Die Simulation allgemeiner Bauelementstrukturen stellt wesentlich höhere Anforderungen an die Datenverwaltung und -strukturen eines Bauelementsimulators, als das für ein spezialisiertes Simulationsprogramm der Fall ist. Es kann weder von einer bestimmten Struktur des Bauelements ausgegangen werden, noch sind die Materialien a priori bekannt. Dies trifft gerade auf Heterostrukturbauelemente und im speziellen auf den Heterostruktur-Feldeffekttransistor zu. HFETs besitzen einen geschichteten Aufbau wobei die einzelnen Schichten aus unterschiedlichen Halbleiterlegierungen gebildet werden. Sowohl die Anzahl der Schichten als auch ihre Anordnung ist unterschiedlich je nach Art des HFETs. Ein Bauelementsimulator für allgemeine Bauelementstrukturen soll in der Lage sein, möglichst ohne Zutun des Benutzers, das Bauelement in seiner Struktur zu erfassen, die entsprechenden Sätze von Differentialgleichungen und physikalischen Modellen auszuwählen und die gewünschten Simulationen durchzuführen. Der automatische Ablauf ist gerade für die Einbindung eines Bauelementsimulators in eine Entwicklungsumgebung, wie etwa VISTA [8], von großer Bedeutung. In einer solchen Entwicklungsumgebung werden die Eingangsdaten für den Bauelementsimulator als Ergebnis andere Programmwerkzeuge, wie etwa Prozeßsimulatoren, zur Verfügung gestellt und die Ergebnisse der Bauelementsimulation selbst werden von anderen Programmen weiterverarbeitet. Ein Eingreifen des Benutzer darf für einen Bauelementsimulator, der in eine Entwicklungsumgebung integrierbar sein soll, nicht notwendig sein. MINIMOS-NT wurde entsprechend dieser Anforderungen konzipiert. Ursprünglich für die Simulation von HFETs entwickelt, wurde MINIMOS-NT bereits erfolgreich zur Simulation von thermoelektrischen Problemen, Charge-Coupled Devices [10] und Polyemitter-Bipolartransistoren [15] eingesetzt.
Die für die Beschreibung eines Bauelements herangezogenen physikalischen Modelle liefern funktionale Zusammenhänge der betrachteten physikalischen Größen. Die Flexibilität von MINIMOS-NT beruht auf der modularen Evaluierung dieser funktionalen Zusammenhänge in Prozeduren. Solche Prozeduren werden im folgenden Modelle genannt. Ein Modell ist demnach die Implementierung einer Funktion, der wiederum ein physikalisches Modell zugrunde liegt.
Die unterschiedlichen Materialien, die für die Schichten der HFETs verwendet werden, bedingen entsprechende physikalische Modelle. Es ist daher sinnvoll, die Geometrie der Bauelemente in Teilgebiete zu gliedern. Ein solches Teilgebiet wird Segment genannt und ist nach den selben physikalischen Modellen zu behandeln.
Abbildung 2.1: Schematischer Aufbau des Bauelementsimulators MINIMOS-NT.
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die Datenstrukturen und die Algorithmen die der Verwaltung und Evaluierung von Modellen in MINIMOS-NT zugrunde liegen (s. Abb. 2.1). Funktionsgruppen, die für die Simulation von HFETs von Bedeutung sind, werden in den folgenden Kapiteln ausführlich behandelt. In diesen Fällen findet sich im folgenden ein entsprechender Verweis.