JP2010165924A - Simulation device, simulation method, and recording medium recorded with program for simulation - Google Patents

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裕 竹田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To calculate an electric characteristic of an electric field effect transistor in a short time. <P>SOLUTION: This simulation device 1 includes a structure model setting part 11, a quantization state calculating part 12, and a state mixing part 13. The structure model setting part 11 sets a virtual structure model, assuming that hetero-structure of a FET has a confinement potential for forming a channel area and comprises a single semiconductor layer. The quantization state calculating part 12 calculates a virtual quantized electron state in each of the virtual structure models, as a virtual electron state. The state mixing part 13 mixes physical quantities of the virtual electron states, to calculate a physical quantity of a quantized electron state in the channel area. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電界効果トランジスタ(FET:Field-Effect Transistor)をモデル化して当該FETのチャネル領域の量子化電子状態を数値シミュレーションにより算出する技術に関し、特に、ヘテロ構造を有するFETをモデル化してチャネル領域の量子化電子状態を数値シミュレーションにより算出する技術に関する。   The present invention relates to a technique for modeling a field-effect transistor (FET) and calculating a quantized electronic state of a channel region of the FET by a numerical simulation, and more particularly, modeling a FET having a heterostructure to form a channel. The present invention relates to a technique for calculating a quantized electronic state of a region by numerical simulation.

CMOSデバイスのさらなる高性能化のために、ヘテロ構造を用いた高移動度のチャネル領域を有するFETの研究開発が進められている。たとえば、シリコン以外の高移動度半導体材料を用いたヘテロ構造を採用したり、チャネル領域へ結晶歪みを導入したりすることでデバイス性能の向上が図られている。   In order to further increase the performance of CMOS devices, research and development of FETs having a high mobility channel region using a heterostructure have been underway. For example, the device performance is improved by adopting a heterostructure using a high mobility semiconductor material other than silicon or introducing crystal strain into the channel region.

MOSFETの電気的特性を数値シミュレーションにより得るためには、シュレーディンガー方程式を解いて、反転層での閉じ込め量子化を考慮した電子状態、すなわち量子化電子状態を得、この量子化電子状態を用いて低次元電子系のキャリア輸送のシミュレーションを行うことが効果的である。   In order to obtain the electrical characteristics of the MOSFET by numerical simulation, the Schrodinger equation is solved to obtain an electronic state that takes into account confinement quantization in the inversion layer, that is, a quantized electronic state. It is effective to simulate carrier transport in a low-dimensional electron system.

近年、MOSFETの短チャネル化に伴い、キャリア輸送方向の電界が強まり、キャリアが高エネルギー化する傾向にある。それ故、単純な有効質量を用いた放物線型のエネルギーバンド構造に基づくシミュレーションでは、計算精度が低いという問題がある。計算精度の向上のためには、エネルギーバンドのフルバンド構造に基づいた詳細な量子化電子状態が必要である。フルバンド構造は、強結合近似法や擬ポテンシャル法により厳密に計算することができる。強結合近似法によるフルバンド構造の計算方法は、たとえば、非特許文献1に開示されている。擬ポテンシャル法によるフルバンド構造の計算方法は、たとえば、非特許文献2に開示されている。   In recent years, with the shortening of MOSFET channels, the electric field in the carrier transport direction has increased, and carriers have a tendency to increase in energy. Therefore, the simulation based on the parabolic energy band structure using a simple effective mass has a problem that the calculation accuracy is low. In order to improve the calculation accuracy, a detailed quantized electronic state based on the full band structure of the energy band is required. The full band structure can be strictly calculated by a strong coupling approximation method or a pseudopotential method. A calculation method of a full band structure by the strong coupling approximation method is disclosed in Non-Patent Document 1, for example. For example, Non-Patent Document 2 discloses a method for calculating a full band structure by the pseudopotential method.

H. Fitriawan, M. Ogawa, S. Souma and T. Miyoshi, "Fullband Simulation of Nano-Scale MOSFETs Based on a Non-equilibrium Green's Function Method", IEICE Transactions on Electronics, E91-C, pp. 105-109 (2008).H. Fitriawan, M. Ogawa, S. Souma and T. Miyoshi, "Fullband Simulation of Nano-Scale MOSFETs Based on a Non-equilibrium Green's Function Method", IEICE Transactions on Electronics, E91-C, pp. 105-109 ( 2008). M. V. Fischetti and S. E. Laux, "Monte Carlo Study of Electron Transport in Silicon Inversion Layers", Physical Review B 48, 2244 (1993).M. V. Fischetti and S. E. Laux, "Monte Carlo Study of Electron Transport in Silicon Inversion Layers", Physical Review B 48, 2244 (1993).

フルバンド構造に基づいた量子化電子状態を厳密に計算するには、膨大な計算量と多大なメモリ空間が必要である。たとえば、非特許文献1に開示されている強結合近似法では、結晶を構成する原子を1つ1つ考慮し、さらに、各原子ごとに複数の原子軌道を考慮しなければならないので、FETの反転層での低次元電子系のハミルトニアンの行列サイズが非常に大きくなってしまう。それ故、ある程度の大きさを持つFETを対象にした場合には、シュレーディンガー方程式を解く際の計算量が膨大になり、現実的な計算時間でシミュレーションが終了しないおそれがある。   In order to precisely calculate the quantized electronic state based on the full-band structure, a huge amount of calculation and a large memory space are required. For example, in the strong coupling approximation method disclosed in Non-Patent Document 1, the atoms constituting the crystal must be considered one by one, and more than one atomic orbital must be considered for each atom. The matrix size of the low-dimensional electron Hamiltonian in the inversion layer becomes very large. Therefore, when an FET having a certain size is targeted, the calculation amount for solving the Schrödinger equation becomes enormous, and there is a possibility that the simulation does not end in a realistic calculation time.

計算量を抑制する方法として、非特許文献2は、擬ポテンシャル法に基づいてシュレーディンガー方程式を解く方法を開示している。この方法は、波数空間(または運動量空間)で定義されるバルク状態でのフルバンド構造を予め計算する。このフルバンド構造を用いることで、量子化されたフルバンド構造を高速に計算することが可能となる。   As a method of suppressing the amount of calculation, Non-Patent Document 2 discloses a method of solving the Schroedinger equation based on the pseudopotential method. This method pre-calculates a full band structure in a bulk state defined by wave number space (or momentum space). By using this full band structure, a quantized full band structure can be calculated at high speed.

図1は、擬ポテンシャル法と強結合近似法とで計算された分散関係の一例を示すグラフである。このグラフは、深さ方向100nmの領域に閉じ込め電界強度50kV/cmの三角ポテンシャルが形成されている場合の価電子帯の量子化バンドの分散関係(aは格子定数)を示すものである。図1には、<100>方向と<110>方向の結晶方位についてのグラフがそれぞれ示されている。図1に示されるように、擬ポテンシャル法と強結合近似法とでほぼ同じ量子化電子状態が得られるが、擬ポテンシャル法による量子化電子状態の算出時間は10秒程度であったのに対し、強結合近似法による量子化電子状態の算出時間は6時間程度であった。   FIG. 1 is a graph showing an example of a dispersion relationship calculated by the pseudopotential method and the strong coupling approximation method. This graph shows a dispersion relation (a is a lattice constant) of a valence band quantization band when a triangular potential having a confinement electric field strength of 50 kV / cm is formed in a region of 100 nm in the depth direction. FIG. 1 shows graphs of crystal orientations in the <100> direction and the <110> direction, respectively. As shown in FIG. 1, almost the same quantized electronic state is obtained by the pseudopotential method and the strong coupling approximation method, whereas the time for calculating the quantized electronic state by the pseudopotential method is about 10 seconds. The calculation time of the quantized electronic state by the strong coupling approximation method was about 6 hours.

しかしながら、非特許文献2の計算方法は、MOSFETのヘテロ構造のように、実空間においてMOS界面と垂直な閉じ込め方向に異種材料が積層された構造に対しては適用できない。その理由は、バルク状態での電子状態が波数空間で定義されるので、シュレーディンガー方程式にその実空間分布を取り入れることができないからである。   However, the calculation method of Non-Patent Document 2 cannot be applied to a structure in which different materials are stacked in a confinement direction perpendicular to the MOS interface in real space, such as a heterostructure of MOSFET. The reason is that since the electronic state in the bulk state is defined in the wave number space, the real space distribution cannot be incorporated into the Schroedinger equation.

本発明によれば、複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションを行うシミュレーション装置が提供される。このシミュレーション装置は、前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定する構造モデル設定部と、前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出する量子化状態算出部と、前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出する状態混合部と、を備えている。   According to the present invention, there is provided a simulation apparatus that models a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and performs a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure. The simulation apparatus assumes that the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and includes a single semiconductor layer of the plurality of types of semiconductor layers. A structural model setting unit that sets a virtual structural model corresponding to the virtual structural model, a quantized state calculating unit that calculates a virtual quantized electronic state of each of the virtual structural models as a virtual electronic state, and a physical property quantity of the virtual electronic state A state mixing unit for mixing and calculating a physical quantity of the quantized electronic state of the channel region.

発明によれば、複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションを行うためのシミュレーション方法が提供される。このシミュレーション方法は、(a)前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定するステップと、(b)前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出するステップと、(c)前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出するステップと、を備えている。   According to the invention, there is provided a simulation method for modeling a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and performing a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure. The simulation method assumes that (a) the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and is composed of any one semiconductor layer of the plurality of semiconductor layers. Setting a virtual structure model corresponding to each semiconductor layer; (b) calculating a virtual quantized electronic state of each virtual structure model as a virtual electronic state; and (c) physical properties of the virtual electronic state. And calculating the physical quantity of the quantized electronic state of the channel region by mixing the quantities.

本発明によれば、複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションをコンピュータに実行させるプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。前記数値シミュレーションは、(a)前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定する構造モデル設定処理と、(b)前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出する量子化状態算出処理と、(c)前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出する状態混合処理と、を含む。   According to the present invention, a computer that records a program for modeling a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and causing a computer to perform a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure. A readable recording medium is provided. The numerical simulation assumes that (a) the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and is composed of any one of the plurality of semiconductor layers. (B) a quantized state calculation process for calculating a virtual quantized electronic state of each virtual structure model as a virtual electronic state; And a state mixing process for calculating the physical quantity of the quantized electronic state of the channel region by mixing the physical quantities of the virtual electronic state.

上述の通り、本発明によるシミュレーション装置およびシミュレーション方法、並びに記録媒体に記録されたプログラムでは、ヘテロ構造がチャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに単一の半導体層からなると仮定して、複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルが設定されるので、仮想構造モデルの仮想電子状態をバルク状態とみなして数値シミュレーションにより短時間で仮想電子状態を算出することができる。また、仮想電子状態の物性量を混合することでチャネル領域の量子化電子状態の物性量が算出される。当該物性量を用いた数値シミュレーションを実行することにより電界効果トランジスタの電気的特性を比較的高精度かつ短時間で計算することが可能となる。   As described above, in the simulation apparatus and the simulation method according to the present invention, and the program recorded in the recording medium, a plurality of types are assumed on the assumption that the heterostructure has a confinement potential for forming a channel region and is composed of a single semiconductor layer. Since the virtual structure model corresponding to each semiconductor layer is set, the virtual electronic state of the virtual structure model can be regarded as a bulk state, and the virtual electronic state can be calculated in a short time by numerical simulation. Moreover, the physical quantity of the quantized electronic state of the channel region is calculated by mixing the physical quantities of the virtual electronic state. By executing the numerical simulation using the physical property amount, the electric characteristics of the field effect transistor can be calculated with relatively high accuracy and in a short time.

擬ポテンシャル法と強結合近似法とで計算された分散関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the dispersion | distribution relationship calculated by the pseudopotential method and the strong coupling approximation method. 本発明に係る第1の実施形態のシミュレーション装置の概略構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows schematic structure of the simulation apparatus of 1st Embodiment which concerns on this invention. シミュレーション装置の動作手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of a simulation apparatus roughly. (A)は、FETの断面構造を示す図であり、(B)は、(A)の構造内のポテンシャルV(z)の分布と電子の存在確率|Ψ(z)|の分布とを概略的に示す図である。(A) is a diagram showing a cross-sectional structure of an FET, and (B) shows a distribution of potential V (z) and a distribution of electron existence probability | Ψ (z) | 2 in the structure of (A). It is a figure shown roughly. 閉じ込めポテンシャルと電子の存在確率の分布とを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the confinement potential and distribution of the existence probability of an electron. 閉じ込めポテンシャルと電子の存在確率の分布とを概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the confinement potential and distribution of the existence probability of an electron. Ge/Siヘテロ構造を有するp型MOSFETの断面構造を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the cross-section of p-type MOSFET which has a Ge / Si heterostructure. 閉じ込めポテンシャルと基底サブバンドでの存在確率|Ψ(z)|の分布とを示す図である。It is a figure which shows the confinement potential and distribution of existence probability | Ψ (z) | 2 in the base subband. 各種方法で計算された分散関係を示すグラフである。It is a graph which shows the dispersion | distribution relationship calculated by various methods. モンテカルロ・シミュレーションで使用される波数空間を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the wave number space used by a Monte Carlo simulation. 第2の実施形態に係るシミュレーション方法の処理手順を概略的に示すフローチャートである。It is a flowchart which shows roughly the process sequence of the simulation method which concerns on 2nd Embodiment. 3種類の半導体層からなるヘテロ構造の閉じ込め方向のキャリア密度分布n(z)を示したグラフである。It is the graph which showed carrier density distribution n (z) of the confinement direction of the heterostructure which consists of three types of semiconductor layers.

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。   Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In all the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is appropriately omitted so as not to overlap.

(第1の実施形態)
図2は、本発明に係る第1の実施形態のシミュレーション装置1の概略構成を示す機能ブロック図である。このシミュレーション装置1は、複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ(FET)をモデル化して当該ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態を数値シミュレーションにより計算する機能を有する。
(First embodiment)
FIG. 2 is a functional block diagram showing a schematic configuration of the simulation apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention. The simulation apparatus 1 has a function of modeling a field effect transistor (FET) having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and calculating a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure by numerical simulation.

図2に示されるように、このシミュレーション装置1は、実計算機または仮想計算機などのプロセッサ(データ処理部)2を有している。このプロセッサ2は、データ入力部10,構造モデル設定部11,量子化状態算出部12および状態混合部13を有する。ユーザは、ディスプレイ5に表示された操作画面を確認しつつ、キーボードやポインティングデバイスなどの入力操作部4を操作してプロセッサ2の動作を制御することができる。   As shown in FIG. 2, the simulation apparatus 1 includes a processor (data processing unit) 2 such as a real computer or a virtual computer. The processor 2 includes a data input unit 10, a structural model setting unit 11, a quantization state calculation unit 12, and a state mixing unit 13. The user can control the operation of the processor 2 by operating the input operation unit 4 such as a keyboard or a pointing device while checking the operation screen displayed on the display 5.

データ入力部10には、数値シミュレーションの対象となるFETの素子構造データが外部から入力される。このFETは、MOSFETであり、MOS界面と垂直な方向に沿って複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する。このヘテロ構造は、低次元電子ガスが流れるべきチャネル領域を含む。   To the data input unit 10, element structure data of an FET to be numerically simulated is input from the outside. This FET is a MOSFET and has a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked along a direction perpendicular to the MOS interface. This heterostructure includes a channel region through which the low-dimensional electron gas should flow.

データ入力部10は、入力された素子構造データをデータ記憶装置3のデータ格納部30に記憶する。データ記憶装置3は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリなどの記録媒体(たとえば、半導体メモリや磁気記録媒体)と、この記録媒体に対してデータの書き込みと読み出しを行うための回路で構成することができる。データ格納部30は、予め記録媒体上の所定の記憶領域上に構成されてもよいし、あるいは、プロセッサ2の動作時に割り当てられる適当な記憶領域上に構成されてもよい。   The data input unit 10 stores the input element structure data in the data storage unit 30 of the data storage device 3. The data storage device 3 may be composed of a recording medium such as a volatile memory or a non-volatile memory (for example, a semiconductor memory or a magnetic recording medium) and a circuit for writing and reading data on the recording medium. it can. The data storage unit 30 may be configured in advance on a predetermined storage area on the recording medium, or may be configured on an appropriate storage area allocated during the operation of the processor 2.

ヘテロ構造内には、チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルが形成されている。構造モデル設定部11は、データ格納部30から素子構造データを読み出し、このヘテロ構造が閉じ込めポテンシャルを有するとともに複数種の半導体層のうち単一の半導体層からなると仮定して、複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定する機能を有する。   A confinement potential for forming a channel region is formed in the heterostructure. The structural model setting unit 11 reads the device structure data from the data storage unit 30, and assumes that the heterostructure has a confinement potential and is composed of a single semiconductor layer among the multiple types of semiconductor layers. It has a function of setting a virtual structure model corresponding to each.

量子化状態算出部12は、仮想構造モデルのそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出する。状態混合部13は、複数の仮想電子状態の物性量を混合してチャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出する。当該物性量は、たとえばキャリア輸送方程式を数値演算により解くために使用される物性量(移動度や拡散係数など)である。   The quantization state calculation unit 12 calculates each virtual quantized electronic state of the virtual structure model as a virtual electronic state. The state mixing unit 13 calculates the physical quantity of the quantized electronic state of the channel region by mixing the physical quantities of the plurality of virtual electronic states. The physical property amount is, for example, a physical property amount (mobility, diffusion coefficient, etc.) used to solve the carrier transport equation by numerical calculation.

そして、キャリア輸送計算部14は、状態混合部13により算出された当該物性量を用いてキャリア輸送方程式を解くことによりFETの電気的特性を算出する機能を有している。キャリア輸送方程式としては、たとえば、モンテカルロ法を用いたボルツマンの輸送方程式が挙げられるが、これに限定されるものではない。   The carrier transport calculation unit 14 has a function of calculating the electrical characteristics of the FET by solving the carrier transport equation using the physical property amount calculated by the state mixing unit 13. Examples of carrier transport equations include, but are not limited to, Boltzmann transport equations using the Monte Carlo method.

図2のシミュレーション装置1の機能ブロック10〜14の全部または一部は、半導体集積回路などのハードウェアで実現されてもよいし、あるいは、不揮発性メモリや光ディスクなどの記録媒体に記録されたプログラムまたはプログラムコードで実現されてもよい。このようなプログラムまたはプログラムコードは、機能ブロック10〜14の全部または一部の処理を、CPUを有するコンピュータシステムに実行させるものである。CPUは、機能ブロック10〜14の処理を実行する演算部と、前記処理の命令を記憶する主記憶部とを含み、処理過程で使用するデータを記憶装置に一時的に記憶しつつ一連の処理を実行する。   All or part of the functional blocks 10 to 14 of the simulation apparatus 1 in FIG. 2 may be realized by hardware such as a semiconductor integrated circuit, or a program recorded in a recording medium such as a nonvolatile memory or an optical disk Alternatively, it may be realized by a program code. Such a program or program code causes a computer system having a CPU to execute all or part of the processing of the functional blocks 10 to 14. The CPU includes a calculation unit that executes the processes of the functional blocks 10 to 14 and a main storage unit that stores the instructions for the process, and a series of processes while temporarily storing data used in the process in the storage device Execute.

上記構成を有するシミュレーション装置1の動作を以下に説明する。図3は、シミュレーション装置1の動作手順を概略的に示すフローチャートであり、図4(A)は、シミュレーションの対象となるFET100の断面構造を示す図であり、図4(B)は、図4(A)の構造内のポテンシャルV(z)の分布と電子の存在確率|Ψ(z)|とを概略的に示す図である。ここで、zは、FET100の深さ方向の位置を示す変数であり、Ψ(z)は、量子化電子状態の波動関数である。 The operation of the simulation apparatus 1 having the above configuration will be described below. FIG. 3 is a flowchart schematically showing an operation procedure of the simulation apparatus 1, FIG. 4A is a diagram showing a cross-sectional structure of the FET 100 to be simulated, and FIG. 4B is a diagram showing FIG. It is a figure which shows roughly distribution of potential V (z) in the structure of (A), and electron existence probability | Ψ (z) | 2 . Here, z is a variable indicating the position of the FET 100 in the depth direction, and Ψ (z) is a wave function of the quantized electronic state.

図4(A)に示されるように、FET100は、MOSFETであり、ヘテロ構造を構成する半導体層110A,110B,120を有する。これら半導体層110A,110B,120はヘテロ接合されている。また、これら半導体層110A,110B,120は、MOS界面に垂直な深さ方向(z軸方向)に沿って積層されている。半導体層110Aには、図4(B)に示されるように井戸状の閉じ込めポテンシャルが形成されており、1次元電子あるいは2次元電子の低次元電子ガスが流れるべきチャネル領域を構成する。このヘテロ構造上にゲート絶縁膜を介してゲート電極140が形成されており、このゲート電極140の両側にそれぞれソース電極130Sとドレイン電極130Dが形成されている。   As shown in FIG. 4A, the FET 100 is a MOSFET and includes semiconductor layers 110A, 110B, and 120 that form a heterostructure. These semiconductor layers 110A, 110B, and 120 are heterojunctioned. The semiconductor layers 110A, 110B, and 120 are stacked along the depth direction (z-axis direction) perpendicular to the MOS interface. In the semiconductor layer 110A, a well-like confinement potential is formed as shown in FIG. 4B, and a channel region where a one-dimensional electron or two-dimensional electron low-dimensional electron gas should flow is formed. A gate electrode 140 is formed on the heterostructure via a gate insulating film, and a source electrode 130S and a drain electrode 130D are formed on both sides of the gate electrode 140, respectively.

図3を参照すると、ステップS10で、構造モデル設定部11は、シミュレーション対象となるヘテロ構造MOSFETの素子構造を示すデータをデータ格納部30から読み出す。次に、構造モデル設定部11は、ヘテロ構造を構成する異種半導体層110A,110Bにそれぞれ対応する仮想構造モデルを設定する(ステップS11)。すなわち、構造モデル設定部11は、ヘテロ構造が閉じ込めポテンシャルを有するとともに半導体層110A,110Bのうちの何れか一方の半導体層のみからなると仮定して、半導体層110A,110Bそれぞれに対応する仮想構造モデルを設定する。   Referring to FIG. 3, in step S <b> 10, the structural model setting unit 11 reads data indicating the element structure of the heterostructure MOSFET to be simulated from the data storage unit 30. Next, the structure model setting unit 11 sets virtual structure models respectively corresponding to the different semiconductor layers 110A and 110B constituting the heterostructure (step S11). That is, the structure model setting unit 11 assumes that the heterostructure has a confinement potential and includes only one of the semiconductor layers 110A and 110B, and the virtual structure model corresponding to each of the semiconductor layers 110A and 110B. Set.

次に、量子化状態算出部12は、仮想構造モデルの量子化電子状態を仮想電子状態Φ、Φとして数値シミュレーションにより算出する(ステップS12)。ここで、仮想電子状態Φは、ヘテロ構造が閉じ込めポテンシャルを有するとともに半導体層110Aのみからなると仮定した場合の仮想的な量子化電子状態であり、仮想電子状態Φは、ヘテロ構造が閉じ込めポテンシャルを有するとともに半導体層110Bのみからなると仮定した場合の仮想的な量子化電子状態である。この結果、仮想電子状態Φ、Φそれぞれの電子の波動関数Ψ(z),Ψ(z)が算出される。仮想電子状態Φ、Φは、たとえば、擬ポテンシャル法などの公知の高速演算法を使用して算出されればよいので、その詳細な説明は省略する。 Next, the quantization state calculation unit 12 calculates the quantization electronic states of the virtual structure model as virtual electronic states Φ A and Φ B by numerical simulation (step S12). Here, the virtual electronic state [Phi A, a virtual quantization electronic states on the assumption that consists of only the semiconductor layer 110A which has a potential heterostructure confinement, virtual electronic state [Phi B is heterostructure confining potential And a virtual quantized electronic state when it is assumed that the semiconductor layer 110B alone is included. As a result, the wave functions Ψ A (z) and Ψ B (z) of the electrons in the virtual electronic states Φ A and Φ B are calculated. The virtual electronic states Φ A and Φ B may be calculated using, for example, a known high-speed calculation method such as a pseudo-potential method, and thus detailed description thereof is omitted.

ここで、半導体層110A,110Bそれぞれのバルク状態でのエネルギーバンド構造は、伝導帯の最低エネルギーまたは価電子帯の最高エネルギーなどの適当なエネルギー値を原点として得ることが可能である。両者のエネルギー原点間のエネルギー差、すなわちバンドオフセットは、閉じ込めポテンシャルV(z)に含まれているとする。   Here, the energy band structure in the bulk state of each of the semiconductor layers 110A and 110B can obtain an appropriate energy value such as the lowest energy in the conduction band or the highest energy in the valence band as an origin. It is assumed that the energy difference between the energy origins, that is, the band offset, is included in the confinement potential V (z).

次に、状態混合部13は、波動関数Ψ(z),Ψ(z)に基づいて、仮想電子状態Φ、Φの電子の存在確率をI、Iを算出する(ステップS13)。続けて、状態混合部13は、これら存在確率をI、Iに基づいて、実際の量子化電子状態の電子の存在確率Iを算出する(ステップS14)。 Next, the state mixing unit 13 calculates the existence probabilities of the electrons in the virtual electronic states Φ A and Φ B based on the wave functions Ψ A (z) and Ψ B (z) (steps I A and I B). S13). Subsequently, the state mixing unit 13 calculates the existence probability I of electrons in the actual quantized electronic state based on these existence probabilities I A and I B (step S14).

より具体的には、図2の状態混合部13の中の存在確率算出部が、仮想電子状態Φ、Φの波動関数Ψ(z),Ψ(z)に基づいて、チャネル領域における当該仮想電子状態Φ、Φそれぞれの電子の存在確率I、Iを算出する(ステップS13)。 More specifically, the existence probability calculation unit in the state mixing unit 13 in FIG. 2 determines the channel region based on the wave functions Ψ A (z) and Ψ B (z) of the virtual electronic states Φ A and Φ B. The existence probabilities I A and I B of the respective electrons in the virtual electronic states Φ A and Φ B are calculated (step S13).

ここで、閉じ込めポテンシャルV(z)についての電子の存在確率Iは、次式(1)に従って算出することができる。積分すべき領域は、半導体層110Aの領域(z1<z<z2)である。   Here, the existence probability I of electrons for the confinement potential V (z) can be calculated according to the following equation (1). The region to be integrated is the region (z1 <z <z2) of the semiconductor layer 110A.

Figure 2010165924
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図5に示すように、チャネル領域における電子の存在確率Iは、量子化電子状態の電子の存在確率|Ψ(z)|の半導体層110Aの領域(z1<z<z2)における積分値である。図5において、Fは、半導体層120の領域を、Fは、半導体層110Aの領域を、Fは、半導体層110Bの領域を、それぞれ表している。 As shown in FIG. 5, the electron existence probability I in the channel region is an integral value in the region (z1 <z <z2) of the semiconductor layer 110A of the electron existence probability | Ψ (z) | 2 in the quantized electronic state. is there. In FIG. 5, F 0 represents a region of the semiconductor layer 120, F 1 represents a region of the semiconductor layer 110A, and F 2 represents a region of the semiconductor layer 110B.

なお、波動関数Ψ(z)は、全領域での積分値が1になるように規格化されているとする。また、半導体層110Aの領域は連続した領域である必要はなく、たとえば、z3<z<z4の領域、z5<z<z6の領域といったように分割された領域がある場合には、それぞれの領域での積分値の和を存在確率Iとすればよい。   It is assumed that the wave function Ψ (z) is normalized so that the integral value in all regions is 1. Further, the region of the semiconductor layer 110A does not need to be a continuous region. For example, when there are divided regions such as a region of z3 <z <z4 and a region of z5 <z <z6, the respective regions The existence probability I may be the sum of the integral values at.

ここで、仮想電子状態Φ、Φの波動関数Ψ(z),Ψ(z)は、図6に示されるような分布を有する。本実施形態では、上式(1)と同時に、以下の関係式(2)が近似的に成立するものと考えることが特徴である。 Here, the wave functions Ψ A (z) and Ψ B (z) of the virtual electronic states Φ A and Φ B have a distribution as shown in FIG. The present embodiment is characterized in that it is considered that the following relational expression (2) is approximately established simultaneously with the above expression (1).

Figure 2010165924
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チャネル領域とみなす半導体層110Aの領域(z1<z<z2)における波動関数Ψ(z),Ψ(z)の積分値(すなわち、当該領域での電子の存在確率I,I)は、それぞれ、以下の式(3A)、(3B)で与えられる。 Integral values of wave functions Ψ A (z), Ψ B (z) in the region (z1 <z <z2) of the semiconductor layer 110A regarded as a channel region (that is, the existence probability of electrons in the region I A , I B ) Are given by the following equations (3A) and (3B), respectively.

Figure 2010165924
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Figure 2010165924
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したがって、上式(2)より、次式(4)が成立することが分かる。   Therefore, it can be seen from the above equation (2) that the following equation (4) holds.

Figure 2010165924
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図2の状態混合部13の中の存在確率算出部は、この式(4)に基づいてチャネル領域における存在確率Iを算出する。なお、電子の存在確率(波動関数の絶対値の2乗)により混合する割合が決定されるので、量子化電子状態の量子数(サブバンド)ごとに混合する割合は変化する。   The existence probability calculation unit in the state mixing unit 13 in FIG. 2 calculates the existence probability I in the channel region based on the equation (4). Since the mixing ratio is determined by the existence probability of electrons (the square of the absolute value of the wave function), the mixing ratio changes for each quantum number (subband) of the quantized electronic state.

状態混合部13は、ステップS14で得られた混合割合に基づいて仮想電子状態の物性量を混合することにより、キャリア輸送方程式を解くために必要な物性量Xを算出する(ステップS15)。具体的には、量子化電子状態のある物性量をXとした場合、仮想電子状態Φでの物性量をXとし、仮想電子状態Φでの物性量をXとしたとき、キャリア輸送計算部14は、次式に従って物性量X,Xを混合して物性量Xを算出する。ここで、物性量Xは、エネルギーバンド構造や電子の存在確率や移動度、散乱パラメータなどの、キャリア輸送方程式を解くために必要な低次元キャリアの物性量である。 The state mixing unit 13 calculates the physical property amount X necessary for solving the carrier transport equation by mixing the physical property amounts in the virtual electronic state based on the mixing ratio obtained in step S14 (step S15). Specifically, when a certain physical quantity in the quantized electronic state is X, the physical quantity in the virtual electronic state Φ A is X A and the physical quantity in the virtual electronic state Φ B is X B , The transport calculation unit 14 calculates the physical property amount X by mixing the physical property amounts X A and X B according to the following equation. Here, the physical property amount X is a physical property amount of a low-dimensional carrier necessary for solving the carrier transport equation such as the energy band structure, the existence probability of electrons, the mobility, and the scattering parameter.

X=I×X+(1−I)×X X = I × X A + ( 1-I) × X B

なお、物性量X、X、Xが分布を持ち、たとえば、X(t)、X(t)、X(t)と表される場合には、引数tごとにX(t)、X(t)を混合してX(t)を算出すればよい。 It should be noted that when the physical property quantities X, X A , and X B have distributions and are expressed as, for example, X (t), X A (t), and X B (t), X A (t ), X B (t) may be mixed to calculate X (t).

上記の如く、ヘテロ構造の量子化電子状態での物性量を、バルク状態での物性量を基礎とした計算方法を用いて得ることが可能である。キャリア輸送計算部14は、キャリア輸送方程式に基づいた数値演算を実行してFET100の電気的特性を算出する(ステップS16)。たとえば、低次元キャリアの輸送計算の方法として、モンテカルロ法や低次元キャリアの固有モード展開による非平衡グリーン関数法などの方法によりキャリア輸送方程式を解けばよい。キャリア輸送計算を行う際に、ポアソン方程式を用いて、自己無撞着にキャリア輸送計算を行ってもよい。   As described above, the physical property amount in the quantized electronic state of the heterostructure can be obtained using a calculation method based on the physical property amount in the bulk state. The carrier transport calculation unit 14 calculates the electrical characteristics of the FET 100 by performing a numerical operation based on the carrier transport equation (step S16). For example, the carrier transport equation may be solved by a Monte Carlo method or a non-equilibrium Green function method using eigenmode expansion of a low-dimensional carrier as a method for calculating transport of the low-dimensional carrier. When performing the carrier transport calculation, the carrier transport calculation may be performed in a self-consistent manner using the Poisson equation.

なお、自己無撞着計算の途中で閉じ込めポテンシャルV(z)が変化する場合には、ステップS16からステップS12に戻り、変化した閉じ込めポテンシャルを用いてヘテロ構造の量子化電子状態を計算し直せばよい。   When the confinement potential V (z) changes during the self-consistent calculation, the process returns from step S16 to step S12, and the quantized electronic state of the heterostructure is recalculated using the changed confinement potential. .

次に、本実施形態の数値シミュレーションによる効果について説明する。   Next, the effect of the numerical simulation of this embodiment will be described.

図7に示すように、シリコン基板210B上に厚さ3nmのGeチャネル領域210Aが形成されたGe/Siヘテロ構造を有するp型MOSFET200に対するシミュレーションを実行した。このp型MOSFET200は、チャネル領域210Aに対向するゲート電極230とソース電極220Sとドレイン電極220Dとを有するものである。x軸方向は、MOSFET200のチャネル方向(ソース電極−ドレイン電極間方向)を示し、y軸方向は、ゲート電極230の幅方向を示し、z軸方向は、MOS界面と垂直な方向を示す。   As shown in FIG. 7, a simulation was performed on a p-type MOSFET 200 having a Ge / Si heterostructure in which a Ge channel region 210A having a thickness of 3 nm was formed on a silicon substrate 210B. The p-type MOSFET 200 has a gate electrode 230, a source electrode 220S, and a drain electrode 220D that face the channel region 210A. The x-axis direction indicates the channel direction (source electrode-drain electrode direction) of the MOSFET 200, the y-axis direction indicates the width direction of the gate electrode 230, and the z-axis direction indicates a direction perpendicular to the MOS interface.

図8は、図7のGe/Siヘテロ構造での閉じ込めポテンシャルV(z)と、最終的に得られた基底サブバンドでの存在確率|Ψ(z)|の分布とを示している。この存在確率|Ψ(z)|から得られる、基底状態でのGe層の量子化電子状態の混合率Iは、65.5%、Si層の量子化電子状態は、1−I=34.5%となる。ただし、今回の計算では、Si/Ge間のバンドオフセットは無視している。 FIG. 8 shows the confinement potential V (z) in the Ge / Si heterostructure of FIG. 7 and the distribution of the existence probability | Ψ (z) | 2 in the finally obtained base subband. The mixing ratio I of the quantized electronic state of the Ge layer in the ground state obtained from this existence probability | Ψ (z) | 2 is 65.5%, and the quantized electronic state of the Si layer is 1−I = 34. .5%. However, in this calculation, the band offset between Si / Ge is ignored.

図9は、<100>、<110>方向の結晶方位について、実際にGe/Siヘテロ構造での原子配置を考慮して、強結合近似法により計算した量子電子状態の価電子帯基底サブバンドの分散関係の計算結果(実線)と、閉じ込めポテンシャルを固定して、閉じ込め方向の物質がSiのみであると仮定した場合の計算結果(破線)と、閉じ込め方向の物質がGeのみであると仮定した場合の計算結果(点線)と、破線と点線の結果を混合率Iにより混合した結果(白丸)と、を示す図である。   FIG. 9 shows the valence band base subband of the quantum electronic state calculated by the strong coupling approximation method in consideration of the atomic arrangement in the Ge / Si heterostructure for the crystal orientation in the <100> and <110> directions. The calculation result of the dispersion relation (solid line), the calculation result when the confinement potential is fixed and the material in the confinement direction is assumed to be only Si (dashed line), and the material in the confinement direction is assumed to be only Ge It is a figure which shows the calculation result (dotted line) at the time of doing, and the result (white circle) which mixed the result of the broken line and the dotted line by the mixing rate I.

図9から分かるように、本実施形態の方法により得られた結果と、実際にヘテロ構造の物質分布を考慮して計算した結果とが、<100>、<110>方向の結晶方位のいずれの場合でも、よく一致していることが分かる。   As can be seen from FIG. 9, the result obtained by the method of the present embodiment and the result calculated in consideration of the material distribution of the heterostructure are the crystal orientations in the <100> and <110> directions. Even in this case, you can see that they are in good agreement.

ソース−ドレイン間のキャリア輸送方向(図7のx軸方向)について閉じ込めポテンシャルV(z)やヘテロ構造の構成が変化する場合には、キャリア輸送方向の各点において以上の処理を繰り返し実行して、それぞれヘテロ構造での量子化電子状態を算出すればよい(図3のステップS12〜S15)。   When the confinement potential V (z) and the structure of the heterostructure change in the carrier transport direction between the source and drain (x-axis direction in FIG. 7), the above processing is repeatedly executed at each point in the carrier transport direction. Each of the quantized electronic states in the heterostructure may be calculated (steps S12 to S15 in FIG. 3).

ところで、このシミュレーションでは、物性量としてのバンド構造の混合を行ったが、散乱パラメータなどの他のパラメータの物性量に対しても混合することができる。   By the way, in this simulation, the band structure as a physical property amount is mixed, but the physical property amount of other parameters such as a scattering parameter can also be mixed.

上記のようにして得られたヘテロ構造での量子化電子状態の物性量を用いてキャリア輸送計算をが実行される(ステップS16)。このとき、一般的な低次元キャリア輸送計算方法を使用すればよい。   Carrier transport calculation is executed using the physical quantity of the quantized electronic state in the heterostructure obtained as described above (step S16). At this time, a general low-dimensional carrier transport calculation method may be used.

低次元キャリア輸送計算方法の例として、モンテカルロ法によりボルツマン輸送方程式を解くモンテカルロ・シミュレーションが挙げられる。以下、このモンテカルロ・シミュレーションについて説明する。   An example of a low-dimensional carrier transport calculation method is a Monte Carlo simulation that solves the Boltzmann transport equation by the Monte Carlo method. Hereinafter, this Monte Carlo simulation will be described.

バルク型MOSFETの場合、キャリアの閉じ込め方向は、図7のz軸方向のみであり、量子化されたキャリアは、2次元キャリアとなる。この場合、キャリアの状態は主に図7のx軸方向、y軸方向に対する波数k、kで表され、その量子化エネルギーバンドは、図10に示されるようにk、kの2次元波数空間で表現される。図10では、エネルギーの等高線が示されており、aは格子定数である。 In the case of a bulk MOSFET, the carrier confinement direction is only the z-axis direction of FIG. 7, and the quantized carrier is a two-dimensional carrier. In this case, the state of the carrier is mainly expressed by wave numbers k x and k y with respect to the x-axis direction and the y-axis direction in FIG. 7, and the quantization energy bands of k x and k y are shown in FIG. It is expressed in a two-dimensional wave number space. In FIG. 10, energy contour lines are shown, and a is a lattice constant.

また、2次元キャリアのz方向の実空間情報は、量子化電子状態の量子数jzと、量子数ごとの波動関数Ψjz(z)によって表される。このような2次元キャリアに対するモンテカルロ・シミュレーションでは、まず、図10のように、計算領域として設定した実空間の座標X=X、X、X、…、Xの全ての点において、上述の方法によりGe層の量子化電子状態とSi層の量子化電子状態とを混合し、Ge/Siヘテロ構造での量子化電子状態を計算する。 Also, the real space information in the z direction of the two-dimensional carrier is represented by a quantum number jz of the quantized electronic state and a wave function Ψ jz (z) for each quantum number. The Monte Carlo simulation for such two-dimensional carrier, first, as shown in FIG. 10, the coordinate X = X 1 in the real space set as a calculation area, X 2, X 3, ..., at all points of X M, The quantized electronic state of the Ge layer and the quantized electronic state of the Si layer are mixed by the above-described method, and the quantized electronic state in the Ge / Si heterostructure is calculated.

図10では、量子化電子状態のうち、ある1つの量子数でのバンド構造のみが表示されているが、量子化電子状態には、量子数毎のバンド構造に加え、散乱パラメータなどの物性情報も含まれている。   In FIG. 10, only the band structure at a certain quantum number among the quantized electronic states is displayed, but the quantized electronic state includes physical property information such as scattering parameters in addition to the band structure for each quantum number. Is also included.

図10では、Xの座標としてX〜XのM個の座標点を考えているが、Mは、素子構造と計算精度に応じて任意の正の値を設定することができる。 In FIG. 10, M coordinate points X 1 to X M are considered as the coordinates of X, but M can be set to any positive value depending on the element structure and calculation accuracy.

さらに、Mが、2以上の場合、座標点間の量子化電子状態を、さらにx軸方向に対して補間することにより、計算精度を高めることができる。その際の補間方法は線形補間やスプライン補間などの標準的な方法を用いることができる。ただし、座標点数Mは、補間に必要な座標点数以上である必要がある。   Furthermore, when M is 2 or more, the calculation accuracy can be improved by further interpolating the quantized electronic state between coordinate points with respect to the x-axis direction. In this case, a standard method such as linear interpolation or spline interpolation can be used as the interpolation method. However, the number of coordinate points M needs to be equal to or greater than the number of coordinate points necessary for interpolation.

キャリア輸送方程式を解く際には、X、k、kの3次元量子化電子状態空間内で低次元キャリアを走行させて、低次元キャリア輸送計算が実行される。y軸方向についてもキャリアは輸送させるが、図7のMOSFET200では、y軸方向については均一かつ十分領域が広いと考えて、無視することができる。 When solving the carrier transport equations, X, k x, in 3-dimensional quantized electronic states space of k y by driving low-dimensional carrier, low-dimensional carrier transport calculation is performed. Although carriers are transported also in the y-axis direction, the MOSFET 200 of FIG. 7 can be ignored because it is considered uniform and sufficiently wide in the y-axis direction.

低次元キャリアは、電子や正孔のような荷電粒子であり、電界Fに応じてk‐k波数平面上で運動させる。キャリアの電荷をqとし、プランク定数をhとすると、自由時間τの間のk‐k平面上での座標変化Δkは、Δk=2π×q×F×τ/hとなる。ただし、ここでは磁場の影響は無いものとしている。 Low-dimensional carriers are charged particles such as electrons and holes, to exercise on k x -k y wavenumber plane in response to an electric field F. The charge of the carrier and q, the Planck's constants is h, the coordinates change .DELTA.k on k x -k y plane between the free time tau becomes Δk = 2π × q × F × τ / h. However, here, it is assumed that there is no influence of the magnetic field.

ここで、電界Fは、量子化電子状態のエネルギーバンド構造をE(x、k、k)とした場合、−δE(x、k、k)/δxであり、E(x、k、k)のxについての偏微分により決まる。つまり、キャリアの実空間座標、k‐k波数平面座標によって電界Fは異なる。 Here, the electric field F is, when the energy band structure of the quantization electron state E (x, k x, k y) and, -δE (x, k x, k y) is / δx, E (x, k x , k y ) determined by partial differentiation with respect to x. In other words, the real space coordinates of the carrier, the electric field by k x -k y wavenumber plane coordinates F are different.

モンテカルロ・シミュレーションでは自由時間τは、0から1の間の一様乱数r1を用いて、τ=−ln(r1)/Γとして定義される。ここで、lnは自然対数であり、Γはフォノン散乱、不純物散乱、界面ラフネス散乱などの種々の散乱の、個々の散乱確率の和、つまり全散乱確率である。   In the Monte Carlo simulation, the free time τ is defined as τ = −ln (r1) / Γ using a uniform random number r1 between 0 and 1. Here, ln is a natural logarithm, and Γ is the sum of individual scattering probabilities of various types of scattering such as phonon scattering, impurity scattering, and interface roughness scattering, that is, the total scattering probability.

また、各種散乱パラメータとして、フォノンエネルギーなどの経験的に良く知られたパラメータを用いる場合には、それらの物性パラメータについても量子化電子状態としてGe層とSi層の物性量(物性パラメータ)を混合して使用すればよい。   In addition, when empirically well-known parameters such as phonon energy are used as various scattering parameters, the physical property quantities (physical property parameters) of the Ge layer and Si layer are also mixed as the quantized electronic state for these physical property parameters. And use it.

このような物性パラメータの混合については、量子化電子状態のバンド構造計算を、強結合近似法などによる実空間基底に基づいた方法で行う場合にも適用することができる。   Such mixing of physical property parameters can also be applied to the case where the band structure calculation of the quantized electronic state is performed by a method based on a real space basis such as a strong coupling approximation method.

実空間での運動については速度ベクトルv=(v、v)に応じて運動させる。vは、v=(v、v)=(2π/h)×(δE(x、k、k)/δk、δE(x、k、k)/δk)と、E(x、k、k)の波数空間での偏微分により計算すればよい。 The movement in the real space is performed according to the velocity vector v = (v x , v y ). v is v = (v x , v y ) = (2π / h) × (δE (x, k x , k y ) / δk x , δE (x, k x , k y ) / δk y ), What is necessary is just to calculate by partial differentiation in the wave number space of E (x, k x , k y ).

ただし、実際には、量子化電子状態がx軸方向に対して変化するので、キャリア実空間上で速度vでキャリアを運動させながら、量子化電子状態を変化させつつ、キャリアを輸送させることとなる。   However, since the quantized electronic state actually changes with respect to the x-axis direction, the carrier is transported while changing the quantized electronic state while moving the carrier at a velocity v in the carrier real space. Become.

上記したような低次元キャリア輸送計算を、多数の低次元キャリアに対して行うことにより、最終的にソースからドレインに達した低次元キャリア数から電流値を計算することが可能である。   By performing the low-dimensional carrier transport calculation as described above for a large number of low-dimensional carriers, the current value can be calculated from the number of low-dimensional carriers finally reaching the drain from the source.

また、低次元キャリアの分布からキャリア密度分布を計算することができ、得られたキャリア密度分布をポアソン方程式に代入して解くことにより、新たなポテンシャル分布を得ることができる。さらに、この新たなポテンシャル分布を用いてキャリア輸送計算を行っていけば、自己無撞着的な解を得ることができる。その際、ポテンシャル分布が更新された時点で、新たに量子化電子状態の混合割合を更新することにより、計算精度を高めることができる。   Also, the carrier density distribution can be calculated from the low-dimensional carrier distribution, and a new potential distribution can be obtained by substituting the obtained carrier density distribution into the Poisson equation and solving it. Furthermore, if carrier transport calculation is performed using this new potential distribution, a self-consistent solution can be obtained. At this time, when the potential distribution is updated, the calculation accuracy can be improved by newly updating the mixing ratio of the quantized electronic states.

以上は閉じ込め量子化方向がz方向のみのバルク型Ge/Siヘテロ構造MOSFET200を例として挙げて説明したが、本実施形態のシミュレーションは、2次元閉じ込め型や3次元閉じ込め型のヘテロ構造デバイスに対しても適用することができる。また、磁場の影響がある場合についても、シュレーディンガー方程式やキャリア輸送計算に磁場の影響を取り入れることにより、本実施形態のシミュレーションを実行することが可能である。   Although the bulk Ge / Si heterostructure MOSFET 200 whose confinement quantization direction is only the z direction has been described above as an example, the simulation of the present embodiment is applied to a two-dimensional confinement type or three-dimensional confinement type heterostructure device. Even can be applied. Even when there is an influence of a magnetic field, it is possible to execute the simulation of the present embodiment by incorporating the influence of the magnetic field into the Schroedinger equation and the carrier transport calculation.

上記の通り、第1の実施形態のシミュレーション装置1は、仮想電子状態の電子の存在確率に基づいて混合割合を算出し、この混合割合に基づいて仮想電子状態の物性量を混合して量子化電子状態の物性量を算出するので、当該物性量を用いた数値シミュレーションを高速かつ高精度に実行することができる。たとえば、シミュレーション装置1は、当該物性量をパラメータとしたキャリア輸送方程式を解くことにより電界効果トランジスタの電気的特性を短時間で計算することができる。   As described above, the simulation apparatus 1 according to the first embodiment calculates the mixing ratio based on the existence probability of the electrons in the virtual electronic state, and mixes and quantizes the physical quantity of the virtual electronic state based on the mixing ratio. Since the physical property quantity in the electronic state is calculated, a numerical simulation using the physical property quantity can be executed at high speed and with high accuracy. For example, the simulation apparatus 1 can calculate the electrical characteristics of the field effect transistor in a short time by solving a carrier transport equation using the physical property amount as a parameter.

(第2の実施形態)
次に、本発明に係る第2の実施形態について説明する。本実施形態のシミュレーション装置の構成は、状態混合部13の処理内容を除いて、上記第1の実施形態のシミュレーション装置1(図2)の構成と基本的に同じである。図11は、第2の実施形態に係るシミュレーション方法の処理手順を概略的に示すフローチャートである。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment according to the present invention will be described. The configuration of the simulation apparatus of the present embodiment is basically the same as the configuration of the simulation apparatus 1 (FIG. 2) of the first embodiment except for the processing content of the state mixing unit 13. FIG. 11 is a flowchart schematically showing a processing procedure of the simulation method according to the second embodiment.

図11に示されるように、図3と同様にステップS10〜S12が実行される。本実施形態のシミュレーション方法が第1の実施形態のシミュレーション方法と異なる点は、ステップS15で仮想電子状態の物性量の混合に使用される混合割合をキャリア密度分布に基づいて算出する点である。   As shown in FIG. 11, steps S10 to S12 are executed as in FIG. The difference between the simulation method of the present embodiment and the simulation method of the first embodiment is that the mixing ratio used for mixing the physical property amounts in the virtual electronic state is calculated based on the carrier density distribution in step S15.

ステップS12で仮想電子状態が算出された後、状態混合部13は、混合割合を適当な初期値に設定する(ステップS20)。その後、状態混合部13は、ステップS14で設定された混合割合に基づいて仮想電子状態の物性量を混合することにより、キャリア輸送方程式を解くために必要な物性量Xを暫定的に算出する(ステップS15)。   After the virtual electronic state is calculated in step S12, the state mixing unit 13 sets the mixing ratio to an appropriate initial value (step S20). Thereafter, the state mixing unit 13 tentatively calculates the physical property amount X necessary to solve the carrier transport equation by mixing the physical property amounts in the virtual electronic state based on the mixing ratio set in step S14 ( Step S15).

その後、キャリア輸送計算部14は、キャリア輸送方程式に基づいた数値演算を実行してFET100の電気的特性を暫定的に算出する(ステップS16)。この後、状態混合部13に処理が戻り、状態混合部13は、この数値演算により得られたキャリア密度分布に基づいて混合割合を算出し(ステップS21)、このステップS21で算出された混合割合が収束しているか否かを判定する(ステップS22)。当該混合割合が収束していないと判定された場合(ステップS22のNO)は、ステップS15〜S22の手順が繰り返し実行される。   After that, the carrier transport calculation unit 14 executes a numerical operation based on the carrier transport equation to tentatively calculate the electrical characteristics of the FET 100 (step S16). Thereafter, the process returns to the state mixing unit 13, and the state mixing unit 13 calculates a mixing ratio based on the carrier density distribution obtained by the numerical calculation (step S21), and the mixing ratio calculated in step S21. It is determined whether or not has converged (step S22). When it is determined that the mixing ratio has not converged (NO in step S22), the procedures in steps S15 to S22 are repeatedly executed.

ステップS15で用いた混合割合とステップS21で得られた新たな混合割合が比較され、両者の差が十分小さいとして混合割合が収束していれば(ステップS22のYES)、キャリア輸送計算部14は、その時点で計算結果を出力して計算を終了する。なお、ステップS13の手順を実行する際には、キャリア密度の初期分布を用いて初期値を算出してもよい。   When the mixing ratio used in step S15 is compared with the new mixing ratio obtained in step S21 and the difference between the two is sufficiently small and the mixing ratio has converged (YES in step S22), the carrier transport calculation unit 14 At that time, the calculation result is output and the calculation is terminated. When executing the procedure of step S13, an initial value may be calculated using an initial distribution of carrier density.

図12は、3種類の半導体層C、D、Eからなるヘテロ構造の閉じ込め方向のキャリア密度分布n(z)を示したグラフである。このグラフ中、F、F、Fは、それぞれ、半導体層C、D、Eの領域を表している。領域Fに存在するキャリア密度の積分値N、領域Fに存在するキャリア密度の積分値N、領域Fに存在するキャリア密度の積分値Nに応じて、それぞれの半導体層C、D、Eでの量子化電子状態の混合割合を定めることができる。 FIG. 12 is a graph showing the carrier density distribution n (z) in the confinement direction of a heterostructure composed of three types of semiconductor layers C, D, and E. During this graph, F C, F D, F E respectively represent semiconductor layers C, D, a region of the E. Integral value N C of the carrier density present in the region F C, the integral value N D of the carrier density present in the region F D, depending on the integration value N E of the density of carriers present in the region F E, the respective semiconductor layers C , D, and E can determine the mixing ratio of the quantized electronic states.

具体的には、量子化電子状態のある物性量をXとした場合、領域Fの仮想電子状態での物性量をXとし、領域Fの仮想電子状態での物性量をXとし、領域Fの仮想電子状態での物性量をXとすれば、次の混合式に従って物性量Xを算出できる。 Specifically, when the physical properties value having a quantized electron state and X, the properties of the virtual electronic state of the region F C and X C, the physical properties of the virtual electronic state area F D and X D if the physical properties of the virtual electronic state area F E and X E, can be calculated properties amount X according to the following mixing formula.

X=X×N/N+X×N/N+X×N/N X = X C × N C / N + X D × N D / N + X E × N E / N

ここで、Nは、キャリア密度分布n(z)の全領域での積分値である。   Here, N is an integral value in the entire region of the carrier density distribution n (z).

この場合、キャリア密度分布によって混合割合が決定されるので、3種類以上の物質により構成されたヘテロ構造のチャネル領域を持つMOSFETに対しても適用することができる。   In this case, since the mixing ratio is determined by the carrier density distribution, the present invention can be applied to a MOSFET having a channel region having a heterostructure made of three or more kinds of substances.

本実施形態では、3種類の半導体層によるヘテロ構造について説明したが、ヘテロ構造を構成する半導体層の種類は何種類でもよく、当然、2種類の物質により構成されたヘテロ構造チャネルを持つMOSFETに対しても適用することができる。また、本実施形態の方法では、量子化電子状態のどの量子数(サブバンド)の状態についても、全て同じ混合割合を用いることになる。それ故、第2の実施形態の場合よりも、若干ではあるが、少ない計算量で混合割合を算出することができる。   In the present embodiment, the heterostructure formed of three types of semiconductor layers has been described. However, any number of types of semiconductor layers may be used for the heterostructure, and naturally, a MOSFET having a heterostructure channel formed of two types of materials. It can also be applied to. In the method of the present embodiment, the same mixing ratio is used for any quantum number (subband) state of the quantized electronic state. Therefore, the mixing ratio can be calculated with a small amount of calculation, although slightly, compared with the case of the second embodiment.

上記の通り、第2の実施形態によれば、フルバンド構造、閉じ込め量子化を考慮した詳細な量子化電子状態を考慮して、2種類以上の異種半導体層により構成されたヘテロ構造を有するMOSFETの電気的特性を正確かつ高速に計算することができる。   As described above, according to the second embodiment, a MOSFET having a heterostructure composed of two or more different kinds of semiconductor layers in consideration of a full band structure and a detailed quantized electronic state in consideration of confined quantization. It is possible to accurately and quickly calculate the electrical characteristics of

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, these are the illustrations of this invention, Various structures other than the above are also employable.

1 シミュレーション装置
2 プロセッサ(データ処理部)
3 データ記憶装置
4 入力操作部
5 ディスプレイ
10 データ入力部
11 構造モデル設定部
12 量子化状態算出部
13 状態混合部
14 キャリア輸送計算部
30 データ格納部
100 FET
110A,110B,120 半導体層
130S ソース電極
130D ドレイン電極
140 ゲート電極
200 MOSFET
210A チャネル領域
210B シリコン基板
220S ソース電極
220D ドレイン電極
230 ゲート電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Simulation apparatus 2 Processor (data processing part)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 3 Data storage device 4 Input operation part 5 Display 10 Data input part 11 Structural model setting part 12 Quantization state calculation part 13 State mixing part 14 Carrier transport calculation part 30 Data storage part 100 FET
110A, 110B, 120 Semiconductor layer 130S Source electrode 130D Drain electrode 140 Gate electrode 200 MOSFET
210A Channel region 210B Silicon substrate 220S Source electrode 220D Drain electrode 230 Gate electrode

Claims (13)

複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションを行うシミュレーション装置であって、
前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定する構造モデル設定部と、
前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出する量子化状態算出部と、
前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出する状態混合部と、
を備えるシミュレーション装置。
A simulation apparatus for modeling a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and performing a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure,
Assuming that the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and is composed of any one of the semiconductor layers, a virtual structure corresponding to each of the semiconductor layers. A structural model setting unit for setting a model;
A quantized state calculation unit for calculating a virtual quantized electronic state of each of the virtual structure models as a virtual electronic state;
A state mixing unit that mixes the physical quantities of the virtual electronic state to calculate the physical quantities of the quantized electronic state of the channel region; and
A simulation apparatus comprising:
請求項1に記載のシミュレーション装置であって、前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量は、キャリア輸送方程式を数値演算により解くために使用される物性量である、シミュレーション装置。   2. The simulation apparatus according to claim 1, wherein the physical property amount of the quantized electronic state of the channel region is a physical property amount used for solving a carrier transport equation by a numerical operation. 請求項1または2に記載のシミュレーション装置であって、
前記ヘテロ構造は、
前記閉じ込めポテンシャルが分布する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層とヘテロ接合する第2の半導体層と、
を含み、
前記状態混合部は、
前記第1および第2の半導体層それぞれの当該仮想電子状態の波動関数に基づいて、前記チャネル領域における当該仮想電子状態それぞれの電子の存在確率を算出し、当該算出された存在確率に基づいて前記チャネル領域の当該量子化電子状態の電子の存在確率を算出する存在確率算出部、
を含み、
前記チャネル領域の当該量子化電子状態の電子の存在確率をIとし、前記第1の半導体層の当該仮想電子状態の電子の存在確率をIとし、前記第2の半導体層の当該仮想電子状態の電子の存在確率をIとしたとき、前記存在確率算出部は、I=I×I+(1−I)×I=I/(1−I+I)、との式に基づいて前記存在確率Iを算出し、
前記状態混合部は、前記存在確率Iを混合割合として用いて前記仮想電子状態の物性量を混合する、シミュレーション装置。
The simulation apparatus according to claim 1 or 2,
The heterostructure is
A first semiconductor layer in which the confinement potential is distributed;
A second semiconductor layer heterojunction with the first semiconductor layer;
Including
The state mixing unit includes:
Based on the wave function of the virtual electronic state of each of the first and second semiconductor layers, calculate the probability of existence of each electron of the virtual electronic state in the channel region, and based on the calculated presence probability, An existence probability calculating unit for calculating the existence probability of electrons in the quantized electronic state of the channel region;
Including
The existence probability of electrons in the quantized electronic state of the channel region is I, the existence probability of electrons in the virtual electronic state of the first semiconductor layer is I A, and the virtual electronic state of the second semiconductor layer When the existence probability of the electron of I is defined as I B , the existence probability calculation unit has the following formula: I = I × I A + (1−I) × I B = I B / (1−I A + I B ) And calculating the existence probability I based on
The said state mixing part is a simulation apparatus which mixes the physical quantity of the said virtual electronic state using the said existence probability I as a mixing ratio.
請求項3に記載のシミュレーション装置であって、前記第1の半導体層の当該仮想電子状態での物性量をXとし、前記第2の半導体層の当該仮想電子状態での物性量をXとし、前記チャネル領域の当該量子化電子状態での物性量をXとするとき、
前記状態混合部は、X=I×X+(1−I)×X、との式に基づいて前記量子化電子状態の物性量Xを算出する、シミュレーション装置。
4. The simulation apparatus according to claim 3, wherein the physical property amount of the first semiconductor layer in the virtual electronic state is X A, and the physical property amount of the second semiconductor layer in the virtual electronic state is X B. And when the physical property amount of the channel region in the quantized electronic state is X,
The state mixing unit calculates the physical properties X of the quantized electronic states on the basis of the equation X = I × X A + ( 1-I) × X B, a simulation device.
請求項1または2に記載のシミュレーション装置であって、前記状態混合部により算出された当該物性量を用いてキャリア輸送方程式を解くことにより前記電界効果トランジスタの電気的特性を算出するキャリア輸送計算部をさらに備え、
前記状態混合部は、前記仮想電子状態それぞれの物性量を混合して暫定物性量を算出し、
前記キャリア輸送計算部は、前記状態混合部により算出された当該暫定物性量を用いて前記キャリア輸送方程式を数値演算により解くことでキャリア密度分布を得、
前記状態混合部は、前記キャリア密度分布に基づいて前記量子化電子状態の物性量を混合する、シミュレーション装置。
3. The simulation apparatus according to claim 1, wherein the carrier transport calculation unit calculates the electrical characteristics of the field effect transistor by solving a carrier transport equation using the physical property amount calculated by the state mixing unit. Further comprising
The state mixing unit calculates a provisional physical quantity by mixing physical quantities of the virtual electronic states,
The carrier transport calculation unit obtains a carrier density distribution by solving the carrier transport equation by numerical calculation using the provisional physical property amount calculated by the state mixing unit,
The said state mixing part is a simulation apparatus which mixes the physical quantity of the said quantization electronic state based on the said carrier density distribution.
請求項1から4のうちのいずれか1項に記載のシミュレーション装置であって、前記状態混合部により算出された当該物性量を用いて前記キャリア輸送方程式を解くことにより前記電界効果トランジスタの電気的特性を算出するキャリア輸送計算部をさらに備えるシミュレーション装置。   5. The simulation device according to claim 1, wherein the electric field effect transistor is electrically connected by solving the carrier transport equation using the physical property amount calculated by the state mixing unit. A simulation apparatus further comprising a carrier transport calculation unit for calculating characteristics. 請求項1から6のうちのいずれか1項に記載のシミュレーション装置であって、前記量子化状態算出部は、1次元電子系または2次元電子系での前記仮想電子状態を算出する、シミュレーション装置。   The simulation apparatus according to claim 1, wherein the quantization state calculation unit calculates the virtual electronic state in a one-dimensional electronic system or a two-dimensional electronic system. . 複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションを行うためのシミュレーション方法であって、
(a)前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定するステップと、
(b)前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出するステップと、
(c)前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出するステップと、
を備えるシミュレーション方法。
A simulation method for modeling a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and performing a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure,
(A) Corresponding to each of the plurality of types of semiconductor layers, assuming that the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and is composed of any one of the plurality of types of semiconductor layers. Setting a virtual structure model to be
(B) calculating a virtual quantized electronic state of each of the virtual structure models as a virtual electronic state;
(C) mixing physical quantities of the virtual electronic state to calculate physical quantities of the quantized electronic state of the channel region;
A simulation method comprising:
請求項8に記載のシミュレーション方法であって、
前記ヘテロ構造は、
前記閉じ込めポテンシャルが分布する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層とヘテロ接合する第2の半導体層と、
を含み、
前記ステップ(c)は、
前記第1および第2の半導体層それぞれの当該仮想電子状態の波動関数に基づいて、前記チャネル領域における当該仮想電子状態それぞれの電子の存在確率を算出し、当該算出された存在確率に基づいて前記チャネル領域の当該量子化電子状態の電子の存在確率を算出するステップ、
を含み、
前記チャネル領域の当該量子化電子状態の電子の存在確率をIとし、前記第1の半導体層の当該仮想電子状態の電子の存在確率をIとし、前記第2の半導体層の当該仮想電子状態の電子の存在確率をIとしたとき、I=I×I+(1−I)×I=I/(1−I+I)、との式に基づいて前記存在確率Iが算出され、
前記ステップ(c)において、前記仮想電子状態の物性量は、前記存在確率Iを混合割合として用いて混合される、シミュレーション方法。
The simulation method according to claim 8, comprising:
The heterostructure is
A first semiconductor layer in which the confinement potential is distributed;
A second semiconductor layer heterojunction with the first semiconductor layer;
Including
The step (c)
Based on the wave function of the virtual electronic state of each of the first and second semiconductor layers, calculate the probability of existence of each electron of the virtual electronic state in the channel region, and based on the calculated presence probability, Calculating the existence probability of electrons in the quantized electronic state of the channel region;
Including
The existence probability of electrons in the quantized electronic state of the channel region is I, the existence probability of electrons in the virtual electronic state of the first semiconductor layer is I A, and the virtual electronic state of the second semiconductor layer when the electron existence probability of the I B, I = I × I a + (1-I) × I B = I B / (1-I a + I B), the probability the presence based on the formula of I Is calculated,
In the step (c), the physical property amount of the virtual electronic state is mixed using the existence probability I as a mixing ratio.
請求項9に記載のシミュレーション方法であって、前記第1の半導体層の当該仮想電子状態での物性量をXとし、前記第2の半導体層の当該仮想電子状態での物性量をXとし、前記チャネル領域の当該量子化電子状態での物性量をXとするとき、
前記ステップ(c)では、X=I×X+(1−I)×X、との式に基づいて前記量子化電子状態の物性量Xが算出される、シミュレーション方法。
A simulation method according to claim 9, the physical properties of in the virtual electronic state of the first semiconductor layer and X A, the physical properties of in the virtual electronic state of the second semiconductor layer X B And when the physical property amount of the channel region in the quantized electronic state is X,
In the step (c), the physical property quantity X of the quantized electronic state is calculated based on an equation: X = I × X A + (1−I) × X B.
請求項8に記載のシミュレーション方法であって、
前記ステップ(c)は、前記仮想電子状態それぞれの物性量を混合して暫定物性量を算出し、当該暫定物性量を用いてキャリア輸送方程式を数値演算により解くことでキャリア密度分布を得るステップを含み、
前記ステップ(c)において、前記仮想電子状態の物性量は前記キャリア密度分布に基づいて混合される、シミュレーション方法。
The simulation method according to claim 8, comprising:
The step (c) includes a step of calculating a provisional physical property amount by mixing physical property amounts of the virtual electronic states, and obtaining a carrier density distribution by solving a carrier transport equation by numerical calculation using the temporary physical property amount. Including
In the step (c), the physical property amount of the virtual electronic state is mixed based on the carrier density distribution.
請求項8から11のうちのいずれか1項に記載のシミュレーション方法であって、
(d)前記状態混合部により算出された当該物性量を用いてキャリア輸送方程式を解くことにより前記電界効果トランジスタの電気的特性を算出するステップ、
をさらに備えるシミュレーション方法。
The simulation method according to any one of claims 8 to 11,
(D) calculating electric characteristics of the field effect transistor by solving a carrier transport equation using the physical property amount calculated by the state mixing unit;
A simulation method further comprising:
複数種の半導体層が積層されたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタをモデル化して前記ヘテロ構造におけるチャネル領域の量子化電子状態の数値シミュレーションをコンピュータに実行させるプログラムを記録するコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記数値シミュレーションは、
(a)前記ヘテロ構造が前記チャネル領域を形成する閉じ込めポテンシャルを有するとともに前記複数種の半導体層のうちのいずれかの単一の半導体層からなると仮定して、前記複数種の半導体層それぞれに対応する仮想構造モデルを設定する構造モデル設定処理と、
(b)前記仮想構造モデルそれぞれの仮想的な量子化電子状態を仮想電子状態として算出する量子化状態算出処理と、
(c)前記仮想電子状態の物性量を混合して前記チャネル領域の量子化電子状態の物性量を算出する状態混合処理と、
を含む、記録媒体。
A computer-readable recording medium for recording a program for modeling a field effect transistor having a heterostructure in which a plurality of types of semiconductor layers are stacked and causing a computer to perform a numerical simulation of a quantized electronic state of a channel region in the heterostructure There,
The numerical simulation is
(A) Corresponding to each of the plurality of types of semiconductor layers, assuming that the heterostructure has a confinement potential for forming the channel region and is composed of any one of the plurality of types of semiconductor layers. A structural model setting process for setting a virtual structural model to be performed;
(B) a quantized state calculation process for calculating a virtual quantized electronic state of each of the virtual structure models as a virtual electronic state;
(C) a state mixing process for calculating the physical quantity of the quantized electronic state of the channel region by mixing the physical quantities of the virtual electronic state;
Including a recording medium.
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