Silvaco TCAD｜ silvaco网格类型及Remesh介绍

在Silvaco TCAD仿真流程中，通过Victory Process完成器件工艺仿真生成三维器件结构后，需基于Victory Mesh工具执行网格重构优化（Remeshing），Victory Mesh可从工艺仿真结构中生成合适的网格用于后续器件仿真。将工艺仿真软件Victory Process产生的结果输入Victory Mesh，经网格优化后，再输入器件仿真软件Victory Device。这是衔接工艺仿真与器件电学特性分析的关键步骤。可在保证界面几何精度的前提下，将全局网格量减少。

Victorymesh有着基于轴对齐的矩形的网格REGULAR和基于笛卡尔的半结构化采样的Conformal网格划分方式以及基于非结构化采样的Delaunay网格划分方式。

REGULAR网格通过平面相交形成矩形（2D）/立方体（3D）区块，是最基础的网格。

REGULAR网格示意图

Conformal 网格通过REMESH CONFORMAL命令激活。通过建立基础笛卡尔网格体系，网格平面相交形成空间区块，这些元素不受限于坐标轴方向，具有灵活性，能更准确地拟合任意形状的边界，能更精确地表示曲面几何结构。适合处理高曲率结构（MEMS 传感器、光电器件）或者高长宽比结构（Finfet GaaFet）。

Conformal网格示意图

Delaunay网格通过REMESH DELAUNAY命令激活，其特点在于与之前介绍的Conformal 网格不同，Delaunay网格对输入几何形状的采样不受笛卡尔网格控制。这使得它能提供一种完全通用的网格划分方案，适用于极其广泛的输入几何形状。支持局部细化可以针对特定区域进行更精细的网格划分，从而进一步提升仿真的收敛速度和精度。

Delaunay网格示意图

在实际操作当中我们需要不同的需求有针对性的去选择网格，没有一种网格是百试百灵的，需要因地制宜。我们可以根据实际的需要对全局/PN结交界/电场急剧变化/界面交界处去做加密

例子如下

GO victorymesh REMESH delaunay

REFINE max.distance=0.001 regions="*"

REFINE max.size=0.1 regions="*"

regions="*" 表示 全局应用当前网格规则

强制节点间距 ≤0.001 μm（避免局部稀疏）。

全局网格单元尺寸 ≤0.1 μm（控制基础密度）

得到基础网格如下

 

物理现象的某些区域，如场强变化迅速或者有显著的梯度，简单的网格划分可能无法精确捕捉这些变化，从而引入较大的数值误差。所以并不是网格越稀疏越容易收敛，通过增加这些区域的网格密度，可以更细致地捕捉这些快速变化，有效降低局部的数值误差。因此需要考虑对边界网格做细化。

REFINE max.interface.size=0.01

 

但是这段只会自动作用在硅与二氧化硅交界，从 Poly/Oxide 界面开始，向 Si 衬底方向梯度加密（扩展距离=3×基础网格尺寸）

我们还需要对

REFINE max.interface.size=0.01 interface.regions="material:aluminum"

指定界面加密

也可以通过REFINE max.interface.size=0.01 interface.regions="material:aluminum, polysilicon"

同时实现两个界面的加密

 

相似的，victorymesh还定义了加密PN结交界的代码

REFINE max.junction.size=0.01 max.junction.distance=0.05 max.junction.distance.size=0.05 regions="*" grading="sqrt2"

设置PN结处的网格尺寸≤0.01um 从结区向外扩展0.05um 扩展终点网格尺寸增加到0.05um 按二次函数渐变网格尺寸

适用场景:

1. 二极管雪崩击穿：在耗尽区边缘加密网格，精确模拟高电场引发的碰撞电离效应。

2. MOSFET源/漏结优化：提升漏电流和阈值电压的计算精度。

3. 太阳能电池效率分析：优化pn结附近的载流子收集效率。

 

 

界面加密可在保证精度的同时减少网格量，避免全局加密的资源消耗。

根据电场梯度加密网格

REFINE impurity="electricfield" max.impurity.gradient=200 min.impurity.size="0.05"

当相邻网格节点的电场强度变化率超过200V/um时，细化网格,设置细化后的网格最小单元尺寸为0.05um

适用场景:

1. 雪崩击穿分析（如二极管、功率MOSFET）： 在耗尽区边缘加密网格，精确模拟高电场引发的碰撞电离效应。

2. 热载流子注入（如纳米级MOSFET）： 沟道高电场区的网格加密，准确表征载流子能量分布。

3. 器件可靠性仿真（如TDDB、HCI退化）： 氧化层或界面附近的高电场梯度区域需高分辨率网格。

参考文献

Silvaco TCAD Manual (2024), Chapter 9: Device RemeshingChew,

L. P. (1989). Constrained Delaunay Triangulations. Algorithmica