TCAD之发展,伴随着半导体器件和集成电路技术之潮,可谓同样人才辈出、成果斐然。此处以流水帐的方式简单介绍一下TCAD江湖的历史脉络,以作为《R&D工程师的神器-TCAD》的补充。

先说器件仿真,早在1964年,Hermann Gummel(BJT的Gummel-Poon模型中的那个Gummel)就发布了BJT的一维数值计算方法。1970年代,有限元法被引Barnes等 人引入半导体器件仿真。随后,Stanford大学推出二维器件仿真器SEDAN,维也纳科技大学(TU Vienna)推出二维器件仿真器MINIMOS。1980年代,Stanford大学又推出了二维器件仿真器PISCES-I和PISCES-II,后者由Stanford大学Robert Dutton教授主持的公司TMA商业化,另外两家公司Avant!和Silvaco基于PISCES-II推出了自己的商业化二维器件仿真器MEDICI和ATLAS。1980年代末至1990年代初,维也纳科技大学推出三维器件模拟器MINIMOS-5,MINOMOS-6。Texas Instruments推出三维器件模拟器SIERRA,Stanford大学的TMA基于SIERRA推出三维器件模拟器DAVINCI。另外一边,意大利的Bologna大学、瑞士的苏黎士联邦理工学院ETH Zürich、Bosch公司、意法半导体(ST Microelectronics)合作推出器件仿真器DESSIS,并成立一家新公司ISE接管TCAD产品。1998年TMA被Avant!收购,2001年Avant!被Synopsys收购,2004年ISE被Synopsys收购。自此,器件仿真器市场主要由Synopsys和Silvaco两大公司占领,前者处于垄断地位,而成立于加拿大的另一家公司Crosslight虽然市场占比较小,但在光电子器件领域有其自身特色。

如前所述,Synopsys由于收购多家TCAD公司,旗下仿真器略显混乱,有出自Avant!的二维仿真器MEDICI,覆盖一维到三维的仿真器TAURUS DEVICE,出自TMA的三维仿真器DAVINCI,以及基于ISE DESSIS的Sentaurus Device。不过总体而言,Synopsysy旗下应用最普遍的是二维仿真器MEDICI和支持二维、三维的仿真器Sentaurus Device,个人用户只要针对自己的应用范畴选择即可,企业用户不必理会服务器中众多的安装包和license,重点使用此二者即可。Silvaco旗下应用最广泛的是二维仿真器Atlas和三维仿真器Victory Device。

另外,维也纳科技大学的MINIMOS仍在继续发展。佛罗里达大学的Mark Law教授(读研究生时是Stanford大学TCAD团队的主要作者)也开发了自己的器件仿真器FLOODS。毕业于中国科技大学的青年学者贡顶开发出二维器件仿真器GSS,GeniEDA Corp基于GSS又开发了开源三维仿真器GENIUS 3D。随着更先进的器件结构如FINFET、量子阱器件、纳米线器件等的研发与应用,器件仿真器亦沿着摩尔定律的脚步不断发展以满足业界需求。

由于篇幅和见识所限,未能尽述历史之种种。下一篇谈谈工艺仿真器,并推荐一些读物以供爱好者深入学习。