FinFET器件和电路仿真的快速3-D TCAD结构生成方法

FinFET（Fin形场效应晶体管）是一种三维晶体管设计，主要用于克服传统二维平面晶体管在进一步缩小尺寸时遇到的物理和电子问题。本文介绍了一种用于FinFET器件及电路仿真的快速三维TCAD（技术计算机辅助设计）结构生成方法。TCAD仿真在半导体器件的设计、分析及优化过程中扮演着至关重要的角色，特别是在纳米级别的工艺中，准确和高效的仿真对优化设计至关重要。 本文中，作者通过使用AFAST（快速结构生成方法）来克服传统TCAD仿真的局限性，尤其是对于多器件小规模电路的仿真。AFAST方法的关键特点在于它能够快速生成三维结构，并且能够跨越由于器件数量增加而造成的复杂度非线性增长的障碍。通过减少仿真时间，这种方法不仅使得对单个器件的布局和工艺优化成为可能，还提高了对整个电路的RC（电阻-电容）仿真的效率。 FinFET技术之所以成为CMOS（互补金属氧化物半导体）技术向亚28纳米工艺节点缩放的重要突破，是因为其独特的结构与性能优势。FinFET采用非平面设计，实现了对于非常短的栅长器件的扩展，这为半导体尺寸缩小和性能提升提供了新的解决方案。它的突出优势在于提供了更好的控制通道的能力，进而改善了电流驱动能力和减少了漏电流，从而提高了芯片的性能和功率效率。 文章中提到了FinFET在verter（反相器）上的应用案例，通过Id-Vg（漏极电流-栅极电压）曲线的提取，展示了所提出方法与传统方法相比具有优越的仿真效率。并且通过PINMOS（P型绝缘栅场效应晶体管）反相器的仿真结果来比较不同方法生成的结构仿真时间，从而突显出AFAST方法在处理大规模TCAD仿真的优势。 在集成电路设计中，随着器件尺寸的不断缩小，器件数量的增加，对TCAD仿真速度和精度提出了更高的要求。传统仿真方法在处理小规模电路时仿真时间尚可接受，但随着电路规模的扩大，所需时间将呈非线性增长，这极大限制了仿真在大规模集成电路设计优化中的应用。AFAST方法针对这一“多器件TCAD障碍”提出解决方案，通过改进结构生成流程，缩短了整体仿真时间，使得对大规模电路的仿真成为可能。 通过实验验证，该快速生成方法不仅提高了单个器件仿真速度，也加快了电路整体仿真效率，从而解决了传统TCAD仿真中面临的效率低下问题。AFAST方法具有普遍适用性，可以应用于不同类型的FinFET结构和电路，为FinFET技术在不同领域的广泛采用提供了强有力的技术支持。 FinFET技术代表了半导体技术发展的方向，而快速三维TCAD结构生成方法作为其配套的技术手段，为FinFET器件和电路的设计、仿真、优化提供了高效、可行的途径，推动了集成电路设计向更小尺寸、更高性能迈进。