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デバイスシミュレーション

索引 デバイスシミュレーション

デバイスシミュレーション (device simulation) は、FET等の半導体素子の断面構造もしくは3次元構造を入力し、そのデバイスの動作を確認するシミュレーション。そのシミュレーションを行うシミュレータをデバイスシミュレータと言う。 計算内容は、シミュレータにより異なるが、DC解析や小信号AC解析、ハーモニックバランス法を使用した大信号解析、過渡解析等が可能である。 構造は細かい領域(メッシュと言う)で区切られ、印加電圧や境界条件や使用モデル等の条件の設定が必要である。計算結果は、端子を流れる電流やSパラメータの様な実際に測定において確認できる結果のみでなく、各メッシュ点の電位(ポテンシャル)、電子密度、ホール密度等のパラメータの確認も可能である。 プロセスシミュレータと組み合わせてプロセス条件を変更した場合のデバイス特性がどの様に変化するかを確認するシミュレータの統合も可能で、これをTCADと言う。.

26 関係: 半導体素子形式バンドギャップポアソン方程式モデル (自然科学)ボルツマン方程式ビジネスモデルホールアヴァンティ (企業)シミュレーションシノプシスシルバコスタンフォード大学CAD移動度EDA非線形性行列電子電圧電界効果トランジスタ電荷電流SパラメータTCAD有限要素法

半導体素子

ここでは半導体素子(はんどうたいそし)や半導体部品(-ぶひん)(英:semiconductor device) セミコンダクター・デバイスについて解説する。.

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形式

数学における形式(けいしき).

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バンドギャップ

バンドギャップ(Band gap、禁止帯、禁制帯)とは、広義の意味は、結晶のバンド構造において電子が存在できない領域全般を指す。 ただし半導体、絶縁体の分野においては、バンド構造における電子に占有された最も高いエネルギーバンド(価電子帯)の頂上から、最も低い空のバンド(伝導帯)の底までの間のエネルギー準位(およびそのエネルギーの差)を指す。 E-k空間上において電子はこの状態を取ることができない。バンドギャップの存在に起因する半導体の物性は半導体素子において積極的に利用されている。 半導体のバンド構造の模式図。Eは電子の持つエネルギー、kは波数。Egが'''バンドギャップ'''。半導体(や絶縁体)では「絶対零度で電子が入っている一番上のエネルギーバンド」が電子で満たされており(価電子帯)、その上に禁制帯を隔てて空帯がある(伝導帯)。 金属、および半導体・絶縁体のバンド構造の簡単な模式図(k空間無視) バンドギャップを表現する図は、E-k空間においてバンドギャップ周辺だけに着目した図、さらにk空間を無視してエネルギー準位だけを表現した図も良く用いられる。.

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ポアソン方程式

ポアソン方程式(ポアソンほうていしき、Poisson's equation)は、2階の楕円型偏微分方程式。方程式の名はフランスの数学者・物理学者シメオン・ドニ・ポアソンに因む。.

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モデル (自然科学)

自然科学におけるモデルは、理論を説明するための簡単な具体的なもの。特に幾何学的な図形を用いた概念や物体。.

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ボルツマン方程式

ボルツマン方程式は、運動論的方程式の一つの形で、粒子間の2体衝突の効果だけを出来るだけ精確に取り入れたボルツマンの衝突項を右辺にもつ方程式である。そしてそれは気体中の熱伝導、拡散などの輸送現象を論ずる気体分子運動論の基本となる方程式である。.

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ビジネスモデル

ビジネスモデル(business model)とは、利益を生み出す製品やサービスに関する事業戦略と収益構造を示す用語である。.

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ホール

ホール.

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アヴァンティ (企業)

アヴァンティ(Avanti Corporation)はアメリカのEDAベンダー。社名の最後のiが逆さまに書かれるため、Avant!とも書かれる。半導体設計分野における自動配置配線ソフトウェアを主力製品(製品名Apollo)とする。シノプシスに買収され消滅した。 ケイデンス・デザイン・システムズ社との間の長期にわたる法廷論争で知られている。同社の自動配置配線ソフトウェアSilicon Ensembleのコードが流用されたというものである。ビジネスウィーク誌は、「アヴァンティのケースは、シリコンバレーの歴史においてもっともドラマティックなホワイトカラーの犯罪の物語であろう」と述べている。 この論争において、ケイデンスと地方検事はアヴァンティがケイデンスのコードを盗んだと主張し、アヴァンティはそれを否定していた。 この事例は、ケイデンスの技術者がアヴァンティのコードがケイデンスのコードと同じバグを再現することに気がついたことから始まった。調査の結果、より沢山の類似性が見つかり、ケイデンスは地方検事、ジュリアス・フィンケルシュタインを呼んだ(フィンケルシュタインはコンピュータサイエンスを専攻し、ホワイトカラーの犯罪に興味があった)。彼は、令状を取り調査の結果、かなりのケイデンスのコードがアヴァンティとそれが雇っていたコンサルタントのコンピュータより発見された。 法廷論争が約6年続き、ケイデンスが勝訴し、アヴァンティの特定の製品に関しての禁止命令がでた。しかし、アヴァンティは禁止命令が出た製品を別の名前の製品で置き換え、ケーインスは、これらの新しい製品がまだ、ケイデンスのコードを使用していると主張し、論争が続いた。 民事訴訟と同時に、刑事訴訟も行われ、裁判となった。アヴァンティの役員(ジェラルド・フスと他の6人)は、企業秘密窃盗の容疑に対しては不抗争の答弁を行なった。 その結果、アヴァンティとその経営陣は、ケイデンスに約1億9500万ドル、加えて州に4000万ドル以上の罰金を払った。6人の被告は以下の様な判決を受けた。.

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シミュレーション

ミュレーション()は、何らかのシステムの挙動を、それとほぼ同じ法則に支配される他のシステムやコンピュータなどによって模擬すること広辞苑第6版。simulationには「模擬実験」や「模擬訓練」という意味もある。なお「シミュレイション」と表記することもまれにある。.

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シノプシス

ノプシス(Synopsys, Inc.、)は、電子系設計ソフトウェア (EDAツール) を開発・販売する企業である。アメリカ合衆国に本社を置いている。EDA業界におけるビッグ3の1つである。.

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シルバコ

ルバコ (Silvaco, Inc) は株式非公開企業であり、EDA (Electronic Design Automation) ツールおよびTCADプロセス/デバイス・シミュレータのソフトウェア・ベンダーである。1984年にアイヴァン・ペシック博士 (1951年9月13日-2012年10月20日)により設立された。本社をカリフォルニア州サンタクララに置き、世界9拠点、従業員約250人を有する。 シルバコは、CMOS、バイポーラ、SiGeおよび有機半導体分野で、プロセス/デバイス/デザインの自動化によるソリューションを提供している。世界中の大手ファブレス半導体企業、垂直統合型半導体メーカー、ファウンドリ、大学と取引がある。.

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スタンフォード大学

タンフォード大学(Stanford University)とは、アメリカ合衆国カリフォルニア州スタンフォードに本部を置く私立大学。正式名称はリーランド・スタンフォード・ジュニア大学()。 校訓は「Die Luft der Freiheit weht(独:自由の風が吹く)」。サンフランシスコから約60 km南東に位置し、地理上も、歴史的にもシリコンバレーの中心に位置している。.

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CAD

CAD(キャド、computer-aided design)は、コンピュータ支援設計とも訳され、コンピュータを用いて設計をすること、あるいはコンピュータによる設計支援ツールのこと(CADシステム)。人の手によって行われていた設計作業をコンピュータによって支援し、効率を高めるという目的からきた言葉である。 CADを「コンピュータを用いた製図(システム)」と解する場合は「computer-assisted drafting」、「computer-assisted drawing」を指し、同義として扱われることもある。 設計対象や目的によりCADD()、CAID()、CAAD()などと区分される場合もある。 日本での定義としてはJIS B3401に記載があり、「製品の形状、その他の属性データからなるモデルを、コンピュータの内部に作成し解析・処理することによって進める設計」となっている。 3次元の作業の場合でも、数値の精密さの必要がないコンピュータゲームや映画やアニメーションなどの制作関係の事柄については「3DCG」を参照。.

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移動度

移動度(いどうど)とは、電場により、荷電粒子が移動するときの、移動のしやすさを示す値.

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EDA

EDAとは.

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非線形性

非線形性(ひせんけいせい、Non-linearity)あるいは非線形(ひせんけい、Non-linear)は、線形ではないものを指すための用語。.

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行列

数学の線型代数学周辺分野における行列(ぎょうれつ、matrix)は、数や記号や式などを行と列に沿って矩形状に配列したものである。行の数と列の数が同じ行列はが成分ごとの計算によって与えられる。行列の積の計算はもっと複雑で、2 つの行列がかけ合わせられるためには、積の左因子の列の数と右因子の行の数が一致していなければならない。 行列の応用として顕著なものは一次変換の表現である。一次変換は のような一次関数の一般化で、例えば三次元空間におけるベクトルの回転などは一次変換であり、 が回転行列で が空間の点の位置を表す列ベクトル(1 列しかない行列)のとき、積 は回転後の点の位置を表す列ベクトルになる。また 2 つの行列の積は、2 つの一次変換の合成を表現するものとなる。行列の別な応用としては、連立一次方程式の解法におけるものである。行列が正方行列であるならば、そのいくつかの性質は、行列式を計算することによって演繹することができる。例えば、正方行列が正則であるための必要十分条件は、その行列式の値が非零となることである。固有値や固有ベクトルは一次変換の幾何学に対する洞察を与える。行列の応用は科学的な分野の大半に及び、特に物理学において行列は、電気回路、光学、量子力学などの研究に利用される。コンピュータ・グラフィックスでは三次元画像の二次元スクリーンへの投影や realistic-seeming motion を作るのに行列が用いられる。は、古典的な解析学における微分や指数関数の概念を高次元へ一般化するものである。 主要な数値解析の分野は、行列計算の効果的なアルゴリズムの開発を扱っており、主題は何百年にもわたって今日では研究領域も広がっている。行列の分解は、理論的にも実用的にも計算を単純化するもので、アルゴリズムは正方行列や対角行列などといった行列の特定の構造に合わせて仕立てられており、有限要素法やそのほかの計が効率的に処理される。惑星運動論や原子論では無限次行列が現れる。関数のテイラー級数に対して作用する微分の表現行列は、無限次行列の簡単な例である。.

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電子

電子(でんし、)とは、宇宙を構成するレプトンに分類される素粒子である。素粒子標準模型では、第一世代の荷電レプトンに位置付けられる。電子は電荷−1、スピンのフェルミ粒子である。記号は e で表される。また、ワインバーグ=サラム理論において弱アイソスピンは−、弱超電荷は−である。.

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電圧

電圧(でんあつ、voltage)とは直観的には電気を流そうとする「圧力のようなもの」である-->。単位としては, SI単位系(MKSA単位系)ではボルト(V)が使われる。電圧を意味する記号には、EやVがよく使われる。 電圧は電位差ないしその近似によって定義される。 電気の流れに付いては「電流」を参照の事。.

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電界効果トランジスタ

回路基板上に実装された状態の高出力N型チャネルMOSFET 電界効果トランジスタ(でんかいこうかトランジスタ、, FET)は、ゲート電極に電圧をかけることでチャネル領域に生じる電界によって電子または正孔の濃度を制御し、ソース・ドレイン電極間の電流を制御するトランジスタである。電子と正孔の2種類のキャリアの働きによるバイポーラトランジスタに対し、いずれか1種類のキャリアだけを用いるユニポーラトランジスタである。FETの動作原理は電界を使って電流を制御する点で真空管に類似している。 FETは主に接合型FET(ジャンクションFET, JFET)とMOSFETに大別される。他にも、MESFETなどの種類がある。また、それぞれの種別でチャネルの種類によりさらにn型のものとp型のものに分類される。 このページでは主にSiなどの無機半導体について述べる。有機半導体を用いたものについては有機電界効果トランジスタを参照。.

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電荷

電荷(でんか、electric charge)は、素粒子が持つ性質の一つである。電気量とも呼ぶ。電荷の量を電荷量という。電荷量のことを単に電荷と呼んだり、電荷を持つ粒子のことを電荷と呼んだりすることもある。.

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電流

電流(でんりゅう、electric current電磁気学に議論を留める限りにおいては、単に と呼ぶことが多い。)は、電子に代表される荷電粒子他の荷電粒子にはイオンがある。また物質中の正孔は粒子的な性格を持つため、荷電粒子と見なすことができる。の移動に伴う電荷の移動(電気伝導)のこと、およびその物理量として、ある面を単位時間に通過する電荷の量のことである。 電線などの金属導体内を流れる電流のように、多くの場合で電流を構成している荷電粒子は電子であるが、電子の流れは電流と逆向きであり、直感に反するものとなっている。電流の向きは正の電荷が流れる向きとして定義されており、負の電荷を帯びる電子の流れる向きは電流の向きと逆になる。これは電子の詳細が知られるようになったのが19世紀の末から20世紀初頭にかけての出来事であり、導電現象の研究は18世紀の末から進んでいたためで、電流の向きの定義を逆転させることに伴う混乱を避けるために現在でも直感に反する定義が使われ続けている。 電流における電荷を担っているのは電子と陽子である。電線などの電気伝導体では電子であり、電解液ではイオン(電子が過不足した粒子)であり、プラズマでは両方である。 国際単位系 (SI) において、電流の大きさを表す単位はアンペアであり、単位記号は A であるアンペアはSI基本単位の1つである。。また、1アンペアの電流で1秒間に運ばれる電荷が1クーロンとなる。SI において電荷の単位を電流と時間の単位によって構成しているのは、電荷より電流の測定の方が容易なためである。電流は電流計を使って測定する。数式中で電流量を表すときは または で表現される。.

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Sパラメータ

Sパラメータ(Scattering parameters)とは、高周波電子回路や高周波電子部品の特性を表すために使用される回路網パラメータのひとつ。散乱行列(S行列)または散乱パラメータとも呼ばれる。回路網の通過・反射電力特性を表現する。.

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TCAD

TCAD(Technology CAD,ティーキャド)は、プロセスシミュレータとデバイスシミュレータと回路シミュレータを統合したもの。回路シミュレータを除いて、プロセス・デバイスシミュレータの統合の場合もある。 通常、10日から数ヶ月かかる半導体プロセスを、計算機上でシミュレートし、目的の条件を示す半導体素子の構造とその作成条件の最適化を行なう技術のことである。.

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有限要素法

有限要素法(ゆうげんようそほう、Finite Element Method, FEM)は数値解析手法の一つ。解析的に解くことが難しい微分方程式の近似解を数値的に得る方法の一つである。方程式が定義された領域を小領域(要素)に分割し、各小領域における方程式を比較的単純で共通な補間関数で近似する。構造力学分野で発達し、他の分野でも広く使われている手法。その背景となる理論は、関数解析と結びついて、数学的に整然としている。.

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