01 - Programmi liberi
In questa sezione tratteremo i programmi di simulazione per dispositivi elettronici. Dopo aver preso in considerazione le principali società attive in questo settore, e i principali software disponibili sul mercato, ci concentreremo su uno di questi:
Apsys di Crosslight. Tale programma permette di simulare una grande gamma di dispositivi, calcolandone le più importanti grandezze; si dimostra quindi un ottimo esempio delle possibilità oggi offerte dai simulatori in questo campo.
Iniziamo con il presentare i software di carattere libero per simulazione di dispositivi. Con
liberi ci riferiamo alla generica possibilità di utilizzare tali software senza doverli acquistare; non sono dunque necessariamente software a sorgente libera o rilasciati sotto licenza
Gnu GPL. Come è possibile immaginare, l'argomento molto tecnico di cui questi programmi trattano riduce notevolmente il numero di potenziali utenti, e di conseguenza il loro numero. Abbiamo scelto di riportare di seguito due progetti di una certa consistenza, legati tra loro:
NextNano3 e
TiberCAD.
Originariamente sviluppato dall'università
Walter Schottky Institut,
Technische Universität München e dall'università
Tor Vergata di Roma, è ora portato avanti da un solo studente, Stefan Birner.
Nextnano3 è un simulatore per calcolare, in maniera consistente, la struttura elettronica realistica di dispositivi a eterostruttura quantica in tre dimensioni in condizioni di polarizzazione, e la densità di corrente in vicinanza dell'equilibrio. La struttura elettronica è calcolata completamente tramite meccanica quantistica, mentre la corrente è determinata impiegando un concetto semiclassico di livelli di Fermi locali, che sono calcolati in maniera autoconsistente.
Il software può essere scaricato gratuitamente per usi personali, mentre la licenza vieta qualsiasi utilizzo per scopi commerciali o la sua redistribuzione, salvo approvazione dei proprietari.
NextNano3 è scritto in Fortran, e viene fornito sia il codice compilato eseguibile su Windows, sia il codice sorgente. Il software è ancora in fase di sviluppo, e, come dichiarato dagli autori, presenta vari bug, che gli autori dichiarano di voler correggere solo in parte.
TiberLAB è una società italiana strettamente legata al Dipartimento di Ingegneria Elettronica dell'università di Roma
Tor Vergata. Deriva da progetti universitari, ed è stata fondata nel 2008. Il progetto è stato legato in passato a NextNano3, ma attualmente prosegue autonomamente lo sviluppo del codice. La società offre due strumenti:
- TiberWEB: un servizio per la simulazione di dispositivi online. Basato su Java, permette di eseguire le simulazioni sull'hardware messo a disposizione dalla società
- TiberCAD: pacchetto di programmi per la simulazione di dispositivi.
TiberCAD è uno strumento per la simulazione di dispositivi nanoelettronici e optoelettronici. Le applicazioni spaziano dalla nanoelettronica alle tecnologie laser, inclusa l'elettronica molecolare e i bio-dispositivi. Utilizza metodi di analisi quantistica, classici, atomici e continui. Il software appare ancora legato a una logica universitaria open source, e può per esempio essere ottenuto in versione di prova, completo. Può essere utilizzato per:
- Analisi di dispositivi elettronici
- Dispositivi nanoelettronici
- Dispositivi elettronici e molecolari
- Dispositivi optoelettronici
- Celle fotovoltaiche
- Nanostrutture
Le principali caratteristiche del programma sono:
- Simulazione di effetti da stress, piroelettrici, piezoelettrici, oltre a flusso di corrente e bilancio termico.
- Elementi di fisica quantistica.
- Calcolo della corrente con metodi classici (Deriva-diffusione e idrodinamici) e quantistici (deriva-diffusione quantica e funzione di Green fuori dall'equilibrio).
- Dinamica di eccitoni, elettroni, lacune.
- Risolutore di campi ottici.
- Simulazione in una, due, tre dimensioni, con simmetria cilindrica.
- Griglie di calcolo adattive.
- Strutture atomiche.
- Interfacciabile con altri strumenti di TCAD, come ad esempio quelli prodotti da Synopsys e Silvaco.
