半导体技术计算机辅助设计(Technology Computer Aided Design, TCAD)主要是指半导体工艺模拟及器件模拟，它是EDA (Electronic Design Automation)的一个分支。TCAD从功能角度可以分为三个层次:最底层是工艺模拟，如离子注入、扩散等;中间层是器件模拟，根据基本物理特性得到器件的电学特性，如转移特性曲线等:最顶层是集约模型的建立，是指从器件仿真结果提取集约模型参数，并将其应用于后续的电路仿真。知名的商用TCAD工具主要有Synopsys公司的Sentaurus工具，Silvaco 公司的Athena 和Atlas工具，Crosslight Software公司的Csuprem和APSYS工具等。

TCAD最早起源于20世纪60年代后期及70年代，主要用于对双极晶体管的分析。到了80年代中期，场效应晶体管凭借其优异的可缩小性和更低的功耗，逐渐成为数字集成电路的主流，也正是在这个时期，TCAD 得到了极大的发展。一维的工艺模拟和二维的器件模拟成为器件缩小和设计必不可少的辅助工作。到了CMOS盛行的时期，二维的工艺模拟与器件模拟紧密结合，TCAD再次完成了革命性的发展，为当今各种TCAD工具奠定了基础。

目前，在工艺仿真层级上，主流的商业软件可以完成多种标准工艺的模拟，如离子注入、扩散、氧化、刻蚀、沉积、光刻、CMP、SOI 等相关工艺甚至互连。在器件仿真方面，随着对多栅器件的引入，三维模拟成为主流。利用TCAD生成的三维器件结构及其网格布图如图10-53所示。

对于器件级仿真，用户既可以自定义器件结构直接进行电学仿真，也可以在工艺仿真的基础上进行器件仿真。随着器件特征尺寸的不断缩小，量子效应变得越来越严重，这一点在器件仿真中也有很明确的体现。从最初采用的经典漂移扩散模型，考虑量子修正模型，到开发半经典的蒙特卡罗引擎，开发泊松薛定调引擎等，模拟结果越来越精准，也越来越耗时。在集约模型的建立上，可以利用器件级仿真的结果对集约模型进行参数提取，如广泛使用的BSIM模型，最终完成SPICE仿真。当然，用户也可以选择使用混合模式直接从器件级搭建一个小规模电路，如SRAM,完成电路仿真。