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、LumericalSolutions公司背景介绍2、FDTDSolutions软件介绍3、FDTDSolutions软件应用范围4、FDTDSolutions应用实例库2一：公司背景介绍1、公司介绍•FDTDSolutions软件由加拿大LumericalSolutions公司出品。该公司成立于2003年，总部位于加拿大温哥华。用户用该公司软件已发表大量高影响因子论文，并被许多国际著名大公司和学术团队所使用•FDTDSolutions：基于矢量3维麦克斯维方程求解，采用时域有限差分FDTD法将空间网格化，时间上一步步计算，从时间域信号中获得宽波段的稳态连续波结果，独有的材料模型可以在宽波段内精确描述材料的色散特性，内嵌高速、高性能计算引擎，能一次计算获得宽波段多波长结果，能模拟任意3维形状，提供精确的色散材料模型3二：FDTDSolutions软件介绍—特点2、软件特点：•该软件用于下一代光子学产品的精确、多功能、高性能仿真设计-精确严格求解3维矢量麦克斯韦方程-是学术界尖端研究和工业界产品开发-易学易用的设计工具-及时地充分利用高性能计算技术•该软件可解决具有挑战性关键设计的技术-能高效准确地模拟色散材料的难题-独有的多系数材料模型-为准确描述色散材料的性质提供了理想的工具4软件介绍—特点-获得纳米器件设计精确结果需要长时间的难题-及时地充分利用现代计算技术的硬件-提供需要最少代价的最新网格化技术-可解决具有挑战性关键设计的技术•多系数材料模型极大地提高了计算结果的精度-Lumerical公司独用的技术“多系数材料模型(MCMs)”-提供比前述罗伦次-杜德模型超好的拟合-软件给出拟合曲线和拟合误差-自动拟合材料色散数据-用户可以设定系数个数、拟合允差和波长范围-用户可自行导入自己的材料或选择内置材料库中的材料5软件介绍—特点•高性能计算技术-高速计算引擎-优化的源代码-并行计算充分利用多核计算机系统的高性能-CPU使用的最大化-支持常用的各种操作系统-软件授权许可证与硬件、操作系统无关；-避免不必要的计算-提供各种边界条件-优化的集成设计-高级网格化技术6软件介绍—特点•业界最高级的网格划分-均匀网格-自动优化的渐变网格-根据需要提高网格分辨率-共型网格：通过非常复杂的描述麦克斯维旋度方程技术减少需要精确分辨材料边界（如曲面、薄膜层）的超细网格7三：FDTDSolutions软件应用范围1、应用范围：8四：FDTDSolutions软件应用实例库1、FDTDSolutions应用实例库•CMOS图像传感器像素设计•深紫外线（DUV）光刻仿真•DVD表面分析•LED光提取•纳米粒子散射•纳米线栅偏振器•光子晶体VCSEL•SPR纳米光刻•薄膜太阳能器件•波导微腔9实例一：CMOS图像传感器像素设计1、CMOS图像传感器像素光效率和光学相声优化使用时域有限差分算法解决方案•CMOS图像传感器的成本数码相机系统被减少通过使用较小的像素尺寸。理想的情况是,减少对CMOS图像传感器像素大小可以得到改善图像分辨率、无明显减低噪音信号。作为图像传感器像素尺寸持续减少,有风险的降低光学效率,以及增加光学相声相邻像素图像传感器。这些效应可以减轻通过合适的像素设计和放置透镜以上每一个二极管重定向和集中照射到主动探测器地区。10图像传感器像素设计•第一步：构建有限差分方案模型的CMOS图像传感器微透镜阵列像素布局编辑显示三维布局的CMOS图像传感器微透镜阵列。每一个图像传感器像素模型包括彩色滤镜,解透镜、金属互连有光盾以上硅活跃的地区和基材。每个像素由四个sub-pixels从中我们可以看到下面的图表:两个绿色、红色和蓝色的。比较模拟性能的理想化设备相对的装置,就能制造的——在这儿,把表面粗糙度测量通过原子力显微镜的测量——可以帮助找出在设计和生产过程的设备性能改善的好处。11图像传感器像素设计•第二步:提高你的理解CMOS图像传感器像素性能和设计挑战,以研究它如何运作可以洞察散射光的来源在CMOS图像传感器,使用内置电影监视器捕获了时域有限差分算法解决方案领域的动力学仿真正确设计的图像传感器像素微透镜聚焦光与金属互连,避免不必要的散射和相声最大化的同时,使探测器效率。能够看清设备性能帮助设计人员了解光散射的起源破坏设备性能。14图像传感器像素设计•第三步:优化角度回应的CMOS图像传感器和测量主要射线角度:增加光学效率、降低光谱光相声测量光谱光相声,向下的功率流在邻近的sub-pixels可以计算,结合矢量。光谱光相声一般产生最小光学效率最大化,但在陡峭的角度入射高浓度的相声观察到,在某种程度上,不可避免的。更复杂的装置设计,由其他的像素元素(如互连)也改变时,可以提供一种方法,可以减少整体相声水平。通过检测断面以上的数据,它是简单的,以确定哪些转变必须优化光学效率。测量光学效率(即传输到活跃的地区潜在的绿色像素显示为一个10度入射角、转移需要大约350纳米,当入射角的增加到30度变化,接近1微米是必要的。最初,一个好的设计可以实现假定CRA等于入射角用于分析。一个较为完整的分析将影响该数据可能由于入射光锥不需要一个运行模拟。15图像传感器像素设计•第四步:点扩展函数计算通过时域有限差分算法解CMOS影像感测器相声可表征空间光通过点扩展函数——多少接收信号量化模糊通过CMOS成像系统。在这些模拟中,我们照个中心象素(包括四个sub-pixels——两个,一个红色、绿色和蓝色)与绿色光的波长550纳米通过镜头系统数值孔径为0.25。由于不完美的滤色片,finite-sized入射光thescattering折射、绕射内同时进行图像传感器像素,来料绿色的光照亮的矽光电二极体上方的照亮象素,相邻像素。figurebelow向下的显示能力在矽基板上的焊剂在像素所示。当接收的信号是最亮的在过去的两个中间的绿sub-pixels残余信号观测,照亮sub-pixels红色、蓝色、绿色sub-pixels附近。18图像传感器像素设计在活跃的地区整合下面每个像素区域,它是简单的计算装置反应。图左边表明,正如人们所预料的那样,两个主要绿色sub-pixels表明大量的入射光。下一个最大的信号记录在相邻的绿色sub-pixels。最后,有一种非常轻微的信号记录在附近的红色和蓝色的sub-pixels由于额外的吸收,发生在红色和蓝色过滤器的事件绿灯。潜在的像素结构的不对称性导致一种不对称点扩展函数。19实例二：深紫外线（DUV）光刻仿真1、DUV光刻仿真的空中图像使用时域有限差分算法解决方案•要求更小、更快、更低的功率半导体器件持续不断地推动改善光学光刻技术。目前高数值孔径(南)曝光工具结合分辨率增强技术(惩戒)被用来制造先进的设备和关键尺寸(CD)小于100海里。比如,在45纳米节点的一些特点,不能成像是少于四分之一的波长纳米所用光源,需要使用交替相位变换面具(APSM)。相关的球是sub-wavelength(130奈米),从而导致严重的邻近效应需要光学邻近校正(OPC)这些效应需要被理解使用光刻仿真,这样就可以被考虑在准星上设计以达到一种可预见的、可靠的方法。光刻仿真可以协助改善器件产量和数量的减少瞄准十字线的发展过程中,允许一个制造房子斜坡产品更快,大大节省生产成本。21深紫外线（DUV）光刻仿真•第一步:光刻仿真设置在布局编辑光学光刻技术继续改善,所以也有提高光刻仿真技术。时域有限差分算法解决方案使用时域有限差分技术严格解决的对象字段的面具。所有衍射,折射,干扰、吸收和极化效应计算近场之面具没有近似。时域有限差分算法解决方案也把一个分级网,这大大降低内存需求和时间每仿真。通过时域有限差分算法的仿真数据的后处理,空中形象可计算出晶圆片铬二进制掩码是表现为建设布局编辑FDTD的解决方案。面具的模型由一个周期性阵列的十字形空缺CD=2λ。布局编辑器提供了一个全面的观点的结构模型和数据来源和监视器用于进行计算。几个例子如何做这个显示在下面。22深紫外线（DUV）光刻仿真23深紫外线（DUV）光刻仿真•第二步:检查对象场强度的有限差分计算方案在这里,分级网格技术在时域有限差分算法解决方案提供了近40×提高内存需求,仿真时间需要,比等效均匀网格。严格的计算对象领域下图所示为x极化事故照明。注意,有明显的变化在十字形开在铬遮罩图层。这是由于两个常见问题DUV平版印刷,作为特征尺寸在面具是以照明波长和铬层的厚度本身(100奈米)不是光的波长薄相对。显然一个标量thin-mask模型不精确地描述许多类型的口罩用于DUV平版印刷。24深紫外线（DUV）光刻仿真25深紫外线（DUV）光刻仿真26深紫外线（DUV）光刻仿真•第三步:重新计算为一次M=4投影光刻系统确定空中图像不同投影设置不涉及的re-runningFDTD模拟,而现有的仿真结果可以很容易地re-analyzed不同成像的设置。后处理的数据一个4×减速系统生产的阴谋下。请注意,这两个航空图像(以上,或以下)出相同的规模。虽然我们可以看到4×减少空中图像(即四个亮点,在各领域都在x和y方向),它不忠实地复制面膜对象;由于衍射和显著缩短和角落围线,图像在空中的形象都是圆的而不是十字形。此外,干扰和邻近效应导致非零强度明亮的强度之间的斑点。清楚的cross-shape与CD=2λ(在面具)超出分辨极限的一个二进制罩在这种类型的4倍降低光刻系统工程。这是因为有4X减少CD特征尺寸晶片只有λ/2。27深紫外线（DUV）光刻仿真28深紫外线（DUV）光刻仿真图所示,时域有限差分算法解决方案采用严格的电磁模拟准确的预测了天线罩产生的图像用于DUV平版印刷。利用时域有限差分算法结合在一起graded-mesh算法解决方案,可实现实质性的内存保存在执行系统模拟了平版。这些记忆储蓄可以利用快速原型领域内的小角度面具。另外,这些记忆储蓄可以准确地模拟一个更大的结构,否则会用一个统一的网格仿真的可行性。基于这些考虑,时域有限差分算法解决方案提供了一个更为迅捷的准确的过程,空中图像能计算和优化。29实例三：D