高電子移動度トランジスタ回路の統合化設計法の基礎検討

高電子移動度トランジスタ(HEMT)は、高速性と低ノイズ特性のため高速論理回路用デバイスあるいはマイクロ波デバイスとして注目されている。本研究は、HEMTの回路シミュレータ用等価回路モデルを最適化し回路設計に適用する統合計算方法の基礎検討を行うことを目的とし、デバイス構造パラメータより直接計算する方法、つまり物理モデルに基づく非線形モデルを検討した。検討する要素として、非線形等価回路モデルとマイクロ波回路を設計する上で非常に重要なパラメータであるSパラメータを取り上げた。等価回路は回路シミュレータSPICE用とする。デバイスの性能向上とともにゲート長の短縮が図られるが、それに伴いショートチャネル効果や速度オーバーシュート現象が顕著になってくる。今回は、この速度オーバーシュート現象を考慮した非線形モデルを検討した。このモデルを用いてデバイス構造パラメータのみで計算した直流特性はゲート電圧中間領域で測定値とよく一致した。さらに、フィッティング関数を導入した結果、数パーセント以内の誤差で計算できるようになった。次に、Sパラメータの計算方法であるが、ゲート長やゲート幅、あるいはデバイス構造といった構造パラメータより等価回路の要素の値を直接計算し、等価回路を求めこの等価回路をSPICEで計算しZパラメータを求め、得られたZパラメータをSパラメータに変換するという方法を開発した。この方法により、等価回路要素計算が最適化されていないため誤差が大きいが、直接デバイス構造パラメータよりSパラメータを計算できるようになった。

高電子移動度トランジスタ(HEMT)は、高速性と低ノイズ特性のため高速論理回路用デバイスあるいはマイクロ波デバイスとして注目されている。本研究は、HEMTの回路シミュレータ用等価回路モデルを最適化し回路設計に適用する統合計算方法の基礎検討を行うことを目的とし、デバイス構造パラメータより直接計算する方法、つまり物理モデルに基づく非線形モデルを検討した。検討する要素として、非線形等価回路モデルとマイクロ波回路を設計する上で非常に重要なパラメータであるSパラメータを取り上げた。等価回路は回路シミュレータSPICE用とする。デバイスの性能向上とともにゲート長の短縮が図られるが、それに伴いショートチャネル効果や速度オーバーシュート現象が顕著になってくる。今回は、この速度オーバーシュート現象を考慮した非線形モデルを検討した。このモデルを用いてデバイス構造パラメータのみで計算した直流特性はゲート電圧中間領域で測定値とよく一致した。さらに、フィッティング関数を導入した結果、数パーセント以内の誤差で計算できるようになった。次に、Sパラメータの計算方法であるが、ゲート長やゲート幅、あるいはデバイス構造といった構造パラメータより等価回路の要素の値を直接計算し、等価回路を求めこの等価回路をSPICEで計算しZパラメータを求め、得られたZパラメータをSパラメータに変換するという方法を開発した。この方法により、等価回路要素計算が最適化されていないため誤差が大きいが、直接デバイス構造パラメータよりSパラメータを計算できるようになった。