FETIS

III 族窒化物 HEMT のバンドギャップ解析

Modeling of bandgap in HEMT based on III-Nitride materials

リリースノート

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トランジスタ (HEMT) のモデリングを目的としたシミュレーションソフトウェアです。
本ソフトウェアは、ヘテロ構造内のバンドダイアグラムおよびキャリア濃度分布を1次元解析とGCAアプローチを使用したHEMT特性解析が可能です。
また、操作性に優れたグラフィカルユーザーインターフェース (GUI) を備え、解析結果の可視化も可能です。

製品特徴

①ソフトウェアの機能

本ソフトウェアは主に2つの機能モジュールから構成されています。
1つ目は、デバイスのエピ層に垂直な方向 (厚み方向) におけるバンドダイアグラムとキャリア濃度分布を1次元で計算する機能です。
2つ目は、勾配チャネル近似法 (Gradual Channel Approximation, GCA) に基づくHEMT動作の解析機能であり、I-V特性などの計算が可能です。
FETISは、窒化物材料に特有な物理特性、すなわち強いピエゾ効果、自発分極、高いイオン化エネルギーによるアクセプタ活性化の低効率なども考慮した物理モデルを実装しています。
また、ZnMgOなどIII族窒化物以外の半導体材料を含むヘテロ構造の取り扱いにも対応しています。

出力結果

FETISでは、主に以下の様な特性 (出力結果) を得ることができます。
指定ゲートバイアスにおいて、エピ層に垂直な方向に沿ったHEMTヘテロ構造の諸量が計算されます。

バンドダイアグラム
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2Dシート密度

漸近チャネル近似によるHEMT挙動解析

チャネル内のポテンシャル、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、主に以下のような特長的な物理モデルを実装しています。

1次元ポテンシャルおよびバンド構造解析モジュール
デバイスのエピタキシャル層に垂直な方向 (厚み方向) において、Poisson方程式とSchrödinger方程式を自己無撞着に解くことで、量子力学的キャリア閉じ込めを高精度に解析します。
これにより、キャリア濃度プロファイル、シートキャリア密度、2次元電子ガス (2DEG) のサブバンド構造およびゲート電圧依存性など、HEMTデバイスの動作に重要なパラメータを予測することが可能です。
I-V特性解析モジュール (GCA法)
チャネル方向の電流－電圧特性を、Gradual Channel Approximation (GCA) 法に基づいて計算し、HEMT動作やトランスコンダクタンスなどのデバイス性能を定量的に評価できます。
FETISに搭載された物理モデルは、窒化物材料特有の現象を忠実に再現するために設計されています。
具体的には、大きなピエゾ電気分極と自発分極、高いイオン化エネルギーによるアクセプタの低活性化といった特性を考慮しており、これらがデバイス特性に及ぼす影響を考慮します。

②対応可能な半導体材料

FETISは、HEMTに広く用いられる半導体材料に対応しています。
対応材料は、主にGaN (窒化ガリウム)、AlN (窒化アルミニウム)、InN (窒化インジウム) などの二元系窒化物半導体とその混晶となります。
また、AlScNにも対応しています。
これらの代表的な材料に関する物性パラメータは、ソフトウェアに付属するデータベースにあらかじめ登録されており、ユーザーは必要に応じてデータの編集や追加を行うことができます。

③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でも直感的に操作できるグラフィカルユーザインターフェース (GUI) を備えています。
1つのGUI上で、ヘテロ構造の構築、計算条件の設定、結果の表示・出力までを一貫して行うことが可能です。
通常は1日程度のトレーニングで基本操作を習得できるよう設計されています。

動作環境

GUI (計算条件設定、計算結果出力) ：Windows OS
8GB RAM, Windows 10, 11 Professional 以上