3. Sentaurus SDEVICE物理模型命令结构

在 Sentaurus Device（SDEVICE）中，物理模型并不是“全局打开”的，而是通过一套分层命令结构，把模型绑定到具体的材料、区域和电极上。理解这套结构，是后续模型选择与参数校准的前提。本节围绕四个核心对象展开：Physics 模块决定“启用哪些物理效应”，Material 语句决定“在哪种材料中生效”，Region 与 Electrode 定义决定“在哪个空间位置和边界上生效”，而模型开关与参数覆盖则决定“用默认值还是自定义值”。

一、Physics 模块：物理效应的总入口

Physics 模块是 SDEVICE 命令文件（通常为 _sdevice.cmd 或 sdevice_des.cmd）中承载物理模型的主块。它的基本形式是：

Physics {
  Mobility( DopingDependence HighFieldSaturation )
  Recombination( SRH Auger )
  EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom )
  Fermi
}

这里每一行括号内的关键字就是一个模型开关。例如 Mobility 控制迁移率模型，Recombination 控制复合模型，Fermi 表示启用费米-狄拉克统计。需要强调的是：Physics 模块中写下的模型，默认作用于所有材料、所有区域，除非后续用 Material 或 Region 语句进行局部覆盖。因此，Physics 模块可以理解为“全局默认层”。

二、Material 语句：按材料细化模型

不同材料的物理行为差异很大。硅中常用的 SRH 复合在宽禁带材料中可能不足以描述泄漏电流，因此 SDEVICE 允许用 Material 语句对特定材料单独设置模型：

Material = "Silicon" {
  Mobility( DopingDependence HighFieldSaturation Enormal )
  Recombination( SRH Auger )
}

Material = "SiO2" {
  Recombination( SRH )
}

Material 语句的优先级高于 Physics 全局设置。也就是说，如果 Physics 中启用了 Mobility(HighFieldSaturation)，而在 Material="Silicon" 中只写了 Mobility(DopingDependence)，那么硅区域最终生效的是后者——Material 层会覆盖 Physics 层。这一点在校准中非常关键：很多“模型没生效”的问题，其实是 Material 语句把全局设置覆盖掉了。

三、Region 与 Electrode 定义：空间与边界的绑定

Region 语句用于把模型绑定到具体几何区域。它通常与 Sentaurus Structure Editor 或 Mesh 生成的区域名对应：

Region = "channel" {
  Physics( Mobility( HighFieldSaturation ) )
}

Region = "substrate" {
  Physics( Recombination( SRH ) )
}

Electrode 定义则处理边界条件与接触模型。电极不仅是电压施加点，还决定了边界处的载流子注入方式：

Electrode = "gate" {
  Voltage = 0.0
  WorkFunction = 4.17
}

Electrode = "drain" {
  Voltage = 1.0
}

在 MOS 器件中，WorkFunction 直接影响阈值电压；在欧姆接触中，则需要配合 Barrier 或 Schottky 模型。Electrode 语句的优先级最高，因为它直接作用于边界节点。

四、模型开关与参数覆盖方式

SDEVICE 的模型开关有两种写法：括号式和参数式。括号式只启用模型，参数式则同时覆盖默认参数：

Physics {
  Mobility( DopingDependence HighFieldSaturation )
  Recombination( SRH( TAU = 1e-6 ) Auger )
}

这里 TAU = 1e-6 就是参数覆盖，把 SRH 寿命从默认值改为 1 μs。参数覆盖遵循“就近原则”：Region 覆盖 Material，Material 覆盖 Physics，Electrode 覆盖所有。如果同一层级内重复设置，后出现的语句生效。

五、命令结构的分层关系图

下图把 Physics、Material、Region、Electrode 四层结构及其覆盖方向可视化，帮助快速定位模型最终生效的位置。

从图中可以看出，模型最终是否生效，取决于它在哪一层被最后覆盖。实际校准中，建议先确认 Physics 全局设置，再逐层检查 Material、Region 和 Electrode 是否有覆盖语句。如果发现某个模型“没起作用”，优先排查是否存在更高优先级的覆盖。

六、一个完整的命令片段示例

下面给出一个 MOS 器件中常见的物理模型配置片段，展示四层结构如何协同工作：

Physics {
  Mobility( DopingDependence HighFieldSaturation )
  Recombination( SRH Auger )
  EffectiveIntrinsicDensity( OldSlotboom )
}

Material = "Silicon" {
  Mobility( Enormal )
  Recombination( SRH( TAU = 1e-6 ) )
}

Region = "channel" {
  Physics( Mobility( HighFieldSaturation ) )
}

Electrode = "gate" {
  Voltage = 0.0
  WorkFunction = 4.17
}

Electrode = "drain" {
  Voltage = 1.0
}

在这个例子中，硅材料最终生效的迁移率模型是 DopingDependence + HighFieldSaturation + Enormal，因为 Material 层补充了 Enormal；而沟道区域又额外启用了 HighFieldSaturation，与全局设置一致。SRH 寿命被覆盖为 1 μs，仅作用于硅材料。栅极功函数 4.17 eV 则直接决定接触特性。

掌握这套分层结构后，后续的模型选择与参数校准就有了明确的“落点”：先确定物理效应，再确定材料，再确定区域和电极，最后用参数覆盖微调。这样既能避免模型冲突，也能让校准过程可追溯、可复现。