Modélisation

TCAD est l’abréviation anglophone de la « conception technologique assistée par ordinateur » ou CAO technologique.

En micro-électronique, elle peut être utilisée pour deux types de travaux:

-la fabrication des dispositifs, appelée couramment Process-TCAD

-le fonctionnement des dispositifs, appelée quant à elle Device-TCAD

La Device-TCAD, utilisée au LTM, s’appuie d’une part sur une définition géométrique (architecture, dimensions, maillage en éléments finis) et physique (matériaux, dopages, contacts électriques) du dispositif, et d’autre part sur une bibliothèque de modèles physiques (mobilité, statistiques de porteurs, recombinaison, ionisation, échauffement du réseau, modèles quantiques, effet tunnel …) proposés par l’outil de simulation.

La TCAD offre plusieurs avantages à ses utilisateurs :

-une compréhension des phénomènes physiques sous-jacents fine et rapide

-une optimisation des caractéristiques physiques du composant en amont de sa réalisation expérimentale, permettant d’orienter certains choix rapidement et efficacement, tout en considérant des dispositifs relativement complexes

-un gain de temps, en réalisant non pas expérimentalement, mais virtuellement, certains tests de fonctionnement de tel ou tel composant, même si celui-ci présente une architecture particulière et intègre des phénomènes physiques relativement complexes

-des économies budgétaires

Un programme de TCAD se construit selon l’architecture qui suit :

-définition des paramètres physiques et géométriques du dispositif

–maillage géométrique et éventuellement quantique

-définition des différentes régions et des électrodes constituant le composant

-définition des dopages de ces régions

-appel des modèles physiques et mathématiques retenus pour effectuer la simulation

–itérations des tensions sur les diverses électrodes

Le programme est ensuite exécuté par l’outil de simulation qui va prendre en compte les paramètres géométriques et physiques du dispositif localement, pour simuler les phénomènes physiques en jeu, en incrémentant les variables de proche en proche sous forme itérative et en considérant géométriquement les interactions de maille à maille, afin d’obtenir des résultats réalistes sur une plage donnée de tension.

Les résultats peuvent alors être représentés sous différentes formes :

-caractéristiques électriques aux électrodes (IV, CV, réponse temporelle, en fréquence…),

-cartographies de grandeurs internes au composant (champ électrique, densités de porteurs, diagramme de bandes, etc).