Utmost IV
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Utmost IV：器件建模与 SPICE 模型提取
Utmost IV 根据实验台实测或 TCAD 仿真的器件数据，构建电路团队用于仿真的紧凑模型。
Utmost IV 的作用
Utmost IV 测量或仿真器件特性，提取电路设计师和 PDK 所依赖的 SPICE 紧凑模型，从 BSIM-CMG、BSIM4 到 HiSIM 和 PSP。它从预配置模板拟合各模型，并在模型进入设计套件前检查各工艺角的结果。它是连接 TCAD 工作与电路团队仿真的器件建模环节。
器件建模能力
数据采集
高速采集引擎自动执行测量，使特性表征成为可编写脚本的任务，而非手动设置扫描。驱动采用开放架构。您可编辑 Silvaco 提供的驱动，或为实验台上的任何仪器构建驱动。
提取
每种受支持的模型类型均从预配置模板开始，通过物理原理给出初始参数估计，使拟合起点接近答案。AI 和机器学习优化器与八种数学优化器协同工作，从 Levenberg-Marquardt、Hooke-Jeeves 到粒子群和高斯过程。输入可以是 TCAD 结果或器件测量数据。Silvaco 表示，模型创建已从过去的数周缩短到数分钟。
模型库
支持 BSIM-CMG、BSIM4 和 BSIM6、HiSIM、PSP，以及 RF、功率 MOSFET 和可靠性模型。模型库覆盖多指、FinFET 和 GAAFET 器件及新兴架构。如果没有标准模型能够描述器件，可使用 Verilog-A 编写模型或构建宏模型。
工作流程
试验设计确定哪些测量值得投入时间。随后进行提取、统计分析和工艺角验证，同时检查可靠性、老化和温度。当工艺变化时，可迭代模型，而不必重新开始。
验证与部署
多线程 SmartSpice 接口在发布前对每个模型执行完整 SPICE 仿真，因此拟合结果既在生成工具中测试，也在仿真器中验证。设计师可在 Cadence、Synopsys 或 Mentor 环境中，通过 SmartSpice、HSPICE、Eldo、Spectre、LTspice 或 QSPICE 使用模型。Utmost IV 本身可在本地、HPC 集群或云端运行，支持 Windows 或 Linux。
在 TCAD 流程中的位置
Victory Process 构建结构，Victory Device 求解结构。Utmost IV 将该
结果或实测芯片数据转换为电路仿真器可读取的模型。
输入
特性
实测芯片数据，或 Victory Device 仿真结果
从设计侧看 SPICE 模型提取
如果您从事电路设计，可能很少打开 Utmost IV，但每次仿真仍使用其模型。未提取的工艺角会一直不可见，直到芯片在该条件下失效。因此，这里的提取以验证结束，而非止于外观良好的曲线拟合。
验证证据与资源
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客户
2022 年 2 月
Fraunhofer ISIT
作为 EU Chips Act 的 APECS 试验线参与方，在 8 英寸晶圆上的 GaN 和 MEMS 工作中，将 Victory TCAD、Utmost IV 和 SmartSpice 组合为 DTCO 流程。
“尤其是在当前基于工程衬底开发高压横向和垂直 GaN 器件的过程中……我们观察到许多物理效应，需要经过精确校准的工艺和器件模型。”
Michael Mensing 博士，先进器件组负责人
客户
2022 年 2 月
Excelliance MOS
为其碳化硅功率器件采用 Victory TCAD 和 Utmost IV 组成的 DTCO 流程，由 Utmost IV 自动进行电学测量并提取 SPICE 模型。
“通过结合 Victory TCAD 与 UTMOST IV 的 Silvaco DTCO 流程，我们能够仿真、分析并优化器件性能……帮助我们更快地将创新电源解决方案推向市场。”
Fermi Liu，研发部门总监
已发表论文
2022 年 2 月
基于物理的 IGBT 紧凑模型的序贯模型参数提取技术
Dondee Navarro、Takeshi Sano 和 Yoshiharu Furui，均为 Silvaco 工程师。IEEE Transactions on Electron Devices，第 60 卷，第 2 期，第 580–586 页。逐步提取基于物理的 IGBT 紧凑模型参数的方法。
已发表论文
Masataka Miyake、Dondee Navarro、Uwe Feldmann、Hans Juergen Mattausch、Takashi Kojima、Takaoki Ogawa 和 Takashi Ueta，“HiSIM-IGBT：面向电力电子电路设计的紧凑 Si-IGBT 模型”，IEEE Transactions on Electron Devices，第 60 卷，第 2 期，第 571–579 页，2013 年 2 月
Dondee Navarro、Takeshi Sano 和 Yoshiharu Furui，“基于物理的 IGBT 紧凑模型的序贯模型参数提取技术”，IEEE Transactions on Electron Devices，第 60 卷，第 2 期，第 580–586 页，2013 年 2 月
Isato Ogawa、Tomoharu Yokoyama 和 Mutsumi Kimura，“使用铁电电容器的神经网络仿真”，IEICE Technical Report，第 117 卷，第 372 号、第 373 号，2017 年 12 月
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器件建模常见问题
什么是 SPICE 模型提取？
SPICE 模型提取为电路仿真器提供复现真实器件所需的参数集。先通过测量或仿真收集数据，再调整 BSIM、HiSIM 或 PSP 等标准模型，直至曲线吻合。设计团队获得的是参数，而非原始数据。
Utmost IV 支持哪些紧凑模型？
支持 BSIM-CMG、BSIM4 和 BSIM6、HiSIM、PSP、RF 模型、功率 MOSFET 模型及可靠性模型，以及宏模型和 Verilog-A。范围涵盖多指、FinFET 和 GAAFET 器件及新兴架构，因此特殊结构也可获得对应模型。
Utmost IV 能否从 TCAD 仿真而非实测芯片数据中提取模型？
可以。将优化器指向 Victory Device 的仿真特性，即可在芯片制造前获得紧凑模型。晶圆返回后，使用相同模板基于测量数据重新提取，并比较两者，了解仿真的接近程度。
哪些 SPICE 仿真器可使用提取的模型？
SmartSpice、HSPICE、Eldo、Spectre、LTspice 和 QSPICE，模型也可载入 Cadence、Synopsys 和 Mentor 设计环境。无论您使用哪种工具，模型在交付设计前都已在 SmartSpice 中运行，因此您不会是首次仿真该模型的人。
Utmost IV 支持哪些测量仪器？
任何能够为其编写驱动的仪器，因为驱动采用开放架构，而非封闭的硬件支持清单。团队可调整现有驱动以适配新设备，采集引擎负责执行测量。向技术专家说明所用仪器，他们会告知驱动工作涉及的内容。
Utmost IV 如何参与 PDK 开发？
它生成 PDK 交付的模型，包括统计和工艺角变体，而非仅一个标称器件。晶圆代工厂和 IDM 用它构建和维护套件。无晶圆厂设计团队用它检查设计假设与所获模型是否一致。
TCAD 套件的其他工具
Victory Process
Victory Device
Utmost IV
Victory RCx
Victory Mesh