2017 Fiscal Year Research-status Report
Intelligently controled device simulator utlizing small numer of dominant time constant approximation
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17K05142
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
熊代 成孝 京都工芸繊維大学, グリーンイノベーションセンター, 特任教授 (60791473)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 和淑 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 教授 (70252476)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 主要応答時定数 / 局所打切り誤差 / 過渡解析 / 時間刻み幅制御 / ブレークダウン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. デバイス過渡解析の最適時間刻み幅制御手法の開発
デバイスの系全体の主要応答時定数を抽出し、その応答時定数を用いて新たな「指数関数型局所打切り誤差指標」を導出した。本指標は、従来のTaylor展開の最低次項のみを使用した「2次微係数型局所打切り誤差指標」とは異なり、1)局所打切り誤差成分を高次項も含めて全て考慮していること。2)主要応答時定数よりもずっと短い応答に対する誤差の重みが自動的に小さくなること。3)主要応答時定数よりも長期の応答に対しては、誤差値が飽和する仕組みになっていること。といった優れた特性を有している。本指標を用いてパワーDMOSFETの過渡解析を行い、従来の「2次微係数型局所打切り誤差指標」を用いた場合に比べ、時間刻み数で約20%、計算時間で約30%にまで削減・短縮出来ることを実証した。本成果は、SISPAD2017, SDM研究会招待講演、ICD研究会で発表した。
2. 負の主要応答時定数の物理的起源の検証
強く順方向バイアスされたダイオードの過渡解析過程で、一時的に負の主要応答時定数が発生することを確認。デバイスAC解析との対比により、この負の主要応答時定数は、キャリア注入に起因した導電率変調によりバルク微分抵抗が負になって発生することを確認。また、SRH再結合が顕著になる時間帯に到達すると、導電率変調が飽和し、主要応答時定数は正に戻ることも確認した。
3. ブレークダウンシミュレーションの安定制御指標の探索
スナップバック現象の初期過程であるブレークダウン現象を安定にシミュレーションするための制御指標の探索を行い、DC解析においても、過渡解析用Jacobianから導出した主要応答時定数が良い制御指標となり得る可能性があることを確認した。インパクトイオン化が激しくなり、ブレークダウン（正帰還）状態になると主要応答時定数が正から負に変化する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
過渡解析の時間刻み幅制御手法の開発はほぼ完了し、計算時間を従来の約30%に短縮するという良好な結果を得た。
スナップバック制御に関しては、その初期過程であるブレークダウン現象を安定にシミュレーションするために、主要応答時定数の正負が制御指標として使用可能であるという見通しを得ることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. ブレークダウン状態になった場合、デバイスと外部回路の間に適当な受動素子を挿入して系全体の主要応答時定数を負から正に引き戻手法の開発を行う。
2. 1.によってブレークダウン状態のシミュレーションが安定に制御出来ることを確認した後、スナップバック状態のシミュレーションの安定制御指標の探索を行う。
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