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简单双晶体管热仿真

2025-10-21 21:00:28

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八功率源结构

  • 八功率源结构（Eight Power Source Structure）

    所需模块： DevEdit 3D / Thermal 3D
    最低版本要求： Atlas 5.28.1.R
    结果文件： thermalex02_plot0、thermalex02_plot1

    🌡️ 示例说明

    本示例演示了一个具有 8 个功率源的两层结构的热模拟。
    主要的顺序任务包括：

    1. 在 DevEdit 3D 中定义全部 10 个区域（regions）；
    2. 在 DevEdit 3D 中指定 散热区域（heat sink）；
    3. 将模型导入 Atlas；
    4. 选择合适的 热学模型（thermal models） 与 材料参数（material parameters）；
    5. 求解整个结构的 温度分布（temperature distribution）。

    该示例类似于 Ken Poulton 等人发表的论文
    《Thermal Simulation and Design of a GaAs HBT Sample and Hold Circuit》（GaAs HBT 采样保持电路的热仿真与设计）中描述的器件。
    其器件工艺来源于 R. Nubling 在 1990 年 GaAs IC Symposium 技术文集（第 53–56 页）中的论文。

    🧱 结构定义

    在本例中，结构通过 DevEdit 3D 定义，方法与前一个示例类似。
    最初，使用 DevEdit 3D 的图形模式创建结构；
    生成网格后，从 DevEdit 3D 中保存命令文件，以便在 DeckBuild 中重新创建相同结构。

    ⚙️ 在 Atlas 中的设置与求解

    进入 Atlas 后，

    * 使用 models thermal 语句表明这是一个热分布仿真；
    * 使用 material 语句为结构中8 个产热区域分别设置热功率输出（heat power output）；
    * 将第 10 区域定义为热导率常数为 1.0；
    * 使用 solve t1=300 语句在电极上设定边界温度为 300 K，并在整个结构中自洽求解热传导方程；

    最终得到的 三维温度分布 可在 TonyPlot 3D 中进行可视化。

    ▶️ 运行方法

    在 DeckBuild 中点击 Load 按钮，选择该示例即可加载。
    这将把输入文件及相关支持文件复制到当前工作目录中。
    随后点击 Run 按钮即可执行该示例。

输入文件内容

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# (c) Silvaco Inc., 2019
# 启动 DevEdit 3D 模块，用于建立几何结构与网格。
go devedit

#
# ATLAS 3D Thermal simulation
# 2 layer structure with 8 elements dissipating energy
#

DevEdit version="2.0" library="1.14"
# 建模的工作区大小
work.area left=0 top=0 right=1000 bottom=1000

# SILVACO Library V1.14
# 定义结构各区域，使用默认网格参数
region reg=1 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=10 \
	points="0,0 1000,0 1000,1000 0,1000 0,0"
#
constr.mesh region=1 default

region reg=2 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="500,500 600,500 600,600 500,600 500,500"
#
constr.mesh region=2 default

region reg=3 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="700,280 870,280 870,400 700,400 700,370 830,370 830,310 700,310 700,280"
#
constr.mesh region=3 default

region reg=4 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="100,90 260,90 260,160 100,160 100,90"
#
constr.mesh region=4 default

region reg=5 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="60,790 350,790 350,850 170,850 170,930 60,930 60,790"
#
constr.mesh region=5 default

region reg=6 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="800,50 860,50 860,90 800,90 800,50"
#
constr.mesh region=6 default

region reg=7 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="800,850 920,850 920,870 800,870 800,850"
#
constr.mesh region=7 default

region reg=8 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="800,800 920,800 920,820 800,820 800,800"
#
constr.mesh region=8 default

region reg=9 mat=Silicon color=0xffc000 pattern=0x4 Z1=0 Z2=2 \
	points="800,900 920,900 920,920 800,920 800,900"
#
constr.mesh region=9 default

region reg=10 mat="Silicon Oxide" color=0xff pattern=0x2 Z1=10 Z2=200 \
	points="0,0 1000,0 1000,1000 0,1000 0,0"
#
constr.mesh region=10 default

region reg=11 name=substrate mat=Aluminum elec.id=1 work.func=0 color=0xffc8c8 pattern=0x7 Z1=200 Z2=201 \
	points="0,0 1000,0 1000,1000 0,1000 0,0"
#
constr.mesh region=11 default

# Set Meshing Parameters
# 设置全局网格尺寸上限
base.mesh height=1000000 width=1000000
# 自动平滑边界线，避免网格畸变
bound.cond !apply max.slope=28 max.ratio=300 rnd.unit=0.001 line.straightening=1 align.points when=automatic
# 在 z=0 附近加密网格
imp.refine min.spacing=0.02 z=0
# 控制单元网格质量：角度 ≤90°，尺寸比 ≤300，尺寸范围 0.0001~100。
constr.mesh max.angle=90 max.ratio=300 max.height=100 \
	max.width=100 min.height=0.0001 min.width=0.0001
# 按材料类型定义网格规则，为不同材料类型定义默认的网格约束（半导体、绝缘体、金属等）
constr.mesh type=Semiconductor default
#
constr.mesh type=Insulator default
#
constr.mesh type=Metal default
#
constr.mesh type=Other default
#
constr.mesh region=1 default
#
constr.mesh region=2 default
#
constr.mesh region=3 default
#
constr.mesh region=4 default
#
constr.mesh region=5 default
#
constr.mesh region=6 default
#
constr.mesh region=7 default
#
constr.mesh region=8 default
#
constr.mesh region=9 default
#
constr.mesh region=10 default
#
constr.mesh region=11 default
#
# Perform mesh operations
# 局部加密

refine mode=both x1=26.3157894736842 y1=29.4117647058824 x2=315.789473684211 y2=246.130030959752
refine mode=both x1=755.417956656347 y1=9.28792569659443 x2=896.284829721362 y2=171.826625386997
refine mode=both x1=668.730650154799 y1=210.526315789474 x2=891.640866873065 y2=473.684210526316
refine mode=both x1=450.46439628483 y1=430.340557275542 x2=679.566563467492 y2=613.003095975232
refine mode=both x1=766.25386996904 y1=721.362229102167 x2=961.300309597523 y2=975.232198142415
refine mode=both x1=29.4117647058824 y1=726.006191950464 x2=388.544891640867 y2=973.684210526316

imp.refine min.spacing=0.02 z=0

constr.mesh max.angle=90 max.ratio=300 max.height=100 \
	max.width=100 min.height=0.0001 min.width=0.0001
#
constr.mesh type=Semiconductor default
#
constr.mesh type=Insulator default
#
constr.mesh type=Metal default
#
constr.mesh type=Other default
# Z方向剖分（层厚）
z.plane z=2 spacing=1
# 
z.plane z=10 spacing=2.5
#
z.plane z=200 spacing=40
#
z.plane max.spacing=1000000 max.ratio=100

base.mesh height=1000000 width=1000000

bound.cond !apply max.slope=28 max.ratio=300 rnd.unit=0.001 line.straightening=1 align.Points when=automatic
# 构建 3D 网格
Mesh Mode=MeshBuild

struct outfile=thermalex02.str
# 进入 Atlas 进行热模拟
go atlas
# 载入前面生成的网
mesh infile=thermalex02.str
# 启用热传导模型
models thermal
# 采用默认数值求解方法
method
# 定义发热功率与材料属性
# 区域 1（底层硅）未指定功率，因此为被动层。
material region=1
material region=2 power=1.3
material region=3 power=2.0
material region=4 power=1.5
material region=5 power=1.8
material region=6 power=0.2
material region=7 power=0.3 
material region=8 power=0.4 
material region=9 power=0.3 
material region=10 tc.const=1
# 设置接触电极温度为 300 K（热边界条件），输出求解结果文件
solve t1=300 outf=thermalex02_0.str
tonyplot3d thermalex02_0.str -set thermalex02_0.set
tonyplot3d thermalex02_0.str -set thermalex02_1.set

quit

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模拟结果
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Tags: Silvaco TCAD
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