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ホームシミュレーションによる半導体デバイスの解析・設計支援技術
SDGsの分類
研究テーマ
IT・IoT・AI・ロボティクスものづくり・製造技術ナノ・材料
学科の分類
情報科学部情報知能学科

シミュレーションによる半導体デバイスの解析・設計支援技術

情報科学部

情報知能学科

数理応用システム研究室

鎌倉良成 教授

共同研究者

鈴木悠平
モデリング&シミュレーション半導体

[概要] コンピュータシミュレーションを用いて、半導体素子の特性を解析する研究を行っています。ナノ~マイクロメートルスケールにおける電子や原子、あるいは熱の挙動を独自開発した粒子シミュレータで高精度に予測し、より高性能で信頼性の高い半導体素子設計に役立てることを目指しています。

コンピュータシミュレーションを用いて半導体素子の特性を予測する研究を行っています。例えば右図は、集積回路内のトランジスタに放射線が入射した際、異常電流が発生し磁気抵抗メモリ(MRAM)の記憶情報が誤って書き換えられてしまう過程を調べた結果です。実際このような現象が起こる確率は非常に希なのですが、システムの安全性に深刻な影響を及ぼす可能性が懸念されています。シミュレーションは様々な極限環境も自由に想定できるため、放射線エラー対策に極めて有用な知見をもたらします。

下図は、半導体内部の電子や原子の動きを粒子モデルで表してシミュレーションする手法(モンテカルロ法)を用いて様々な素子を解析した例です。計算時間はかかりますが、物理的に精度の高い予測が可能となります。GPGPUを用いた並列計算により計算時間の短縮を図る研究も進めています。

ワイドバンドギャップ半導体(SiC)の耐圧予測シミュレーション
超高速イメージセンサ内部の光電子収集過程のシミュレーション
抵抗変化型メモリ(ReRAM)のスイッチィング時の原子移動シミュレーション

粒子モデルを用いて、半導体中の極微細領域(ナノ~ミクロン)における熱伝導を解析するためのシミュレータを開発しています。集積回路内部の効率的な廃熱方法を検討したり、温度差を利用した発電(超微細熱電発電素子)に関する研究に役立てています。

論文

「Ab Initio Study of Avalanche Breakdown in Diamond for Power Device Applications」(2015)KamakuraYoshinari『Technical Digest of International Electron Devices Meeting』p.176-179.

「The theoretical highest frame rate of silicon image sensors」(2017)EtohGoji『Sensors』17(3)p.483.

「Estimation of Phonon Mean Free Path in Small-Scaled Si Wire by Monte Carlo Simulation」(2020)SuzukiYuhei『Proceedings of International Conference on Simulation of Semiconductor Processes and Devices 』to be presented on Sep. 23, 2020 (see, https://sites.google.com/view/sispad2020)

研究者INFO: 情報科学部 情報知能学科 数理応用システム研究室 鎌倉良成 教授

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佐野 睦夫

仮想生活空間認知トレーニング支援システム

本研究では,仮想生活空間認知トレーニング支援システムを提案し,下記の内容を確認した. (1)仮想空間における片づけ行動の振り返りによる認知トレーニングシステムを提案し,健常者に対する実験ではあるが,振り返りありのVR片づけトレーニングシステムは,通常の認知トレーニングと較べて,認知機能を向上させることを確認した. (2)本提案システムは,トレーニングの難易度に応じ,適切なアイテムを設定・追加・削減することにより,認知機能に合わせた段階的な認知トレーニングが実現できる能力を有している.

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赤外線スマートウィンドウの研究

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田熊 隆史

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視覚障害者の映画鑑賞のための骨伝導ヘッドフォンによる音声ガイド配信

視覚障害者が映画鑑賞するとき,セリフとセリフの間に説明音声が流れる音声ガイドをヘッドフォンで聴取する方法が主流であるが、ヘッドフォンで耳を塞いでしまうため、映画館のマルチチャンネル臨場感音声を楽しめないという問題があった。そこで、音声ガイドを耳を塞がない骨伝導ヘッドフォンで聞き、映画館の臨場感音声は直接耳で聞くシステムを開発した。

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