【半導体】🧰 08. SemiDevKit

― 半導体デバイス物理〜BSIM4〜SPICE〜物理設計までを一気通貫で学べるオープン教材

本記事では、半導体デバイス物理から
コンパクト・モデル（BSIM4）、SPICE 解析、信頼性評価、
そして OpenLane を用いた VLSI 物理設計までを
一気通貫で学べるオープン教材「SemiDevKit」 を紹介します。

公式サイトおよび GitHub リポジトリ：

🧭 SemiDevKit とは？

SemiDevKit は、以下のワークフロー全体をカバーする
オープンソースの教育用ツールキットです。

🎯 対象者

✨ 主な特徴

🔬 1. デバイス物理 / TCAD プレイグラウンド

tcad/ 以下に、
1D Poisson / Drift–Diffusion 解法を中心とした
TCAD プレイグラウンドを用意しています。

市販 TCAD のように巨大でブラックボックスではなく、
数式から追える Python 実装です。

📐 2. コンパクト・モデリング（BSIM4 Suite）

bsim/ には BSIM4 モデルを扱うツール群がまとまっています。

デバイス物理 → コンパクトモデルを橋渡しする構成です。

⚡ 3. SPICE 解析（DC / AC / 信頼性）

同じく bsim/ 内に SPICE 解析スクリプトがまとまっています。

Python + ngspice により、
モデル生成 → SPICE 実行 → 可視化まで自動化されています。

🧱 4. VLSI 物理設計（OpenLane-Lite）

openlane/ には教育用途に最適化した
OpenLane-Lite 環境が含まれます。

商用ツールなしで IC 物理設計フローを体験可能です。

🗂 リポジトリ構成（概要）

SemiDevKit/
├── tcad/                       # デバイス物理（TCAD Playground）
│   ├── TCAD_PLAYGROUND
│   └── TCAD_PLAYGROUND_PZT
│
├── bsim/                       # コンパクトモデル + SPICE解析
│   ├── Paramus
│   ├── BSIM4_ANALYZER_DC
│   ├── BSIM4_ANALYZER_CV
│   ├── BSIM4_ANALYZER_DIM
│   └── BSIM4_ANALYZER_RELIABILITY
│
├── openlane/                   # 物理設計フロー
│   ├── openlane-lite
│   └── openlane-superstable
│
└── docs/                       # ドキュメント（MathJax 対応）

🚀 セットアップと実行例

1️⃣ クローン

git clone https://github.com/Samizo-AITL/SemiDevKit.git
cd SemiDevKit

2️⃣ 必要環境

3️⃣ SPICE DC 解析の実行例

cd bsim/BSIM4_ANALYZER_DC/run
python run_vd.py
python run_vg.py

BSIM4 モデルカードを生成し、
Vd–Id / Vg–Id の DC 特性を自動プロットします。

4️⃣ OpenLane-Lite の実行例

cd openlane/openlane-lite
./docker/run_in_docker.sh

実行内容：

  1. OpenLane 2023 コンテナ起動
  2. 小規模デザイン読み込み
  3. RTL → GDSII フロー実行
  4. GDS ファイル生成

📘 ドキュメント（MathJax 対応）

docs/ 以下の理論ノートは GitHub Pages で閲覧できます。

含まれる内容：

コードと理論が直接リンクしています。

📜 ライセンス

コンポーネント ライセンス 説明
ソースコード MIT 自由に利用・改変・再配布可能
テキスト資料 CC BY / CC BY-SA クレジット必須
図表 CC BY-NC 非商用利用のみ
外部リファレンス 各元ライセンス -

📝 まとめ

SemiDevKit は、商用 TCAD/EDA に頼らず、
半導体デバイス物理から IC 物理設計まで
一気通貫で学べるオープン教材です。

特に強力な点は：

まずは、

から試してみてください。