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Utmost IV デバイス・キャラクタリゼーションとSPICEモデリング

Utmost IVは、半導体デバイスの特性解析、高精度・高品質のSPICEモデル、マクロ・モデル、およびVerilog-Aモデルの生成に向けて開発された、使いやすいデータベース・ドリブン環境を提供するツールです。アナログ/ミックスド・シグナル/RFの各用途に利用できます。

はじめに

デバイスの微細化に伴い、半導体技術者が正確なシミュレーション・モデルを使用しデバイス作成プロセスにおける統計的ばらつきを制御することは、デバイス作成プロセスを左右する要素としてますます重要となっています。また、DC特性の振舞いに加えて、RF特性やノイズ特性の振舞いも正確に予測できるモデルが回路設計者からは求められています。さらに、さまざまなプロセス・テクノロジが存在する中で、個々のプロセスに迅速に適用できる幅広い種類のモデルが必要となっています。モデル作成用の測定は時間のかかる作業であり、1日ではとても終わらないこともあります。測定制御用ソフトウェアには、プローバや測定器と連動して全温度範囲での自動測定を実行できるようにする機能も必須となります。

シルバコが提供するUtmost IVは、こうした難しい課題に対応できる、業界をリードするソリューションです。先端CMOSや化合物半導体デバイスの特性解析とモデリングを、効果的に行うことができます。Utmost IVには、以下のコンポーネントが含まれています。

データ収集モジュール

各種の電気的テスト装置により、物理デバイスを直接計測するモジュールです。測定された結果(データセット)は、データベースに直接保存されます。TCAD、あるいはSPICEシミュレーションの結果からデータセットを生成することもできます。他のSPICEシミュレーションでデータセットを作成する手法は、2つのSPICEモデルを比較する場合や、SPICEモデルを別の種類のモデルに変換する場合に、特に効果的です。

オプティマイズ・モジュール

SPICEモデルのパラメータの抽出・最適化を行い、デバイス特性のシミュレーション結果と実測結果の適合を高精度で実現するモジュールです。データベースに保存されたデータセットは、モデル抽出のためのターゲット・データとして使用されます。あらゆるデバイス・タイプに対応した、コンパクト・モデル、マクロ(サブサーキット)モデル、Verilog-Aモデルを生成できます。

スクリプト・モジュール

JavaScriptベースのカスタム・スクリプトを作成するためのスクリプト・インタフェースを提供するモジュールです。

モデル・チェック・モジュール

既存のMOSFETデバイス・モデルの詳細な調査とテストを行うことができる、使いやすいツールを備えたモジュールです。シンプルで分かりやすいGUIインタフェースを通じて、特性曲線を表示したり、しきい値電圧とデバイス長の比較など、抽出した特性をプロットしたりすることができます。このモジュールではデータベース・インタフェースの作成は不要なので、レガシー・モデルの迅速な検査に最適です。

クイック・スタート・テンプレート

Utmost IVには、一般的に使用されているMOSFET、TFT、HEMT、IGBT、BJT、ダイオードの各モデルの最適化テンプレートが用意されています。このテンプレートは、セットアップ手順を高速化し、ユーザの生産性を高めるように設計されています。これは、ステップ・バイ・ステップでプロジェクトを構成し、その過程で明確な指示を出すことで実現しています。この機能は、モデリングの経験をほとんど必要としないため、使いやすさも向上しています。

特長

  • データ格納先をファイル・システムとデータベースから選択可能
  • あらゆるデバイス・タイプに対応した、自動測定とSPICEモデル抽出
  • すべての測定条件を完全に制御可能
  • 100を超えるさまざまな測定機器に対応
  • オープン・アーキテクチャの機器ドライバは、ユーザによる修正や作成が可能
  • コンパクト・モデル、マクロ・モデル、Verilog-A SPICEモデルを抽出
  • 直接抽出とパラメータの最適化技法を組み合わせて使用
  • 抽出データ値を含む、あらゆるデータの組み合わせをシミュレーションおよび最適化可能
  • 遺伝的アルゴリズムを含む先進のオプティマイザ群
  • 高速マルチスレッドSmartSpiceインタフェース
  • SmartSpice、HSPICE、Eldo、Spectreシミュレータに対応
  • Verilog-Aモデルと抽出シーケンスの同時開発プラットフォーム
  • TCADツールとの統合により、プロセス・シミュレーションからSPICEモデル開発まで一貫したフローを実現
  • Firebirdリレーショナル・データベースにより、データの保存、共有、再利用が可能
  • Utmost IIIのレガシー・データ、TCADシミュレーション・ファイル、他社のデータ・ファイルから、容易にデータのインポートが可能

利点

  • プログラム可能でさまざまな用途に使用できる、半導体デバイスのモデリングにおける業界標準ツール
  • 高速・高精度な自動化測定ソフトウェア
  • 強力で使いやすいデバイス特性解析ツール
  • 効率的で柔軟性に優れた、強力な業界標準SPICEモデリング・ソフトウェア
  • TCADからサインオフ検証/受け入れまで完全なカスタム・デザイン・フローを実現する、シームレスなTCAD統合

用途

  • デバイス特性の解析とSPICEモデリング

関連資料

  • Utmost IV– デバイス特性の解析とSPICEモデリング
  • Utmost IV Quick-Start– モデル抽出と最適化テンプレート
  • TechModeler– 新しいテクノロジに向けたデバイス・モデリング

Isato Ogawa,Tomoharu Yokoyama,Mutsumi Kimura,
“Simulation of neural network using ferroelectric capacitor,”
IEICE Technical Report Vol.117 No.372, No.373 , Dec 2017

Dondee Navarro*, Takeshi Sano*, and Yoshiharu Furui*,
“A Sequential Model Parameter Extraction Technique for Physics-Based IGBT Compact Models,”
IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 60, Issue 2, pp. 580-586, Feb. 2013.
*Silvaco engineer

Masataka Miyake, Dondee Navarro*, Uwe Feldmann, Hans Juergen Mattausch, Takashi Kojima, Takaoki Ogawa, and Takashi Ueta,
“HiSIM-IGBT: A Compact Si-IGBT Model for Power Electronic Circuit Design“,
IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 60, Issue 2, pp. 571 – 579, Feb. 2013.
*Silvaco engineer

FPD回路設計者のためのSPICE活用技術

How to Model and Simulate Flat Panel Pixel Arrays

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Customer Interview: Why I Rely on SmartSpice

お客様の声

竹谷純一教授
 広島大学 三浦教授グループが開発したHiSIM-Organicモデルを、いかに迅速にパラメータ抽出を行うかは当研究室の懸案事項でした。シルバコのUtmost IVは高速で収束性が良く、HiSIM-Organicモデルのパラメータ抽出に大変有用なことが確認できました。