半导体仿真

本板块聚焦 **半导体器件与芯片的仿真分析**（TCAD方向），按知识体系组织学习内容。

学习目标

掌握从器件物理到芯片热分析的完整仿真链条：电学基础 → 热学 → 力学 → 材料 → 量子效应 → 数值方法 → 工艺制程 → 可靠性 → 多物理场耦合 → 电路集成。

六大主干学科

  • 电学：半导体物理、PN结、MOS器件物理、漂移-扩散方程、载流子输运、IV特性

  • 热学：稳态/瞬态热传导、焦耳热、界面热阻、非傅里叶导热、结温计算

  • 量子力学：量子隧穿、量子限制效应、载流子有效质量、隧穿电流

  • 固体力学应用：热应力、翘曲、FinFET多层薄膜热失配、封装力学

  • 半导体材料：硅/高k栅介质/金属栅/外延层的热导率、电阻率、弹性模量、热膨胀系数

  • 数值方法应用：漂移-扩散离散、耦合求解、FinFET网格、迭代收敛、并行计算

四门配套核心学科

  • 半导体工艺制程学：光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入、退火、CMP（对接PDK）

  • 可靠性物理：NBTI/PBTI、HCI、EM、TDDB、热加速老化

  • 多物理场耦合理论：电↔热↔力双向耦合迭代算法

  • 集成电路基础：CMOS开关行为、动态/静态功耗

五门扩展学科

  • 模型校准与参数提取：对标实测IV曲线调参

  • SPICE与电路仿真：器件级→电路级（混合模式）

  • 光电子学：光学产生、LED、量子阱

  • 封装与互连技术：芯片→封装界面热阻、先进封装

  • 表征与测试技术：IV/CV测试、热阻测试

三门前沿拓展（适配MoS₂二维器件、GAA研究）

  • 低维材料物理：二维范德华材料（MoS₂）声子输运、界面热阻

  • 介观输运理论：纳米尺度傅里叶定律失效、声子玻尔兹曼输运方程（PBTE）

  • 封装热设计：芯片→焊料→基板→散热器级联热阻、芯片级→系统级扩展

闭环收尾（从单颗FinFET到整机芯片）

  • 集成电路版图与后端互连工艺：版图决定热点分布，BEOL互连决定热量传输路径与EM寿命瓶颈

国产对标（行业扫描）

  • 国产对标分析：器件级(Mozz Device)/单元库级(Mozz RC+紧凑模型)/全芯片Die级(北大ATSim、芯和Boreas)/封装系统级(ATSim3.5D)——对照Synopsys Sentaurus与RedHawk-SC

备注

完整知识体系闭环：半导体物理 + 器件电学 + 传热学（含非傅里叶） + 固体热应力力学 + 材料热物性 + 量子修正 + 数值方法(FEM/FVM) + 半导体工艺 + 可靠性物理(NBTI/EM/TDDB) + 集成电路版图与后端 互连工艺——覆盖从单颗FinFET到整机芯片的全套电热仿真理论基础。

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