S-Pisces - 2D Silicon Device Simulator
Simulate silicon based technologies
Use drift-diffusion and energy balance transport equations

Device Simulation Framework

 

Atlas는 반도체 소자의 전기, 빛, 열에 의한 성질을 시뮬레이션합니다. Atlas는 물리 기반의 사용하기 쉬운 모듈형 확장 플랫폼을 제공하여, 2D/3D로 모든 반도체 기반 기술에 대해 DC, AC, 타임-도메인 응답을 분석합니다.

소개

 

소자 시뮬레이션은 사용자가 이해하고 장비에 물리적 공정을 표현하고, 차세대 소자 동작의 신뢰성 있는 예측을 돕습니다. 적절하게 선택한 보정 모델 및 잘 정의된 적절한 메쉬 구조의 2차원 소자 시뮬레이션은 새로운 소자 구조의 예측하는 파라미터 분석에 매우 유용합니다. 사용자는 2D 또는 3D 모델링 및 시뮬레이션 공정으로 속성과 새로운 전류 소자의 동작을 보다 잘 이해할 수 있습니다. 이것은 개발 속도를 높이고 위험과 불확실성을 줄일 수 있도록 하는 동시에, 향상된 안정성과 확장성을 제공하는 데 도움이 됩니다.

특징

 

  • 값비싼 로트-분할(split-lot) 실험 없이, 물리에 기초한 소자를 전기, 빛, 열에 의한 퍼포먼스에 대해 2D/3D로 정확하게 추출
  • 속도, 전력, 밀도, 항복(breakdown), 누설, 명도, 신뢰도에 대한 최적의 조합을 구하기 위해 수율과 공정의 편차 문제를 풀이
  • Athena 공정 시뮬레이션 소프트웨어, 포괄적인 시각화 패키지, 광범위한 예제 데이터베이스, 간편한 소자 엔트리와 완벽하게 통합
  • CMOS, 바이폴라, 고전압 파워 디바이스, VCSEL, TFT, 광전자, LASER, LED, CCD, 센서, 퓨즈, NVM, 강유전체, SOI, Fin-FET, HEMT, HBT 등을 포함하여, 실리콘, III-V, II-VI, IV-IV 또는 고분자/유기 기술에서 폭넓게 선택
  • SPICE 파라미터 추출을 위해 Atlas 결과를 Utmost로 직접 넣어서, TCAD를 Tapeout으로 연결
  • 멀티-코어/멀티 프로세서 SMP 머신에서 병렬 처리를 지원
  • 전세계 실바코 법인에서 기술 지원
  • 실바코의 강력한 암호화는 고객 및 서드-파티의 소중한 지적 재산권을 보호하기 위해 이용가능

장점

 

  • 앞선 반도체 소자, 전기 열 및 광학 특성으로 디바이스 성능의 최적화를 허용
  • 사용자가 제품 개발 시간을 줄일 수 있도록 현재의 기술 문제를 해결
  • 차세대 소자를 위한 새로운 소자 기술 탐구

적용

 

파워

Atlas의 기능은 파워 MOS, LDMOS, SOI, thyristors 및 IGBT 등의 전원 소자의 전기적 및 열적 거동을 최적화합니다. Atlas에 의해 사용되는 확장된 정밀 수치는 넓은 밴드갭 물질 등의 SiC 및 GaN으로의 안정적이고 정확한 시뮬레이션할 수 있습니다. 또, 이러한 소자는 회로에 결합할 수 있으며 내장 SPICE 회로 시뮬레이터로 시뮬레이션할 수 있습니다.

래치 상태의 핫 스팟 및 소자에서의 전류 흐름의 위치

 

고급 CMOS

핫 캐리어, 스트레스와 양자 보정 및 터널링 모델로 FinFET 및 FDSOI등과 같은 고급 CMOS 디바이스 시뮬레이션이 가능합니다.

mx=my=mt=0.19m0 과 평면 밖 질량 mz=me=0.91m0
을 갖는 밸리에 대해 서라운드 게이트 트랜지스터의 10nm 지름 채널에서의 파동 함수

 

5041개의 그리드 포인트가 있는 메쉬에서 고속 product-space 2D 슈뢰딩거 솔버로 구한
1020 cm-3로 도핑된 14X14 nm 직사각형 구조의 일관된 양자 전자 밀도.

화합물 반도체

SiGe, GaAs, AlGaAs, InP, SiC, GaN, AlGaN and InGaN 등의 화합물 물질을 넓은 범위로 지원하여, 복잡한 화합물 반도체 소자를 특성화할 수 있습니다.

Blaze에서 만든 솔루션 파일은 전자 농도 등의 내부 소자 변수를 포함합니다. 쇼트키(Schottky) 장벽은 게이트 아래에 공핍층을 생성합니다. 채널의 좁은 밴드갭 물질에 전자가 축적됩니다.

GaAs/ AlGaAs HEMT 소자의 게이트 아래에서 처음의 7개 속박 상태 에너지 준위와 전도대 가장자리의 전위 편차. AlGaAs 최상 레이어의 결핍에 따라, 전위 우물과 이종접합에 의한 속박을 확인할 수 있습니다.

 

디스플레이

고급 결함 모델에 대한 Atlas의 지원으로 박막 소자의 특성화할 수 있습니다.

최상부(top) 게이트 n-채널 Poly-Si TFT. 이러한 형태의 소자를 이용하여, 능동형 디스플레이 엘리먼트를 구동합니다. 0V에서의 전위가 표현되어 있습니다. 결정립의 크기는 600nm, poly-Si 두께는 50nm, 게이트 산화막 두께는 140nm입니다.

 

금속 전극 구조는 하부(bottom) 게이트 a-Si TFT 등의 소자에 중요합니다. TFT 3D는 이러한 구조가 전류와 캐패시턴스에 미치는 영향을 정확하게 설명합니다.

Vd=1V에서 하부 게이트 a-Si TFT 소자.

 

광전자

Atlas에서는 태양 전지, CMOS 이미지 센서, LED, OLED, 레이저, VCSEL 등의 소자에 대해 광전 응답을 시뮬레이션할 수 있습니다. 모드 솔원, 광선 추적, 트랜스퍼 매트릭스 법(TMM), 시간 영역 차분(FDTD)광학 법을 사용할 수 있습니다.

 

Athena에서 생성된 마이크로 렌즈 CCD의 소자 구조 플롯입니다. Luminous에서 생성한 기하학적 광선 추적의 데이터를 구조 그림에 겹쳐서 표시합니다. 기하학적 광선 추적 기능을 통해 복잡한 비평면 구조의 분석이 가능해지고, 수율을 최적화하고 크로스 토크를 감소시킬 수 있습니다. 광전류 발생률은 레이 트레이스로 얻은 국소 광 강도를 기준으로 계산하고 있습니다.

특정 파장의 빛이 이미징 어레이의 1개의 셀에 입사하는 모습을 3D로 광선 추적한 그림

시간 영역 차분법을 적용한 광 결정이나 회절 격자 등의 광 결합 디바이스의 LED 출력 커플링의 분석

 

방사능

SEE(Single Event Upset, Single Event Burnout, Singlet Event Gate Rupture), 총 선량, 선량률, SEE와 같은 방사능 효과를 정상 상태, AC 및 과도로 시뮬레이션할 수 있습니다.

SEU 충돌의 정의는 입자의 진입 지점에서의 거리와 시간, 입자 궤도 중심에서 거리에 따라 전자 정공 쌍의 생성이 포함됩니다.

 

신규 소자

강유전체, 자기장 및 이온 수송에 대한 모델은 신규 소자를 특성화할 수 있습니다.

상이한 드레인 바이어스 값에 대한 불포화 강유전체 분극 곡선의 시뮬레이션.

Atlas 모듈

 

S-Pisces

2D Silicon Device Simulator. S-Pisces는 드리프트-확산과 에너지 밸런스 수송 방정식을 접목한 실리콘 기반 기술용 고급 2D 소자 시뮬레이터입니다. 표면/벌크의 이동도, 재결합, 임팩트 이온화, 터널링 모델을 포괄하는 다양한 물리 모델을 이용할 수 있습니다.



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Luminous

2D Optoelectric Device Simulator. Luminous는 비평면 반도체 소자에서 빛의 흡수 및 광 생성을 모델링하기 위해 특별히 고안된 고급 소자 시뮬레이터입니다. 기하학적인 광선 추적으로, 일반적인 광원에 대해 정확한 솔루션을 얻습니다.



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Organic Solar

Organic Solar Cell and Photodetector Simulator. Organic Solar 모듈은 Atlas로 하여금 유기 태양 전지 소자, 포토 디텍터, 이미지 센서의 전기적/광학적 속성을 시뮬레이션할 수 있게 합니다. Organic Solar는 Atlas 프레임워크에 통합되어, 광전지 유기 소자의 전기적/광학적 성질에 대해 정상-상태/과도/AC 시뮬레이션을 수행합니다. 엑시톤 밀도, 확산, 생성/조합 및 분리 특성을 모두 시뮬레이션할 수 있습니다.

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MixedMode

Circuit Simulation for Advanced 2D Devices. MixedMode는 콤팩트 분석 모델 외에 물리 기반 소자를 포함하는 회로 시뮬레이터입니다. 정확한 콤팩트 모델이 없거나, 주요 역할을 담당하는 소자를 아주 정밀하게 시뮬레이션해야 할 경우, 물리 기반 소자를 사용합니다. 물리 기반 소자를 SPICE 넷리스트 회로 서술에 배치하고 Atlas 2D 모듈의 조합을 사용하여 시뮬레이션할 수 있습니다. MixedMode XL 라이센스로 MixedMode 사용자는 물리 소자 또는 콤팩트 모델 소자를 회로 내에서 무제한 이용할 수 있습니다. 이로써 보다 정교하게 회로를 정의할 수 있습니다.




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VCSEL

Vertical Cavity Surface Emitting Laser Simulations. VCSEL은 Atlas 프레임워크와 함께 사용하여, 수직 공동 표면 발광 레이저(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, 이하 VCSEL)를 물리에 기초하여 시뮬레이션합니다. VCSEL은 정교한 소자 시뮬레이션을 결합하여, 빛의 성질에 대한 최신 모델로 전기, 열에 의한 성질을 얻습니다.




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Quantum

2D Simulation Models for Quantum Mechanical Effects. Quantum은 반도체 소자에서 캐리어의 양자 구속 및 전송에 대한 여러가지 영향을 시뮬레이션하기 위해 모델 세트를 제공합니다. 슈뢰딩거-푸아송 솔버는 속박 상태(bound state) 에너지와 관련 캐리어 파동 함수를 정전기 전위로 일관되게 계산합니다. 슈뢰딩거 솔버는 Non-Equilibrium Green’s Function(이하 NEGF)과 결합하여, 강력한 횡단 구속으로 2D 또는 원통형 소자에서 탄도성 양자 전송을 모델링합니다. Quantum은 또한, 드리프트-확산 및 유체역학 방정식에 대한 양자 메커니즘 보정을 위한 모델을 포함합니다.



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Magnetic

2D Magnetic Device Simulator. Magnetic 모듈에 의해, Atlas 소자 시뮬레이터는 소자의 성질에 대한 외부 자기장의 영향을 통합합니다. 로렌츠 힘을 더하여, 전하 캐리어의 동적 움직임을 수정합니다. 이 힘은 캐리어의 속도와 자속 밀도 벡터의 벡터곱에 비례합니다. Magnetic 모듈로, 전류 흐름에 대한 변동 결과와 전위 분포를 계산할 수 있습니다.



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REM

Radiation Effects Module. The REM Radiation Effect 모듈은 Atlas2D/3D 디바이스 시뮬레이터나 Victory 3D 시뮬레이션은 절연 물질 중의 결함 상태나 고정 전하, 전하 수송을 생성하는 반도체의 총 선량, 선량률 및 SEU효과의 모델화를 실현합니다.



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Blaze

2D Device Simulator for Advanced Materials. Blaze는 화합물로 만든 소자를 시뮬레이션합니다. 2족, 3족, 4족 반도체에 대한 물리 모델 및 물질 파라미터의 라이브러리를 포함합니다.



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Giga

2D Non-Isothermal Device Simulator. Giga는 S-Pisces 및 Blaze와 연동하여, 발열 효과를 시뮬레이션합니다. 모델은 열의 생성, 열의 흐름, 격자 가열, 방열 및 물리 상수에 대한 말단 온도의 영향을 포함합니다. 열과 전기의 물리적인 효과는 일관적인 계산으로 연동됩니다.

 

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LED

2D Light Emitting Diode Simulator. LED는 발광 다이오드의 시뮬레이션과 분석에 사용합니다. LED는 Blaze 시뮬레이터와 함께 Atlas 프레임워크에 통합되어, 발광 다이오드의 전기, 빛, 열에 의한 성질을 시뮬레이션합니다.




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TFT

2D Amorphous and Polycrystaline Device Simulator. TFT는 비정질 또는 폴리실리콘 소자를 시뮬레이션하기 위해, 물리 모델과 특수한 수치 기법을 탑재한 고급 소자 기술 시뮬레이터입니다. 특화된 용도는 평판 디스플레이(Flat Panel Display, 이하 FPD), 태양 전지 등의 광범위한 디스플레이 전자공학을 포괄합니다.

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Organic Display

OLED And OTFT Organic Display Simulator. Organic Display 모듈은 Atlas로 하여금 OTFT, OLED 등 유기 디스플레이 소자의 전기적/광학적 특성을 시뮬레이션할 수 있게 합니다. Organic Display는 Atlas 프레임워크에 통합되어, 싱글렛/트리플렛 엑시톤 밀도, 불순물의 엑시톤 밀도, 광 방출 특성 등, 능동 유기 소자의 전기적/광학적 성질에 대해 정상-상태/transient 시뮬레이션을 수행합니다.



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Laser

Semiconductor Laser Diode Simulator. Laser는 세계 최초로 상용화된 반도체 레이저 다이오드 시뮬레이터입니다. Laser는 Atlas 프레임워크에서 Blaze와 연동하여, 전기적 성질(DC, transient 응답)과 측면 발광 Fabry-Perot 타입 레이저 다이오드의 광학적 성질에 대한 수치 해석을 제공합니다.



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Ferro

Ferroelectric Field Dependent Permitivity Model. Ferro는 FET의 charge-sheet 모델을 맥스웰 제1방정식과 결합하기 위하여 개발되었습니다. 맥스웰 제1방정식은 강유전체막(ferroelectric film)의 속성을 나타냅니다. 이 모델은 transient/소신호 모드에서 동적 응답과 소자의 정적 I-V 행동을 정확하게 예측할 수 있습니다.



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Noise

2D Small Signal Noise Simulator. Noise는 S-Pisces 또는 Blaze와 연동하여, 반도체 소자 내의 소신호 노이즈를 분석합니다. Noise는 소신호 노이즈 원을 모두 정확하게 추출하여, 회로 설계 최적화에 필수적인 성능 지수를 추출합니다.



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MC Device

2D Monte Carlo Device Simulator. MC Device는 비평형, 탄도 효과 등의 긴장(strained)/완화된(relaxed) 실리콘 소자 성질을 2D로 시뮬레이션합니다. Atlas 소자 시뮬레이션 프레임워크의 일부로서, 대화형 툴로 완벽하게 통합됩니다.



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