16-mini.str

quit

但是这时候仍然会出现无法仿真其阈值电压的问题，这一点我现在还是不太明白为什么出现这种情况。
还有就是使用不同的物理模型出现的情况是不同的，为了验证之前文献中的界面陷阱密度的问题，在这个器件结构中继续进行验证，但是结果还是不理想，当使用bipolar模型时，结果如下：

可以看到，没有界面陷阱和界面陷阱为1e11时的曲线几乎没有区别，当界面陷阱的密度增加时，电流的值反而增加了。这里推测软件在计算界面陷阱对电流的影响时主要考虑两个方面：
①表面处载流子的迁移率；
②表面处载流子的浓度。
记得在一篇文献中看到关于界面陷阱对器件的影响，可以分成深能级和潜能级两个方面，深能级会影响阈值电压的大小，浅能级会影响电流幅度的大小。
由于文献中有一些相关物理模型的记载，因此，在另外使用一些物理模型进行对比。使用的物理模型包括：bgn auger srh conmob analytic fldmob surfmob
这里就又出现了一个问题，当使用这些物理模型时，集电极电压在7V左右就不能继续增加了。具体结果如下：


大致没有什么变化。这就很让人崩溃，我认为原因为，我对silvaco中物理模型的作用还不是很熟悉，还有就是对IGBT的界面陷阱电荷的作用不是很明确。
还有一个问题是进行阈值电压的模拟时，无论集电极电压再怎么增加，栅极电压再怎么增加，电流都是很小。