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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

本工具

提取并验证紧凑模型

输出

用于电路仿真

配套

PDK

用于设计支持

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。

Utmost IV 的用户

晶圆代工厂 PDK 团队

构建所有客户用于设计的套件,并持续维护更新

功率器件建模

SiC、GaN 和硅功率器件,模型经过跨温度验证

显示技术模型

TFT 和氧化物半导体器件,包括 RPI TFT 模型

先进节点建模

适用于多指架构的 BSIM-CMG

验证证据与资源

无需账户即可阅读所有内容。

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

评估 Utmost IV 或获取帮助

评估、使用或遇到问题——这些需求有各自对应的入口。

评估工具

提供一个器件的测量数据;若尚无芯片,则提供 TCAD 结果,并告知所需模型类型。

从事教学或研究?超过 200 所大学通过 University Program 获得 Silvaco 工具授权。

已在使用

安装程序、发行说明和用户手册位于“支持与下载”。

遇到问题

持有有效维护合同即可在支持门户提交并跟踪工单。请尽早提出仪器驱动和模型收敛问题。

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。

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。

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。

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。

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。

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