Um ein Simulationsprogramm als Teil in einem automatisierten System verwenden zu können, ist an das Programm eine konzeptionelle Grundanforderung zu stellen: daß der Ablauf einer einmal definierten Simulationsfolge möglichst ohne menschliche Interaktion erfolgen muß. Das heißt, jedes Programm, das in eine TCAD-Umgebung integriert wird, muß in der Lage sein, automatisch erstellte Eingaben zu verarbeiten und Ausgaben zu liefern, die wieder Grundlage für maschinelle Weiterverarbeitung ist.
Diese Anforderung erfordert vom Bauelementsimulator, allein aufgrund einer Beschreibung der geometrischen und der Materialstruktur zu erkennen, um was für ein Bauelement es sich handelt, oder noch besser, diese Erkenntnis nicht zu benötigen. Vom Entwickler des Simulationswerkzeugs muß also verlangt werden, daß alle Methoden und Formalismen, die in den Simulator eingebaut werden, soweit als möglich verallgemeinert und unabhängig vom Bauelementtyp formuliert werden.
Ein Simulator mit derartigen Anforderungen steht in Gegensatz zu spezialisierten Programmen, zum Beispiel dem Simulator MINIMOS, der eine sehr problemangepaßte Struktur besitzt. Diese Spezialisierung hat allerdings wesentlich dazu beigetragen, MINIMOS zu einem gut verwendbaren (und oft verwendeten) Analysewerkzeug zu machen. Die Spezialisierung ist also unter dem Gesichtspunkt der Automatisation ein Nachteil, bringt aber für die Entwicklung und die Integrität des Simulators sowie für seine Problemlösungsfähigkeit Vorteile.
Der Bauelementsimulator, der in dieser Arbeit vorgestellt wird, ist ,,TCAD-kompatibel``, das heißt, er läßt sich in eine automatisierte Entwurfsumgebung integrieren. Darüber hinaus enthält er einige zeitgemäße Neuerungen auf dem Gebiet der Bauelementsimulation.
Für die Simulation von Heterostrukturen ist der traditionelle Satz der Halbleitergleichungen, wie sie seit VANROOSBROECK [80] in der Halbleitersimulation verwendet werden, um eine Berücksichtigung der ortsveränderlichen Bandstruktur erweitert worden. Es hat sich außerdem als sinnvoll erwiesen, für die Simulation von HEMTs, die eine hohe Elektronengeschwindigkeit im Kanal aufweisen, die Energietransportgleichung zu lösen, um über die Trägertemperaturen die Beweglichkeit (besonders deren örtlichen Verlauf im Kanal) genauer zu modellieren, als das mit Drift-Diffusionsformulierungen möglich ist. Außerdem sind Modelle für die Heteroübergänge selbst notwendig, um die einzelnen Schichten zu verbinden.
Eine wesentliche Fähigkeit des neuen Simulationswerkzeugs ist die Möglichkeit zur verkoppelten Simulation mehrerer Einzelbauelemente. Dadurch können Kenngrößen dieser Einzelbauelemente bestimmt werden, die nur im Zusammenwirken mit anderen Elementen einer Schaltung auftreten. Die Möglichkeit zur verkoppelten Simulation ist ein folgerichtiges Ergebnis, wenn der Simulator für möglichst allgemeine geometrische Strukturen ausgelegt wird. Diese Möglichkeit schafft aber auch die Voraussetzungen zur Anbindung an einen Schaltungssimulator.