📚 课程目录第2章 Sentaurus Workbench基础操作

2. Sentaurus Workbench基础操作

Sentaurus Workbench（SWB）是TCAD仿真流程的“实验管理中枢”。它本身不求解器件方程，而是把Sentaurus Process、Sentaurus Device、Sentaurus Structure Editor等工具组织成一条可参数化、可批量执行、可追溯的实验流水线。理解SWB的关键，不是记住菜单在哪，而是理解它如何用“项目—节点—变量—实验”四层结构，把一次仿真变成一组可管理的实验。

项目创建：从模板到可运行工程

启动SWB后，通过 File → New Project 创建项目，指定项目名与存储路径。SWB会生成一个项目目录，其中包含 project.conf、nodes/、tools/ 等结构。更常用的方式是从模板创建：File → New Project from Template，选择如 MOSFET、Diode 等示例，模板已预置工具链和变量，适合快速起步。

项目创建后，需要配置工具链。在 Project → Tools 中按顺序添加工具，例如：sprocess（工艺仿真）→ sde（结构编辑）→ sdevice（器件仿真）→ svisual（可视化）。每个工具对应一个输入文件，如 sprocess_fps.cmd、sdevice_des.cmd。工具链的顺序决定了数据流方向：前一个工具的输出结构文件（如 .tdr）作为后一个工具的输入。

节点与变量管理：实验空间的骨架

SWB中的“节点”代表一个具体的仿真实验。每个节点拥有独立的变量取值组合。变量在 Project → Variables 中定义，例如定义 Vd（漏电压）和 Lg（栅长），并给出取值列表。SWB会自动生成所有变量组合对应的节点，形成实验矩阵。

变量分为两类：项目变量（全局，所有节点共享）和节点变量（局部，仅当前节点有效）。在输入文件中，变量以 @变量名@ 形式引用，例如 Vd = @Vd@。SWB在运行时将 @Vd@ 替换为节点实际取值。这种“模板+变量”机制，使得同一份输入文件可以驱动成百上千个实验。

建议变量命名使用有物理意义的名称，如 Vg、Nd、Tox，避免 var1、var2。变量取值列表支持离散值、范围值和表达式，例如 1 2 3 或 0.1:0.1:1.0。

实验设计：从单点仿真到参数扫描

实验设计的核心是确定“扫什么、扫多少、怎么扫”。在SWB中，通过变量取值列表实现参数扫描。例如，要研究漏电压对击穿特性的影响，定义 Vd 取 0 1 2 3 4 5，SWB生成6个节点，每个节点独立运行完整工具链。

对于更复杂的实验设计，可以使用 Experiment → Design of Experiments，选择全因子、部分因子或拉丁超立方等策略。全因子适合变量少、取值少的情况；部分因子适合变量多、需要筛选主效应的场景。SWB会自动生成实验表，并标注每个节点的变量组合。

节点管理还包括：节点复制（复制已有节点并修改变量）、节点删除、节点分组（按变量或状态分组）。在 Nodes 视图中，每个节点显示状态图标：灰色未运行、绿色成功、红色失败、黄色运行中。右键节点可执行 Run、Clean、Abort 等操作。

结果可视化：从数据到洞察

SWB的结果可视化分为两个层次：节点级和项目级。节点级通过 svisual 打开单个节点的结构文件或曲线文件，查看掺杂分布、电场分布、I-V曲线等。项目级通过 Project → Plot 或 SWB Plot，将多个节点的同一物理量绘制在同一张图上，便于对比。

例如，完成 Vd 扫描后，在 Plot 中选择 Id-Vg 曲线，SWB会自动提取所有节点的曲线并叠加显示。通过颜色区分不同 Vd 值，可以直观看到漏电压对亚阈值特性的影响。对于击穿分析，可以提取 Id-Vd 曲线，观察击穿电压随 Vd 的变化趋势。

SWB还支持将结果导出为CSV或TDR格式，便于后续用Python或Excel做统计分析。在 Project → Export 中，可以选择导出变量表、节点状态、曲线数据等。

命令行与GUI协同使用

SWB的GUI适合交互式配置和结果查看，而命令行适合批量执行和自动化。两者共享同一项目目录，可以无缝切换。

常用命令行操作包括：

swb -run project.conf          # 运行整个项目
swb -run -nodes 1,2,3          # 仅运行指定节点
swb -clean project.conf        # 清理所有节点结果
swb -status project.conf       # 查看节点状态
swb -export project.conf       # 导出结果数据

在GUI中配置好项目和变量后，可以在终端中执行 swb -run 批量运行，尤其适合提交到计算集群。运行完成后，回到GUI刷新节点状态，再用 Plot 查看结果。这种“GUI配置 + CLI执行 + GUI分析”的协同模式，是SWB高效使用的核心。

注意：命令行运行前确保项目目录下没有残留的锁文件（如 .lock），否则可能导致运行冲突。若在集群上运行，需确认 project.conf 中的工具路径与集群环境一致。

实操示例：MOSFET漏电压扫描

以NMOS器件为例，创建项目后定义变量 Vd 取 0.1 0.5 1.0 2.0 3.0，Vg 取 0 0.5 1.0 1.5 2.0。SWB生成25个节点。在 sdevice_des.cmd 中设置 Vd = @Vd@，Vg = @Vg@。运行后，在 Plot 中选择 Id-Vg 曲线，按 Vd 分组显示，可以观察到：随着 Vd 增大，亚阈值斜率基本不变，但漏电流整体上移，且饱和区电流增大。若某节点失败，检查日志中的 Error 行，常见原因包括变量取值超出模型范围、网格不收敛等。

通过这一完整流程，读者应能独立完成：创建项目、定义变量、生成节点、运行实验、对比结果、排查失败节点。SWB的价值不在于单次仿真，而在于把“一次仿真”变成“一组可管理的实验”，让参数扫描和结果对比变得系统化、可追溯。