功率半导体团队面临的挑战
碳化硅和氮化镓正在推动功率电子技术突破单纯依靠硅所能达到的范围，其应用涉及汽车、5G、工业、消费电子、高性能计算以及航空航天和国防设计。如今，宽禁带器件能否工作通常已不再是悬而未决的问题。真正的问题是，如何快速从工艺概念走向电路设计人员信赖的紧凑模型。
逐片晶圆探索既缓慢又昂贵。仿真将这一学习过程提前到制造之前。在屏幕上改变配方、结构或偏置，即可观察器件行为。从概念到量产所需的原型因此减少。对于新型 SiC MOSFET，这意味着从估计走向确定的答案。
Silvaco 在工作流程中的位置
工艺、器件、模型、电路、版图。可以运行整个流程，也可以仅接入团队
缺少的步骤。应用工程师根据需要，使模型、流程和工具链适应您的技术。
输入
工艺概念
配方、器件结构和目标额定值
当问题从单个器件扩展到整个晶圆厂时使用。晶圆厂技术协同优化超越 DTCO，将相同的已验证物理机制与晶圆厂数据进行校准，并构建工艺数字孪生。
技术与器件
工艺仿真涵盖刻蚀和沉积、离子注入、掺杂激活、氧化和应力，背后由开放的
模型库和材料数据库支撑。先在 2D 中快速调试，再将同一结构扩展到 3D。器件
仿真采用多线程运行，并为复杂情况提供扩展数值精度。可根据自身的
实测数据校准每个模型，通过调整物理参数引入新的宽禁带材料。
碳化硅与硅
PIN 和肖特基势垒二极管、DMOSFET、JFET、IGBT、BJT、晶闸管和超结器件，均包含各自的边缘终端。
针对 4H-SiC，提供决定 SiC MOSFET 在高电场下能否可靠工作的模型，包括：
- 3D 各向异性氧化；
- 各向异性碰撞电离；
- 双能级迁移率；
- 用于界面态和可靠性分析的陷阱与缺陷建模；
- 针对 Al、B、P 和 N 校准的蒙特卡洛注入和激活模型。
氮化镓
肖特基和 PIN 二极管、横向和纵向 HEMT、MIS HEMT、p-GaN 栅 HEMT、多沟道 HEMT 以及超结器件。RF GaN 拥有独立页面：无线与 RF。
GaN 需要硅器件无需考虑的物理机制：
- 极化和压电电荷，以及随合金组分变化的能带弯曲；
- 涵盖界面和体内可靠性的陷阱与缺陷模型；
- 氮化物特有的低场和高场迁移率，包括负微分迁移率；
- 关键漏电路径：热载流子注入、声子辅助隧穿和变程跳跃。
紧凑建模
Utmost IV 从 TCAD 流程或实测数据提取 SPICE 参数，并针对不同温度、晶圆、裸片和器件进行优化。将 DC、电容和 S 参数数据与 Vt、Idsat 和 ft 等提取值一起拟合。构建分层宏模型，并协同调优器件模型和网表参数。提取和仿真均覆盖三种 GaN 紧凑模型。
在 SmartSpice 中，Circuit Rubberband 根据时域数据调优瞬态行为：栅极电荷和米勒平台，以及反向恢复（trr 和 Qrr）。
版图与验证
功率器件版图包含大量曲线。Expert 可绘制和重复这些曲线，并通过脚本处理重复工作。
随后，SmartDRC/LVS 对这些曲线运行规则文件，标记真实违规，避免圆弧边缘产生大量误报而掩盖问题。
应用
从屏幕上的首个 SiC MOSFET 结构，到电路设计人员使用的仿真模型。
SiC 和 GaN 功率器件开发
使二极管、MOSFET、IGBT 和 HEMT 在尚仅存在于软件中时，就从工艺概念发展为可工作的器件。
电动和混合动力汽车动力系统器件
混合动力和电动汽车是推动功率半导体向 SiC 和 GaN 发展的市场之一。
工业与 5G 电力转换
在实物进入实验台之前，通过仿真扫描工业和 5G 功率级的工作条件。
为功率器件库生成紧凑模型
为电路团队使用的器件库提取、验证并调优 SPICE 模型。
目前使用此流程的功率器件团队
一家 SiC 器件制造商、一家 GaN 连接技术公司、一家研究机构和一家电力转换专业公司，均有公开记录。
客户
2022 年 2 月
SemiQ
制造 SiC 功率器件、模块和外延晶圆。SemiQ 评估了 Victory TCAD 的工艺和器件仿真能力，随后作出多年合作承诺。
“凭借 Silvaco 及时、专业的技术支持，以及专为功率器件设计提供的独特工具功能，我们能够快速采用氧化仿真等新能力，加深对下一代器件的理解。”
Mike Robinson，SemiQ 首席执行官
客户
2022 年 2 月
Wavetek
使用 Victory TCAD 开发用于 5G、Wi-Fi 和 IoT 连接的 GaN 器件。
“Silvaco 的 Victory TCAD 平台使我们能够精确建模真实条件下的 GaN 器件行为。”
Barry Lin 博士，Wavetek 首席技术官
研究合作伙伴
2022 年 2 月
Fraunhofer ISIT
使用 Silvaco 的 DTCO 流程研究基于工程化衬底构建的高压横向和纵向 GaN 器件。
“使用 Silvaco 的先进 TCAD 解决方案，我们的团队能够更深入、更高效地探索、理解和优化 GaN 器件性能。”
Michael Mensing 博士，Fraunhofer ISIT 先进器件组负责人
客户
2022 年 2 月
Analog Power Conversion
采用 Victory TCAD、Utmost IV 和 SmartSpice，组成用于硅和 SiC 功率器件的统一 DTCO 流程。
“Silvaco 端到端 DTCO 平台的集成提供了统一环境，可对功率器件从工艺到电路进行仿真、表征和优化。”
Dumitru Sdrulla，Analog Power Conversion 首席技术官
合作 · 文章
2022 年 2 月
与 mi2-factory 合作实现 SiC 超结 MOSFET 的快速开发
SiC 中的超结结构制造困难。本文展示与 mi2-factory 合作进行仿真如何缩短开发路径。
演示资料 · PDF
2022 年 2 月
SiC 和硅功率器件的 TCAD 开发概述
硅和 SiC 器件的完整流程，从工艺仿真到 SPICE 模型。
演示资料 · PDF
2022 年 2 月
GaN 功率器件的 TCAD 开发概述
面向 GaN 器件的同一流程，包含其依赖的极化和氮化物迁移率模型。
网络研讨会
2022 年 2 月
利用 TCAD 和基于物理的数字孪生加速 GaN 器件设计
GaN 的优势所在、Victory TCAD 如何从工艺步骤到器件进行建模，以及如何将结果用于电路仿真。
网络研讨会
2022 年 2 月
Si、GaN 和 SiC 技术的功率器件 SPICE 建模
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2022 年 2 月
短路条件下 IGBT 多单元阵列中电流丝的 3D TCAD 混合模式仿真
应用示例
2022 年 2 月
功率与 RF
关于功率器件开发的问题
用于功率器件开发的 TCAD 是什么？
TCAD，即工艺计算机辅助设计，仿真功率器件的制造过程及其随后的电学行为。在软件中调整掺杂分布、沟槽深度或偏置点，并追踪每项变化的原因，随后在晶圆加工前调优器件。这意味着量产前所需的原型迭代次数更少。
SiC 和 GaN 器件仿真有何区别？
The physics is different, so the models are too. Silicon carbide calls for anisotropic oxidation and impact ionization, two-level mobility, and calibrated implantation and activation of aluminum, boron, phosphorus and nitrogen. Gallium nitride calls for polarization and piezoelectric charge, nitride-specific mobility with negative differential mobility, and leakage mechanisms such as phonon-assisted tunneling. Victory TCAD models both.
支持哪些功率器件结构？
运行该工具及开展工厂级分析均不需要。Victory Analytics 可独立分析生产数据和实测数据，无需仿真步骤。加入 TCAD 仿真输出后，模型便可同时从物理机制和晶圆厂数据中学习。
TCAD 流程如何生成 SPICE 模型？
Victory Process builds the device and Victory Device simulates how it behaves. Utmost IV turns those simulated curves, or measured ones, into SPICE parameters and checks them across temperatures and devices. SmartSpice then runs the extracted model at circuit level, and Circuit Rubberband fits gate-charge and reverse-recovery behavior to transient waveforms.
什么是晶圆厂技术协同优化，功率器件团队何时需要它？
Fab Technology Co-Optimization carries design technology co-optimization past the device and into the fab. It pairs the same physics-based simulation with AI/ML surrogate models. Calibrated to fab data, they become a digital twin of the process line. A power team reaches for it when the question becomes how process variation moves device and circuit performance.
Silvaco 功率器件工具能否与晶圆代工厂 PDK 配合使用？
可以，通过 Python 接口可覆盖从数据加载、训练、评分到优化的完整流程。脚本在 FTCO 工作中尤其有效：训练模型、运行下一组实验，再次训练，直至模型可用作数字孪生。
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以 2D 和 3D 方式仿真 SiC、GaN 和硅的刻蚀、沉积、注入与氧化。
Victory Device
所构建器件的电学、热学和可靠性行为。
Utmost IV
针对仿真或实测器件拟合紧凑模型参数。
SmartSpice
使用所提取模型开展电路仿真。
FTCO
基于经 TCAD 验证的物理机制，开展整个晶圆厂的工艺优化。
汽车半导体
面向汽车项目的器件和 IC 开发，包括动力系统。