本书以半导体工艺和器件的仿真为主线，按照由简入繁、由低及高的原则循序深入，从仿真的数理基础及对TCAD/WebTCAD的认识出发、以半导体工艺基础及器件基础为知识储备，引出对基于WebTCAD 的二维工艺仿真及二维器件仿真的详细介绍，并在此基础上介绍WebTCAD的实例库及具体应用，从而达到能熟练使用WebTCAD来进行半导体工艺和器件仿真的目的。本书主要内容包括仿真基础、仿真原理、TCAD/WebTCAD介绍、半导体工艺基础、半导体器件基础、基于WebTCAD 的二维工艺仿真、基于WebTCAD 的二维器件仿真，以及WebTCAD仿真实例等。

王刚，博士，讲师，硕士生导师，贵州师范大学物理与电子科学学院、贵州师范大学集成电路研究院教师，贵州师范大学人工智能系副主任，主要研究方向包括集成电路、微纳器件、微纳米机器人等，现主持国家自然科学基金地区项目 1 项、贵州省自然科学基金1 项、贵州师范大学博士启动基金项目1项，曾参与国家自然科学基金重大研究计划项目、北京市自然科学基金重点研究专题项目等项目 2 项。在 Applied Physics Letters、Advanced Intelligent Systems 等期刊上发表SCI 论文 10 余篇，获授权国家发明专利 1 项，担任 International Journal of Modern Physics B、Modern Physics Letters B 等学术期刊审稿人，完成本科生《半导体制备技术及工艺》、研究生《高等数值分析》等4门课程教学。

目 录

第1章 TCAD仿真概述 1
1.1 TCAD 1
1.1.1 半导体技术概况 1
1.1.2 TCAD仿真工具概况 2
1.1.3 TCAD仿真工具发展概况 3
1.2 Cogenda WebTCAD 4
1.2.1 珂晶达（Cogenda）公司简介 4
1.2.2 Cogenda WebTCAD概况 5
第2章 半导体数值仿真基础 6
2.1 有限体积法 6
2.1.1 有限体积法基本原理 6
2.1.2 有限体积法基本思路 7
2.2 网格划分 8
2.2.1 网格划分简介 8
2.2.2 网格划分分类 9
2.2.3 3D网格划分 10
2.2.4 网格无关性 11
2.3 TCAD物理模型 11
2.3.1 漂移扩散模型 11
2.3.2 改进的漂移扩散模型 12
2.3.3 能量平衡模型 13
2.3.4 密度梯度模型 14
2.3.5 带状结构模型 15
2.4 边界条件 17
2.5 求解 18
第3章 半导体工艺基础 20
3.1 半导体工艺概况 20
3.2 单项制备工艺 21
3.2.1 扩散 21
3.2.2 离子注入 25
3.2.3 氧化 28
3.2.4 光刻 31
3.2.5 刻蚀 38
3.2.6 沉积 41
第4章 半导体器件基础 46
4.1 能带理论与场效应原理 46
4.1.1 能带理论 46
4.1.2 场效应原理 47
4.2 常用半导体器件 48
4.2.1 PN结 48
4.2.2 PN结二极管 54
4.2.3 双极型晶体管（BJT） 58
4.2.4 金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET） 63
第5章 WebTCAD二维工艺仿真 68
5.1 WebTCAD二维工艺仿真介绍 68
5.1.1 Cogenda WebTCAD二维工艺仿真介绍 69
5.1.2 Genes仿真器介绍 71
5.2 WebTCAD单项工艺仿真 71
5.2.1 离子注入 71
5.2.2 扩散 73
5.2.3 沉积 75
5.2.4 光刻 77
5.2.5 刻蚀 79
5.2.6 外延 82
5.2.7 浅槽隔离（STI） 84
第6章 WebTCAD二维器件仿真 86
6.1 二维器件仿真介绍 86
6.2 Cogenda WebTCAD二维器件仿真介绍 87
6.2.1 Genius仿真器介绍 87
6.2.2 器件结构及输入/输出 87
6.2.3 输出和探测 94
6.3 WebTCAD二维器件仿真流程 96
6.4 WebTCAD二维器件仿真结果分析 109
6.4.1 直流特性 110
6.4.2 仿真结果查看 110
第7章 WebTCAD仿真实例 121
7.1 NPN型BJT仿真 121
7.2 部分耗尽型SOI P-MOSFET仿真 171
参考文献 222