有机浮栅存储器的器件仿真
1.1 SILVACO TCAD简述
本文所采用的器件模拟工具是SILVACO TCAD[20]，TCAD就是Technology Computer Aided Design，指的是半导体工艺模拟及器件模拟工具。计算机仿真必须基于数值计算。Silvaco中的数值计算主要是基于物理模型及其方程，但是实际的物理模型所构建的系统极其复杂，所用到的方程变量很多，必须要用计算机来辅助计算，我们知道计算机只能进行离散化运算，因此我们进行的工艺和器件仿真就是基于网格计算。
下面简单介绍一下Silvaco TCAD一些组件，这些组件包括了工艺仿真工具ATHENA，器件仿真工具ATLAS，器件编辑工具DevEdit,交互式工具DeckBuild和Tonyplot，还有一些内部的模块。 1. Deckbuild
所有的TACD仿真组件均可在DeckBuild界面调用，我们可以用ATHENA生成器件结构，再由ATLAS对器件特性进行仿真，最后再调用TonyPlot2D或者Tonyplot3D作出器件图形和各种电学性能图表。各个仿真器都是通过集成环境DeckBuild组织的，Silvaco-TCAD的仿真流程如图3-1所示。
DevEdit实时输出结构和Mesh仿真器结构文件ATLAS器件仿真器命令文件解答文件日志文件TonyPlotATHENA工艺仿真器DeckBuild
图3-1 Silvaco仿真流程
2. TonyPlot
Tonyplot可视化工具对器件结构进行显示，可显示的结构包括一维、二维、三维，可显示的器件信息包括几何尺寸、材料性质，器件仿真得到的电学特性、光学特性等。TonyPlot还支持多种输出格式，可以导出图片，也可以导出表格信息，，方便我们进行处理。 3. ATHENA
工艺仿真组件ATHENA能够加快工艺流程和优化工艺参数，ATHENA是模块化、可扩展的。它能够对半导体制造工艺中关键制作步骤进行模拟仿真，精确预测器件结构的几何参数，杂质分布和晶格结构。参数优化使器件的产量、器件各种特性、器件的可靠性得到平衡，达到最优。此外，它还通过仿真模拟取代了耗费大量人力物力财力的真实器件测试，缩短了开发周期。 4. ATLAS
ATLAS是本文主要用到的组件，它的作用非常大，可以对器件结构进行仿真，对器件所用材料进行描述，对器件的电学、光学和热学性质进行描述。ATLAS具有非常全面的物理模型[21]，能够对器件特性进行精确预测。以有机浮栅存储器为例，运用ATLAS可以构造该器件的二维结构，还可以仿真的所用有机材料，对有机材料的各种性质进行定义。最后还可以分析二维模式下分析有机浮栅存储器的存储特性。图3-2为ATLAS的开发流程图。
ATHENA、DevEdit、ATLAS生成器件结构 器件结构的交直流特性相对I-V的器件参数变动数据ATLAS器件模拟软件不同变量的二维等位线C-V曲线瞬态和频域的优点数值用于UTMOST SPICE建模系统的I-V过程文件器件描述 C解释器功能 图层轮廓
图3-2 ATLAS建模流程图
1.2 浮栅型有机存储器的器件设计
1.2.1 有机浮栅存储器的材料选用
有机浮栅存储器的材料主要有，有源层材料、浮栅所用材料、栅绝缘层材料、隧穿层材料、电极材料。下面对各种材料进行介绍。
有源层材料采用的是有机半导体材料，有机半导体材料分为n型和p型半导体材料。常见的p型材料有并五苯，n型材料有
。本文仿真的是底栅顶
接触的有机浮栅场效应晶体管，采用的p型半导体-并五苯(pentacene)[22,23]作为有源区材料，并五苯的分子量为278.3，熔沸点很高，它的LUMO能级为-1.21eV，HUMO能级为-4.99eV，如图3-3所示。
图3-3 并五苯的LUMO和HUMO分子轨道能级示意图
High Energy levelLUMOHUMO-3.21eV-4.99eVLow我们采用并五苯的原因是并五苯的载流子迁移率相对较高[22,23]，并五苯的制备工艺简单，而且ATLAS组件中已经存在并五苯的材料库，我们进行仿真时只需要修改部分参数，能够满足实验需要。但是并五苯的稳定性不高，这是实验需要解决的问题之一。并五苯的材料参数如表3-1所示。
表3-1 并五苯的材料参数
有机浮栅存储器的器件仿真
