現(xiàn)代電子工業(yè)飛速發(fā)展，極大地改善了人們的生產(chǎn)和生活。半導(dǎo)體器件的持續(xù)改進、完善以及不斷涌現(xiàn)的新器件促使電子工業(yè)加速發(fā)展，但激烈的競爭也讓半導(dǎo)體行業(yè)倍感壓力。由于技術(shù)更新快，設(shè)備和原材料的投入相當巨大，現(xiàn)在建立一條生產(chǎn)線動輒要數(shù)億美元。對高技術(shù)人才的需求也是前所未有的。
　　對于半導(dǎo)體行業(yè)來說，時間是成本的一大組成，如何更早地將產(chǎn)品推向市場，是決定生存和發(fā)展的關(guān)鍵。如何縮短開發(fā)周期，以更低成本將產(chǎn)品推向市場呢？人們急切需要一種快速而有效的設(shè)計工具。得益于固體物理和半導(dǎo)體物理這些基礎(chǔ)理論的成熟、經(jīng)驗數(shù)據(jù)的積累以及優(yōu)化算法的發(fā)展，在半導(dǎo)體領(lǐng)域逐步開發(fā)出計算機仿真的方法，基于TCAD軟件的計算機輔助設(shè)計進入了人們的視野，且由于計算機功能的增強，建立工作站的成本持續(xù)降低，使得TCAD軟件得以快速發(fā)展。
　　經(jīng)過二十多年的發(fā)展，來自硅谷的Silvaco公司的產(chǎn)品在TCAD、參數(shù)提取、互連建模、模擬、數(shù)字和射頻電路設(shè)計等半導(dǎo)體仿真設(shè)計領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。其中TCAD可以仿真半導(dǎo)體器件的電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)行為，分析二維或三維器件的直流、交流和時域響應(yīng)以及光電、電光轉(zhuǎn)換等特性，研究器件在電路中的行為，分析離子注入、擴散、氧化、刻蝕、淀積、光刻、外延、拋光和硅化物等工藝和工藝變動對器件特性的影響。Silvaco TCAD功能非常全、易學(xué)易用，運算速度快，具有豐富的擴展功能，可有效應(yīng)用于半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝設(shè)計，并已成為半導(dǎo)體工藝和器件仿真領(lǐng)域的主要產(chǎn)品。
　　本書共5章。第1章主要介紹TCAD的基本概念、Silvaco TCAD的特點、語法格式和集成環(huán)境Deckbuild的命令，為Silvaco TCAD學(xué)習(xí)和使用打下堅實基礎(chǔ)。第2章主要介紹二維工藝仿真器ATHENA的使用，對各個單項工藝的仿真有詳細的說明，最后介紹了優(yōu)化工具的使用。第3章主要介紹二維器件仿真器ATLAS的使用，從器件結(jié)構(gòu)生成、材料參數(shù)定義、物理模型定義、計算方法、特性獲取到結(jié)果分析的仿真流程及常見的器件功能仿真都有詳細講解。第4章主要介紹器件電路混合仿真的使用，以電路瞬態(tài)響應(yīng)的仿真為重點，展開電路網(wǎng)表的描述、控制和電路分析狀態(tài)、器件狀態(tài)的詳細講解。第5章主要是一些高級功能的介紹，它們是用C注釋器編輯的函數(shù)文件來描述材料參數(shù)、自定義材料、工藝校準、實驗設(shè)計和優(yōu)化功能。書中每個章節(jié)都提供了大量的示例來加強對仿真的理解和學(xué)習(xí)，全書示例總數(shù)超過290個。為了便于讀者更直觀地理解和掌握仿真技能，作者精心為本書配備了光盤，其中包括書中能實現(xiàn)完整仿真功能的示例、各章節(jié)的主要彩圖、仿真軟件的介紹材料和用戶手冊、作者授課時制作的PPT等資料。
在2009年本書還只是在校學(xué)習(xí)交流的小冊子，畢業(yè)后作者加入半導(dǎo)體器件研發(fā)企業(yè)，因此更能兼顧不同讀者群的需求，也以此目的完善書中的內(nèi)容和材料。幾年來在老師、同學(xué)、領(lǐng)導(dǎo)和同事那里獲得了非常多的幫助和啟發(fā)，特別是株洲南車時代電氣股份有限公司和電力電子器件湖南省重點實驗室的領(lǐng)導(dǎo)和同事的支持和鼓勵，使作者的認識水平不斷加深，也促使書稿內(nèi)容不斷豐富和完善，作者非常感激他們，同時也真切地希望將所積累的經(jīng)驗和各位讀者一起分享�；�于此，本書的特點是由淺入深，循序漸進，關(guān)注語法的學(xué)習(xí)，注重引導(dǎo)和啟發(fā)，講解既包括整體方案和流程控制，又能深入到每一步細節(jié)。希望本書能帶領(lǐng)各位讀者進入TCAD仿真的殿堂，體驗到半導(dǎo)體工藝和器件仿真的樂趣。
　　本書可以作為本科高年級和研究生的教材�？蒲泄ぷ髡咭部梢源藶閰⒖脊ぞ撸�在器件和工藝的設(shè)計及驗證上獲得些許幫助。
　　感謝四川大學(xué)石瑞英教授和龔敏教授對作者的悉心教導(dǎo)，指引作者進入半導(dǎo)體工藝和器件仿真領(lǐng)域； 感謝楊治美老師對全書做了認真仔細的校對以及提供部分習(xí)題； 感謝株洲南車時代電氣股份有限公司張明專家對書中內(nèi)容編排和素材選取方面的指導(dǎo)。
　　謹以此書獻給我辛勤勞作的父母，正是他們不言的教誨，使我一步步成長到今天。祝他們永遠健康！快樂！幸福！
　　限于作者的水平，不足之處在所難免，敬請廣大讀者和用戶批評指正。


　　編者2014年1月