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スラブ結合光導波路レーザの解析ツール
クラマース・クローニヒの方程式を用いた屈折率変化のメカニズムの温度依存や自由電子/プラズマモデルが妥当な結果を与える。LASTIPはLASTIPはSCOWLタイプの高出力レーザーにおいて横モードの振舞いの正確な見積を提供する。長い共振器のようなさらに踏込んだ解析には、軸方向空間ホールバーニング(longitudinal spatial hole burning)と端面光ダメージ効果(facet optical damage effect)を考慮する必要があるためPICS3Dを推奨。
量子カスケードレーザの解析ツール
サブバンド構造計算(subband structure calculation)により、発光波長(emission wavelength)やミニバンドアライメント(miniband alignment)などのQCL(quantum cascade laser)の基本的なデザインが可能。微視的なレート方程式モデル(microscopic rate equation model)は、ローカル電流(local current)と光子密度(photon density)のような光利得(optical gain)を容易に生成。巨視的なQCLシミュレーションにおいて、電子を電極から多重量子井戸(MQW)に注入し、多重量子井戸(MQW)から電極に収集。100-1000Aの平均自由行程(mean-free-path)を持つ非局所的(non-local)な電流注入モデル(currentinjectionmodel)を提案。
半極性のInGaN半導体レーザの解析ツール
結晶座標系、ひずみや応力などを考慮したモデリングのアプローチを紹介。LASTIPでの2次元計算を例に、内部電場を伴わない光利得(optical gain)など半極性と非極性とc面(c-plane)で比較。結晶成長方向を考慮したウルツ鉱型MQWデバイスに対するk.p.理論に基づいたモデルはAPSYS、LASTIPとPICS3Dに搭載。
多モード光干渉導波路半導体レーザの3次元解析ツール
多モード光干渉導波路(MMI: Multimode Interference)半導体レーザの発光特性、電気特性と熱解析のシミュレーション。物理モデルを紹介。マスク作成から3次元シミュレーションまでシミュレーションの手順を解説。MMIデバイスのデザインにおいて考慮すべき点を説明。
CMOSイメージセンサー3D解析ツール
クロスライトのTCADや3Dシミュレーションの特徴を紹介。また、3D構造を構築するためのツールであるMaskEditorやSemiCrafterの特徴を説明。実際シミュレーションを行うためにCMOSイメージセンサー(CMOS Image Sensor)のプロセスの概要を示し、各ステップ毎の作業を解説。
量子井戸型赤外線センサーの自己無撞着モデルによる解析ツール
クロスライトのAPSYSはQWIP(Quantum Well Infrared Photodetectors)デバイスの解析に対して総合的な物理モデルを提供可能。そしてモデルの妥当性は実験結果と比較して十分にリーズナブルである。移動拡散理論(drift-diffusion theory)に対する非局所的な量子補正はQWIPの性質における光電流(photo-carrier extraction)を説明するのに必要。
ナノワイヤーMOSFETの非平衡グリーン関数計算による解析ツール
ナノワイヤーMOSFETを解析するための物理モデルの特徴を紹介。シミュレーション効率を最大限に引き出すために円柱座標系を使用。チャネル領域にはNEGF(Non-Equilibrium Green's Function)を使いその他の領域には通常の移動拡散(DD: drift-diffusion)を利用したハイブリッドなアプローチ。NEGFに量子とじこめと量子バリスティック電子輸送を含むサブバンドの柔軟な選択。他の全ての移動拡散方程式を合わせたNEGF方程式の自己無撞着解。
SOI FinFETの3D解析ツール
SOI FinFETのシミュレーションフローとそこで使われるツールの概要を説明。プロセスシミュレーターCSupreによる3Dプロセスシミュレーション例を紹介。プロセスシミュレーションで作った構造データをもとに、デバイスシミュレーターAPSYSにおいて量子閉じ込めや酸化層の溶け込みや量子バリスティック電流輸送モデルなどのFinFETのモデリングの特徴とその解析例を紹介。
MOSFETにおける3Dシミュレーション効果の解析ツール
STI(shallow trench isolation)閉じ込めMOSにおいて、SiO2/Siインタフェース分離により、幅方向にドーパント拡散が起こる。HV(high voltage) MOSFETにとって、3D拡散(diffusion)と狭ゲート(narrow gate)サイドフィールドは閾値電圧Vthを幅を減らすかのように低い方へシフト。ナノMOSFETの典型的なプロセスフローでは、W>0.1 umの幅を減少しVthが増加。方形トレンチ(square-trenched) UMOSでは、四角サイズが減らすかのように、幾何学的および3D拡散の効果は低い方へVthをシフト。
MOSFETの基板電流解析ツール
プロセスシミュレーターCSupremでNMOS(N-channel MOSFET)のモデリング例を紹介。CSupremデバイスシミュレータAPSYSによる特性解析を例示。また、鐘型曲線(Bell Bell-shaped curves)の基板電流(substrate current)特性をシミュレーションから得、実験結果と比較。
ひずみ持ったMOSFETの量子井戸の解析ツール
クロスライトの半古典的な量子サブバンド平均化バレー移動度モデル(semi-classical quantum subband valley-averaged mobility model)は、バレー分裂(valley splitting)と異方性(anisotropy)を考慮。平均化されたサブバンドの状態密度(density of states)と移動度(mobility)を用て量子補正(quantum corrections)をした移動拡散方程式(drift-diffusion equations)の自己無撞着解(self-consistent solution)が可能。様々な応力や結晶方向のひずみを持つシリコンMOSFETの特性が予測可能。
回路とデバイス混在のシミュレーション
回路(SPICE)とデバイスを混在してシミュレーションを行うクロスライトのミックスモードを紹介。回路とデバイス混在シミュレーションのしくみの概略説明。IGBTデバイスを題材にミックスモードの実行と結果解析の例を紹介。
電界吸収変調器の解析ツール
フランツ・ケルディッシュ効果(Franz-Keldysh effect)を使って導波路型変調器(Waveguide modulator)をAPSYSによってシミュレート。多体(manybody)計算から得られた双極子行列要素で向上、実験結果に極めて一致。実験結果を再現するには自由電子理論(Free-carrier theory)だけでは不十分。電場(electric field)、吸収(absorption)および伝達(transmission)におけるシミュレーション結果は実験結果によく一致。
GaN基板デバイスの光特性に対する結晶方位の影響を解析するツール
結晶方位(crystal orientation)と分極(polarization)について解説。任意の結晶方位での量子井戸(QW)を解析するためのk.p.法(k.p. method)など、結晶方位の影響を探るための物理モデルの紹介。異なる結晶方位での光利得(optical gain)、c-planeとm-planeでの結晶方位の影響の比較、有限要素シミュレーション(finite-element simulation)による半導体レーザーダイオード(LD)性能の比較などInGaN/GaN QWを題材にその結果を例示。
ヘテロ接合に対するトンネル効果のモデルによる解析ツール
量子トンネリング(quantum tunneling model)モデルは高ドーピングレベル(high doping level)においてキャリア輸送(carrier transport)への影響を無視できない。アルミ(Al)組成割合変化(composition grading)は、ポテンシャル障壁(potential barrier)の平坦化によって擬似的な量子トンネル効果(mimic quantum tunneling effect)が可能。ただし、アルミ(Al)組成割合変化の距離選択が重要。十分に多く内部にメッシュポイント(internal extra mesh point)を追加することで、組成割合変化と同様の効果をもたらす。量子トンネリングモデルはキャリア輸送の量子力学強化に最も信頼できる方法である。
