FETIS｜結晶成長やデバイスのシミュレーション【STRJapan株式会社】

FETIS

Field Effect Transistor Integrated Simulator
Ⅲ族窒化物 HEMT解析

FETIS新着情報

■2013.04.01 FETIS 製品紹介ページを公開しました。 ■ ■

製品概要

FETISソフトウェアはIII-族窒化物ベースの高電子移動度電界効果型トランジスタ(HEMT)のモデリングの目的で開発されました。本モジュールはバンド構造とデバイスヘテロ構造のポテンシャル分布の1-Dシミュレータ、及びコード制御とモデリング結果の可視化を行うグラフィカルシェルから構成されます。FETISソフトウェアではPoisson、Schrodinger方程式のセルフコンシステントな解法に基づき、HEMT構造中のキャリア閉じ込めに対する擬古典論的、細密な量子論的取扱いを可能にします。本コードはキャリア濃度プロファイル、シートキャリア濃度、2次元電子/ホールガスサブバンド数とエネルギー等、加えて、ゲートバイアスによる変動の様な重要なHEMT特性、パラメーターを予測します。

FETISコードに実装されている物理モデルは窒化物材料に特有な現象、即ち、大きなピエゾ分極、自発分極、高イオン化エネルギーに起因する低効率なアクセプタ活性を考慮します。デバイスヘテロ構造にIII族窒化物と異なる半導体材料、例えばZnO、MgO、又はそれらの混晶を含めることも可能です。

FETISではヘテロ構造上端に4タイプの境界条件を課する事ができます。

・自由表面・誘電層を加えた自由表面・Schottky接触・金属/誘電体/半導体

最初の2つは電極間領域となり、残りの2つはゲート、フィールドプレート領域となります。表面トラップ状態に特有なモデルが表面近傍のバンドの曲りの表現に使用されます。

HEMT動作は漸近チャネル近似により記述されます。指定したドレイン、ゲート電圧にて、チャネル内の、ポテンシャル、電場、キャリアドリフト速度が計算出来ると共に、I-V特性が計算できます。電場依存の電子移動度の計算には近似方法を選択する事ができます。

図1.バンド構造とキャリア波動関数

製品特長

■ソフトウェアの機能

[出力結果]

FETISでは、主に以下の様な特性（出力結果）を得ることが出来ます。

指定ゲートバイアスに於いて、エピ層に垂直な方向に沿ったHEMTヘテロ構造の電位分布から以下の諸量が計算されます。
・バンド構造
・局在化キャリアのエネルギー準位と波動関数
・キャリア濃度とシート密度

漸近チャネル近似によるHEMT挙動解析
・チャネルポテンシャル、電場、電子密度、ドリフト速度分布
・I-V特性

[物理モデル]

FETISでは、主に以下の様な物理モデルを使用して、デバイスヘテロ構造特性を計算します。

バンド構造はPoisson方程式から計算されます。
・自発分極とピエゾ分極が考慮されます。
・キャリア密度はキャリアの量子論的取扱を考慮して計算されます。
・ヘテロ構造底面では電気的中性条件が適用されます。

上面では2つの境界条件が設定できます。
・ゲートコンタクト上のSchottky障壁
・電極間表面上の表面トラップによるバンドの曲り

図2. ゲート、ソース-ドレイン間のバイアス値依存のチャネル電子密度

図3.ゲート、ドレイン電圧依存のI-V特性

■ユーザーインターフェース

FETIS は、シミュレーションの経験がない方にも分かりやすいグラフィカルユーザインターフェース(GUI)を用意しています。

・全入力データの設定：ヘテロ構造、物性、オプション
・計算制御
・専用ツールによるデバイス特性の可視化

結果は出力ファイルに保存されます。Tecplotグラフィックパッケージフォーマット形式、又はテキストデータ形式で保存されます。

図4. HEMTヘテロ構造設定ユーザーインターフェース

■物性データベース

シミュレーションに必要なIII族窒化物物性データベースを内蔵しています。ユーザーにより、データベースは修正可能です。

図5. 物性データベース

動作環境

GUI（計算条件設定、計算結果出力）：Windows OS
RAM – 256MB　1024x768解像度のディスプレイ、及びビデオカード・マウス

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