無線とRF
高周波では、小さな効果を無視できない
5G、Wi-Fi、IoTの接続需要は、デバイスメーカーに効率的な高周波部品の開発を求め続けています。窒化ガリウムHEMTとpHEMTは、その代表例です。これらはいずれもアンテナに隣接するRFフロントエンドで使用されます。
RF IC設計は、多くの市場よりもデバイス物理との関係が密接です。基板の寄生成分は小信号条件でも影響し、大信号駆動ではさらに重要になります。描画された形状が回路の一部として振る舞い、パッケージも独自の影響をもたらします。DCだけでフィッティングしたモデルでは、これらをすべて見逃す可能性があります。そのため、デバイス、モデル、回路、レイアウトを一体で開発し、それぞれを実際の周波数で評価する必要があります。
Silvacoの役割
単一デバイスの物理現象から始め、検証済みのイメージセンサーレイアウトまで進めます。フォトニック
コンポーネントには、並行して専用の電磁界シミュレーションを行います。
お客様の入力
RFデバイスまたは回路
トランジスタ、基板、フロントエンドブロック
技術とデバイス
周波数によって答えが変わる領域。
RFデバイス
Victory Processでは、パワー・RF向けに対応するシリコンBiCMOS、BCD、SiC技術に加え、GaN HEMTと擬似整合型HEMTを形成できます。プロセスシミュレーションは、可変コンデンサなどのRF MEMSデバイスにも対応します。
Victory Deviceは、小信号・大信号動作時の回路下のシリコン基板をモデル化します。同じTCADフローで、AlGaN/GaN HEMTのトラップに起因するドレイン電流の分散や、高出力GaN HFETの自己発熱など、GaNのRF性能を左右する効果を扱えます。
周波数を考慮したモデリング
Utmost IVは、DC、容量、Sパラメータ、抽出データの任意の組み合わせにモデルをフィッティングし、デバイス、ダイ、ウェーハ、温度にわたって各適合結果を最適化できます。RFデバイスのモデリングでは、Sパラメータへの対応が最初に確認する事項となるでしょう。
GaNでは、TCADシミュレーションから回路設計者が使用する大信号モデルへ展開でき、抽出は業界標準のASM-HEMTコンパクトモデルに対応します。
RF回路解析
SmartSpiceは、実行する回路解析の種類に制限を設けていません。RF回路シミュレーションでは、SmartSpice RFがGHz帯回路の定常状態解析にハーモニックバランス法を提供し、ノイズ、利得圧縮、高調波歪み、相互変調、発振器の位相ノイズに対応します。SmartSpiceは、TSMCの0.18 µmミックスドシグナル/RFプロセスPDKで認証されています。
SmartViewは、結果をY・Zスミスチャート、極座標プロット、コンスタレーション図で表示し、Touchstone形式のSパラメータファイルを直接読み込みます。
RFレイアウト
Expertは、インダクタを含むRF・マイクロ波素子向けの任意角度のポリゴンを描画します。任意角度の定規により、マンハッタングリッドから外れた形状も正確に測定できます。
SmartDRC/LVSは、任意の角度で描画した特定のデバイスに対応し、グリッド外のRF構造も設計のほかの部分とともに検証できます。
用途
1つのフローで4つのRF業務に対応。
GaN RFパワーデバイス開発
電力スイッチングと同じ窒化ガリウムの物理モデルに基づく、無線リンク向けHEMTとpHEMT。
RFコンパクトモデル抽出
DC・容量曲線とともに実測Sパラメータにフィッティングした、対象周波数で有効なモデル。
RFおよびミックスドシグナル回路シミュレーション
LNA、ミキサー、発振器を、過渡解析からハーモニックバランス解析まで評価。
任意角度のRFレイアウトと検証
マンハッタングリッド外に描画したスパイラルインダクタとマイクロ波素子を、その形状のまま検証。
GaN RFの公開実績と関連資料
エンジニアリングに時間を投入する前に、GaN RF
部品を製造する企業の実績と、詳しく確認できる論文が必要になるでしょう。
お客様 · GaN RF
2022年2月
Wavetek
5G、Wi-Fi、IoT向けのGaN HEMTおよびpHEMT開発にVictory TCADを採用しました。
「SilvacoのVictory TCADプラットフォームにより、実際の動作条件におけるGaNデバイスの挙動を正確にモデル化できます。この深い理解は、次世代のRF・パワー用途で求められる性能と信頼性の目標を達成するために不可欠です。」
Dr. Barry Lin、CTO、Wavetek
ウェビナー
2022年2月
RFデバイスのイノベーションを支えるSilvaco TCAD
基板は高周波での寄生成分の主要因です。Victory Deviceによる、小信号・大信号動作時のシリコン基板のモデル化をご覧ください。
ウェビナー
2022年2月
GaN HEMTを理解するためのツールとしてデバイスシミュレーションを活用する方法
GaN HEMTにバッファ層が必要な理由と、GaN-on-Siパワースイッチの動的オン抵抗およびSiC上のRF HEMTの分散を、シミュレーションで説明する方法。
論文 · PDF
2022年2月
TCADシミュレーションからGaN RFデバイスの大信号モデルへ
物理ベースのGaNデバイスシミュレーションから、RF設計者が回路に組み込む大信号モデルまで。
アプリケーションノート · PDF
2022年2月
SmartSpice RFによるトランシーバーブロックのシミュレーション
ダイナミックレンジ、感度、選択度がマイクロ波回路の性能を決めます。このノートでは、3つすべてをシミュレーションします。
ワイヤレスとRFの詳細
プレゼンテーション · SURGE 2023
業界標準ASM-HEMTコンパクトモデルを用いたパワー・RF用途向けGaNデバイスモデリング
実践例
実践例
IP概要 · TSMC N3P
RFミキサー回路図シミュレーション
実践例
アナログ（RF）設計の抽出
記事 · 2011
フリップチップと貫通ビア構造を用いたGaN HFETの熱最適化
記事 · 2007
AlGaN/GaN HEMTデバイスの過渡応答におけるトラップ効果
記事 · 2005
可変RF MEMSコンデンサのプロセスフローシミュレーションと製造
記事 · 2004
SmartSpice-RFによる電圧制御発振器の定常状態の高速・高精度シミュレーション
記事 · 2004
SilvacoのRFIC設計スイート
シミュレーションと
実測データが一致しなくなっていませんか。
開発中のGaNデバイス、コンパクトモデル、フロントエンドブロックと、
シミュレーションと測定が一致しなくなる点をお知らせください。RFアプリケーションエンジニアが、
お客様に近い事例を用いて、その差を埋めるフローのステップをご説明します。
ワイヤレス・RF設計に関する質問
RFデバイスシミュレーションは何が異なりますか。
動作周波数で有効である必要があります。基板の寄生成分は回路の一部となり、大信号駆動では影響がさらに大きくなります。トラップにより、GaN HEMTのドレイン電流が直前の動作に依存することがあり、高出力では自己発熱によって性能が変化します。RFデバイスシミュレーションでは、実際の動作条件でこの3つすべてを捉える必要があります。
RFコンパクトモデルはどのように抽出しますか。
ニューラルネットワーク（教師あり、フィードフォワード、非線形活性化）、ガウス過程回帰、決定木とフォレスト、古典的な多変量統計という4系統の手法を利用します。感度解析にはSobol指数または決定フォレストを使用します。オプティマイザは、Levenberg-Marquardt法やHooke-Jeeves法などの局所手法から、遺伝的アルゴリズムや差分進化法などの大域的手法まで対応します。
スミスチャートと極座標チャートは何に使用しますか。
実行にも、工場レベルの業務にも必要ありません。Victory Analyticsは、シミュレーション工程なしで、生産データと測定データを単独で解析できます。TCADシミュレーション出力を追加すると、物理と製造データの両方から同時にモデルを学習できます。
SilvacoはどのRFデバイス構造に対応していますか。
はい。工場レベルの用途である異常検出・分類と統計的プロセス制御は、生産データを直接扱います。FTCO内では、Victory Analyticsがシミュレーションデータと製造データを組み合わせて学習するため、得られるデジタルツインには物理と実際の製造ラインの結果がともに反映されます。
このページとパワーデバイスページはどのような関係がありますか。
複数の出力を同時に最適化する方法です。各出力について理想値への近さをスコア化し、それらを1つの望ましさ指数にまとめます。これにより、手作業でトレードオフに順位を付ける代わりに、オプティマイザは単一の数値を最大化できます。
Silvacoは最先端ノードに対応していますか。
はい。データの読み込み、学習、スコア評価、最適化まで、ワークフロー全体に対応するPythonインターフェースを利用できます。スクリプト化はFTCO業務で効果を発揮します。モデルがデジタルツインとして使えるようになるまで、学習、次の実験群の実行、再学習を繰り返します。
関連情報
パワーデバイス
SiC MOSFET、GaN HEMT、シリコンIGBTのTCAD開発。
Victory Device
RF基板およびGaN
HEMTのデバイスシミュレーション。
Utmost IV
Sパラメータに対応した
モデル抽出。
SmartSpice
SPICE回路シミュレーションと、SmartSpice RFによるRF解析。
SmartView
スミスチャート、極座標、コンスタレーション表示による波形解析。
Expert
任意角度のRF・マイクロ波形状に対応したカスタムレイアウト。