场效应晶体管虚拟仿真实验教学资源建设(2)

基础知识测试模块：该模块共设置30道左右的选择题，对本实验所涉及的主要知识点以及易于混淆和难于掌握的重点和难点进行测试. 学生可以通过网络进行解答，系统会根据解答情况进行成绩评判.

动画演示模块：利用Flash，制作时长45 min的动画，演示几种常见的工艺流程. 为了方便演示，在软件中设置了播放、暂停、前进、后退和停止等功能键.

实验过程管理模块：一方面用于发布实验室开放信息、仪器设备信息、教学大纲、培养方案、演示视频和网络课件等各种实验资源信息；一方面可进行资源共享，实现实验数据、实验结果和实验报告的网络传输，开展网络化教学.

答疑讨论模块：学生可以通过网络平台进行提问、回答和交流讨论，教师也可以通过该平台及时回应学生的提问，并可以提出提高性、开放性的问题供大家讨论. 实现了师生之间、生生之间在互联网环境下的随时随地无障碍交流.

2.2 虚拟制造

虚拟制造部分共分为4个模块：版图配置模块、工艺模拟模块、图形显示模块与文件接口模块.

版图配置模块：该模块的功能是对版图文件进行配置.

工艺模拟模块：该模块的功能是模拟NMOS、PMOS和CMOS的工艺流程，包括氧化、粒子注入、光刻、刻蚀、淀积、溅射等各种工艺过程.

图形显示模块：该模块的功能是显示各个模拟阶段的器件剖面和杂质分布的图形输出.

文件接口模块：该模块的功能是生成工艺模拟和器件模拟的接口文件，并定于电极.

2.3 虚拟测试

虚拟测试部分共分为9个模块：结构定义模块、输出特性测试模块、栅特性测试模块、衬底电流测试模块、热击穿测试模块、雪崩击穿测试模块、自热效应测试模块、瞬态特性测试模块与CMOS反相器特性测试模块.

结构定义模块：该模块的功能是定义NMOS或PMOS的器件结构. 有2种形式：其一是利用器件模拟软件的区域、电极和掺杂定义语句来进行器件结构的定义，其二是直接读取工艺仿真软件生成的结构.

输出特性测试模块：该模块进行NMOS或PMOS输出特性的模拟. 即给定不同的栅压，模拟随着漏压的变化源漏电流的变化关系.

栅特性测试模块：该模块进行NMOS或PMOS栅特性的模拟. 即模拟给定不同的漏压，不同界面电荷下随着栅压的变化源漏电流的变化关系.

衬底电流测试模块：该模块进行NMOS或PMOS衬底漏电流的模拟. 即给定不同的漏压，来模拟随着栅压的变化衬底电流的变化关系.

热击穿测试模块：该模块进行NMOS或PMOS在不同温度下的热击穿模拟. 即给定不同的栅压，来模拟不同环境温度下随着漏压的变化源漏电流的变化关系.

雪崩击穿测试模块：该模块进行NMOS或PMOS的雪崩击穿模拟. 即给定不同的栅压，模拟考虑碰撞电离效应时随着漏压的变化源漏电流的变化关系.

自热效应测试模块：该模块进行NMOS或PMOS的自热效应模拟. 即考虑器件内部载流子加热效应和晶格热效应时，随着漏压的变化源漏电流的变化关系.

瞬态特性测试模块：该模块进行NMOS或PMOS的瞬态小信号模拟. 即通过在直流偏置上施加交变的小信号，模拟输出特性的变化，在此基础上提取器件的截止频率和最高工作频率.

CMOS反相器特性测试模块：该模块进行电路和器件混合仿真. 通过读入工艺模拟或定义的NMOS和PMOS器件结构，进行工艺和物理级的电路模拟，获得CMOS反相器的传输特性、交流特性和瞬态特性.

2.4 实验结果与结论要求

在本实验的17个模块中，要求学生自主学习，完成MOS场效应晶体管虚拟制造(图2)和虚拟测试(图3).

图2 MOS场效应晶体管虚拟制造结果图

图3 MOS场效应晶体管虚拟测试结果图

实验要求学生通过改变MOS场效应晶体管虚拟制造和虚拟测试预设关键参量，完成不同参量下的工艺仿真和器件特性仿真，能够针对工艺过程以及实际测试的异常问题提出合理方案并验证. 对于工艺仿真，需完成包括氧化、离子注入、光刻、刻蚀、淀积、溅射等各种工艺过程；对于器件特性仿真，需完成输出特性、栅特性、衬底电流、热击穿特性、雪崩击穿特性、自热效应、瞬态特性、交流特性的仿真，分别提取出击穿电压、阈值电压、饱和电流、截止频率以及最大工作频率.

3 虚拟仿真实验教学项目建设

依托南京邮电大学信息电子技术国家级虚拟仿真实验教学中心和电子科学与技术国家级实验教学示范中心，建设MOS场效应晶体管虚拟仿真实验教学项目. 教学项目包括基础型、提高型、创新型虚拟制造和虚拟测试仿真实验以及虚实结合实验等相关实验案例.

文章来源：《微电子学与计算机》 网址: http://www.wdzxyjsjzz.cn/qikandaodu/2021/0222/486.html