硅平面设备，成像传感器和微处理器通常包括金属氧化物硅（MOS）电容器。为了确保这些设备在应用程序中按预期执行，工程师可以使用仿真来准确分析其设计。借助半导体模块，comsolMultiphysics®软件的附加产品，有多种方法可以做到……
仔细观察MOS电容器
MOS电容器（MOSCAP）包含三个主要部分：
- 半导体机构或底物
- 绝缘膜
- 金属电极（或门）
Moscaps有两种主要类型：表面通道和掩埋的通道设计。所使用的设计取决于应用程序。
moscap。Brews Ohare的图像 - 自己的作品。获得许可CC BY-SA 4.0， 通过Wikimedia Commons。
通常，在硅平面设备中使用MOS结构来生成电容测量，从而帮助工程师了解这些设备的工作原理。MOSCAPS专门用于电荷耦合设备（CCD）医疗和成像技术应用。通常，它们用作MOS晶体管中的组件，在集成电路和微处理器等组件中发现的常用半导体设备。
为了确保Moscap的运作正常，工程师需要预测其行为。这半导体模块，一个附加comsol多物理学，提供了多种分析Moscap的方法。
模拟Moscap的两种方法
这些示例中使用的1D MOSCAP模型接地在右端，并在左侧点具有氧化物 - 丝状界面。为了更好地研究氧化物 - 硅接口，工程师可以通过用户控制的网格来完善网格。在整个建模域中，还施加了均匀的掺杂和冲击式阅读孔重组。此外，为了使模型设置过程更加容易，工程师可以使用直接在Comsol Multiphysics中使用的硅的材料数据。
使用这样的模型，研究人员可以以许多不同的方式分析Moscap行为，例如以下简短讨论的两种方法。
提示：这些示例中的文档中使用逐步说明进行了解释，该示例链接到在这篇文章的结尾。
方法1：电压扫
在第一个示例中，模型域为1 mm厚，并使用带有A的电压扫描模拟MOSCAP固定最初条件的学习步骤以及与时间相关扫荡的学习步骤。
使用此功能时，可以研究线性电压坡道下的Moscap行为。在这里，电压坡道范围为-2至1V。它的低频回速率为10-3v/s，高频振荡速率为103v/s。
方法2：小信号分析
工程师可能还希望运行小信号分析，以确定MOSCAP设计中直流偏置点的差分电容值。
与ComsolMultiphysics®版本5.3A一样，半导体模块中有两个功能可以在半导体模型中使用。第一个是半导体平衡研究步骤，可用于研究平衡的系统，并为非平衡系统产生初始条件。还有准Fermi水平配方，这可以帮助工程师在极端条件下（例如非常低的温度）对半导体设备进行建模时处理高度非线性方程式系统。
这半导体平衡在comsol®软件中学习步骤。
这些特征在MOSCAP的小信号分析模型中得到了证明。结果，该方法可以检查一个线性直流偏置电压范围从-2 V到1V。与此同时，它可以考虑1 mV的小规模谐波扰动，其频率为10-3低频案例的HZ和104高频案例的Hz。此示例中使用的模型的域厚度为10 um。
MOSCAP模拟结果
这两种模拟方法均可用于计算低频和高频C-V曲线，这对于分析Moscap设计很重要。您可以在下面的两个版本的Moscap模型中看到这些曲线。两种方法都会产生相似的C-V曲线结果。
电压扫描（左）和小信号分析（右）的C-V曲线。
我们发现，这两个图中看到的行为匹配教科书中通常看到的行为，例如模型文档中的参考文档中的绘图。因此，这些模型突出了使用替代方法时半导体模块达到准确解决方案的能力。
下一步
要尝试在此博客文章中讨论的示例，请单击下面的链接。这样做将带您到应用程序库，您可以在其中下载带有分步说明的PDF文档。
在Comsol博客上了解有关半导体模拟的更多信息：乐动体育赛事播报
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