Luminous 2次元光電デバイス・シミュレーション・モジュール Luminous はノンプレーナ半導体デバイスの光の吸収と光電効果のモデリングに特化した高度なデバイス・シミュレー ション・モジュールです。幾何学的レイ・トレース法を使用することで、一般的な光源に対する正確なソリューションを 提供します。この機能により、任意の形状、内部および外部での反射や屈折、偏光、および散乱が考慮できます。また、 多層構造のデバイスにおけるコヒーレンス効果に対して、光学的トランスファー・マトリクス法による解析も提供します。 ビーム伝播法を使用して、コヒーレンス効果および回折をシミュレートすることも可能です。Luminous は、Atlas に完 全統合し、Atlas 内で S-Pisces および Blaze デバイス・シミュレータ、およびその他のデバイス・テクノロジ・モジュー ルとシームレスに連携します。 Luminous では、単色光源、マルチ・スペクトル光源のいずれもシミュレーションが可能で、オプトエレクトロニクス特 有の特別なパラメータを抽出する機能も備えています。また、任意の光源が存在する状況で、一般的なデバイス構造にお ける、DC、AC、過渡、およびスペクトル応答をシミュレートできます。Luminous は広範囲のデバイス・テクノロジに 対応しています。それには、CCD、太陽電池、フォトダイオード、光導電体、アバランシェ・フォトダイオード、MSM 光検出器、フォトトランジスタ、光電子イメージング・アレイなどが含まれます。 電荷結合素子およびイメージ・センサ (CCD) Luminous によって、イメージング・アレイや CCD デバイスを詳細に解析できます。 Athena で生成したマイクロレンズ CCD のデバイス構造のプロットです。Luminous で生成した幾何学的レイ・トレースのデータを構造図に重ねて表示しています。幾 何学的レイ・トレース機能により複雑なノンプレーナ構造の解析が可能となり、収 率を最適化し、クロストークを減少させることができます。光電流発生率は、レイ・ トレースによって得た局所光強度をベースにして計算しています。 CCD の埋め込みチャネル内で電荷が転送されている際の電子密度等 高線を時系列に表した図です。このような解析は、電荷井戸の容量お よび電荷転送効率を抽出するために使用します。 Luminous の一般的なアプリケーションは、CCD の輸送サイクル時のチャネル内ポテンシャル評価 です。デバイスのチャネルと交差する最大ポテン シャルを表すために、いくつかの x 軸座標における 垂直断面での評価が使用されます。 高速通信用光検出器 Luminous を使用すると、通信機器などの高速、低ノイズ・アプリケー ションで使用される光検出器を解析できます。これは、デバイス構造 を最適化するのにコスト効率のよいソリューションです。 Luminous を使用すると、重要なデバイス特性 ( 量子効率、スペ クトル応答、周波数応答など ) を容易に抽出できます。上図は、 高周波で変調した光に対する応答を示しています。 動 作 電 圧 を 印 加 さ れ た RAPD ( Reach Through Avalanche Photodiode) のインパクト・イオン化率の等高線図です。このデバイ スの重要な特性は、n タイプのガード・リングです。このガード・リ ングが使用されることで、表面 n 領域端での早期降伏を防ぐことがで きます。 最大インパクト・イオン化領域は意図した増倍領域内です。Luminous によって、異なるデバイス構造やガード・リング形状の評価を容易に 実行できます。 さらに、Luminous では過渡応答もシミュレート 可能です。ここでは、 光を急に遮断した際の光と、 その結果の光電流との差を示しています。 Luminous では、多層の反射防止被膜の設定およびシミュレーションも 可能です。上図は、反射防止被膜を施したデバイスと施していないデバ イスのスペクトル応答を理想的な応答と比較したものです。 Luminous は、光源の非常に一般的な仕様も提供します。上図は、角 度をつけた入射および周期的境界の条件でのガウス型光源の光強度を 表しています。 太陽電池 Luminous を使用して、太陽電池の特性 ( 収率、スペクトル応答、開放電圧、 短絡電流など ) を抽出できます。 入射光の波長を変動させることで、スペクトル応答のモデリングが可 能です。上図の緑色の曲線は光源から受けた光電流分で、青色の曲線 は実際の端子電流です。 Luminous のレイ・トレース機能によって、先進デザインの解析も可能 です。上図は、角度を持った光ビームからの光電流生成率のシミュレー ションを示しています。 ビーム伝播法 Luminous は光の波動性を考慮に入れた物理モデルを備えています。光の回析効 果並びにコヒーレンス効果は、ビーム伝播法を使用して解析できます。 Luminous においてビーム伝播法は光の回析を考慮 しています。回析効果による狭いガウス・ビームの 伝播は、シリコン内で光生成されたキャリアの分布 に影響を与えます。 Luminous においてビーム伝播法を使用すること で、複雑な構造に対する光の伝播を解析できます。 左図はシリコン酸化物とシリコンとの境界における 光の反射および屈折を示しています。入射光と反 射光の干渉が考慮されています。 ラピッド・サーマル・アニーリング用の 高光強度ビーム 光ビームは半導体プロセスで使用されます。赤外線ラン プを使用してウェハ全体を迅速に熱アニール処理する場 合、または高光強度レーザ・ビームをラスター方式でウェ ハに照射し、局所的に再結晶化する場合などです。 上述のどちらのアプリケーションも Giga と連携して Luminous を使用することで、直接シミュレートし、光 によって励起された電子－ホール・ペアの再結合プロセ スからの温度上昇をモデリングできます。 このページの例は、シリコン基板の表面に高光強度レー ザ・ビームを z 方向へ掃引、照射したときの過渡的、局 所的な温度進展を示しています。 上の 2 つの図は、ビーム幅 10um、1MW/cm2 の緑色レーザ・ビームをそれぞれ 5、 10 マイクロ秒照射したときの温度上昇の進展の様子を示しています。下段の 2 つの 図は、z方向に掃引することで、ビームが切断されてから 10 マイクロ秒以降、5 マイ クロ秒間隔で熱が放散していく様子を示しています。 2 次元レイ・トレースの性能 (180000 ユーザ定義光線 ) プロセッサ数 1 2 3 4 5 6 7 8 時間(分) 66.0 40.7 27.4 21.6 18.6 16.5 15.6 14.5 シミュレーション速度の向上 – 1.62 2.4 3.05 3.55 4 4.23 4.55 レーザ・ビームの中心が通ったウェハ表面の温度上昇のグラフです。10 マ イクロ秒後、レーザ・ビームが通過し、その後ウェハ表面は冷えていき周囲 温度に戻っていきます。 株式会社 シルバコ・ジャパン www.silvaco.co.jp 横浜本社 〒 220-8136 神奈川県横浜市西区みなとみらい 2-2-1 横浜ランドマークタワー 36F TEL：045-640-6188 FA X ： 0 4 5 - 6 4 0 - 6 1 8 1 お問い合わせ : [email protected] 京都オフィス 〒 604-8152 京都市中京区烏丸通蛸薬師下ル手洗水町 651-1 第1 4 長 谷 ビ ル 9 F TEL：075-229-8207 FA X ： 0 7 5 - 2 2 9 - 8 2 0 8 Rev.110113_06
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