场效应晶体管集成模拟器 (FETIS)——用于模拟基于III 族氮化物的高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的模拟软件包

FETIS 软件是为III 族氮化物基高电子迁移率场效应晶体管 (HEMT) 建模而开发的。该模块包括跨器件异质结构的能带图和电势分布的一维模拟器，以及提供舒适的代码操作和建模结果可视化的图形外壳。FETIS 软件可根据泊松方程和薛定谔方程的自洽解，对 HEMT 结构中的载流子约束进行准经典和精确的量子力学考虑。该代码可以预测载流子浓度曲线、表面载流子浓度、二维电子/空穴气体子带的数量和能量位置等重要的 HEMT 特性和参数，以及它们随栅极偏压的变化情况。

FETIS 中采用的物理模型考虑到了氮化物材料的具体特征——强压电效应、自发电极化的存在以及高电离能导致的低受体活化效率。此外，还可以在器件中加入不同于 III 族氮化物的半导体材料异质结构层，例如ZnO、MgO或其合金的特定成分。

Band diagram and carrier wave functions

当前版本的 FETIS 支持异质结构顶部的 4 种边界条件：

• 自由表面

• 电介质层钝化的自由表面

• 肖特基接触

• 金属/电介质/半导体

第一对描述电极间区域，后一对用于栅极和场板区域。一种特殊的表面陷阱态模型被用来解释表面附近的能带弯曲。

在渐进沟道近似法中描述了 HEMT 的工作。用户可以计算在给定漏极和栅极电压下的电势、电场和载流子漂移速度沿沟道的分布，以及整套 I-V 特性。用户可以选择不同的电子迁移率近似值作为电场的函数。

Series computation provides the user with electron concentration in the channel

as a function of the local bias for both gate and intercontact regions

FETIS 3.0的功能

在给定栅极偏压下，计算HEMT异质结构中沿外延层法线方向的电势分布，提供

• 能带图

• 局域载流子态的能级和波函数

• 载流子浓度和片密度

渐进沟道近似中的 HEMT 运行分析

• 沟道电势、电场、电子浓度和漂移速度沿沟道的分布

• 电流-电压特性

物理模型简介

带图由泊松比方程计算得出

• 考虑自发极化和压电效应

• 计算载流子密度时考虑了载流子的量子性质

• 底部异质结构表面的电中性条件

顶部触点上的两种边界条件

• 栅极触点上的肖特基势垒

• 由于接触表面上的表面陷阱能级而导致的能带弯曲

A set of I-V characteristics can be calculated for a given variation of the gate and drain voltages

用户界面

友好的用户界面允许用户

• 指定所有输入数据：异质结构、材料属性、选项等。

• 交互式控制计算

• 通过内部可视化工具查看结果，提供设备操作的出色表现

结果还可存储在多个输出文件中。FETIS 3.0 支持以商用 Tecplot 图形软件包（© Copyright 1988-2005 Tecplot, Inc.）

User-friendly interface for input of the HEMT heterostructure

材料特性数据库

代码提供了模拟所需的 III 族氮化物材料属性内部数据库。用户可对数据库进行修改。