2018 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ラボ, 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 | ハードブレークダウン / 負の主要応答時定数 / 正帰還系シミュレーション / 過渡解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. 電圧境界条件でのハードブレークダウンシミュレーションのDC解非収束問題調査
電圧境界条件下で電極電圧を徐々に上げて行くとハードブレークダウンが発生し、DC解が収束しなくなることを再確認。また、従来、この未収束問題を解決するための手法とされていたContinuation methodを用いても、収束する電圧範囲はやや広がるものの最終的には収束しなくなることを確認。DC解を求めるNewton反復の過程で、本研究独自の指標であるデバイスの主要応答時定数4個の挙動をモニターした所、収束しなくなる時点では主要応答時定数4個の内1～2個が負の値を取り始めることを発見。負の時定数はデバイスが正帰還状態にあることを示唆しており、この正帰還ループを適切に制御しない限り収束解を得ることは非常に困難であることを認識。また、負の時定数はContinuation methodでもほぼ同様に発生し、Continuation methodには正帰還系を安定系に変換する機構は備わっていないことを確認。
2. 電圧境界条件でのハードブレークダウンの安定なシミュレーション手法の開発
負の時定数は、1)ある地点でキャリアのインパクトイオン化が発生、2)発生したキャリアの下流へのドリフト過程でアバランシェ増倍効果によりキャリア密度が増加、3)増加した他方のキャリアの上流方向へのドリフトによってインパクトイオン化発生地点でのキャリア密度も増加、というフィードバックループの形成時間を示していると考えられる。従って、この負の時定数の絶対値以下の時間刻みを用いて過渡解析を行えば、正帰還の程度を弱めることが出来、安定にDC収束解が求められることが期待される。実際にこの手法をプログラムに実装して検証した結果、1回の電圧スイープでOFF状態から非常に強いブレークダウン状態に至る迄、極めて安定にDC収束解を得ることが出来た。
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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
DC解析のNewton反復の過程で4個の主要応答時定数をモニターし、負の時定数が現れた時点で過渡解析にスイッチして、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いてDC解を求める、という手法を開発。スナップバック現象の初期過程であるハードブレークダウン現象を電圧境界条件下で1回の電圧スイープで安定にシミュレーションすることが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
スナップバック現象をシミュレーションするために、電極の境界条件を電圧境界条件からContinuation methodで使用されている外部抵抗＋電圧源による負荷型境界条件に拡張する。更に、この負荷型境界条件を適用したデバイスに対しても、負の時定数の絶対値以下の時間刻み幅を用いた過渡解析を適用し、安定なスナップバックシミュレーションが行えることを確認する。もし、スナップバック現象固有の問題点の存在が明らかになった場合は、その解決策を探索する。
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