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1. Überblick

Main simulation window showing the 3D device structure and toolbar. The Contacts editor can be opened by clicking the Contacts button in the main window toolbar on the left. — Hauptfenster der Simulation – zeigt die Gerätekonfiguration in einer 3D-Ansicht. Der Kontakt-Editor kann durch Klicken auf die Schaltfläche „Kontakte“ in der linken Symbolleiste geöffnet werden. Dadurch kann der Benutzer Kontaktparameter wie Arbeitsfunktion, Selektivität und Grenzflächenbedingungen definieren.

Der Kontakt-Editor wird zur Definition von Kontakten verwendet. Kontakte sind Teil des elektrischen Modells und bestimmen, wie Ladung in das Bauelement eingespeist oder daraus abgeführt wird. Mit diesem Editor legen Sie die Position des Kontakts fest, geben ihm einen Namen, definieren, wie die Spannung angelegt wird (und welchen Wert sie hat), und legen die relevanten Trägerdichten und das physikalische Modell am Kontakt fest. Diese Handbuchseite gibt Ihnen einen Überblick über diese Einstellungen.

Um den Editor zu öffnen, gehen Sie zum Hauptfenster, wählen Sie die Registerkarte „Gerät“ aus und klicken Sie auf die Schaltfläche „Kontakte“ (??). Dadurch wird ?? geöffnet, das das Hauptfenster des Kontakteditors ist.

Contact editor window showing the list of defined contacts and their parameters such as position, applied voltage, charge density, majority carrier, and physical model. — Fenster „Kontakteditor“ – zeigt die in der Gerätekonfiguration definierten Kontakte an. Jeder Kontakt kann hinsichtlich seiner Position (oben oder unten), der angelegten Spannung, der Ladungsdichte und der Fermi-Level-Verschiebung, des dominanten Trägertyps und des physikalischen Modells (z. B. ohmsch oder Schottky) konfiguriert werden.

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Name: Ein englischer Name für den Kontakt. Dieser kann auf eine beliebige Bezeichnung eingestellt werden (z. B. „oben“, „Tor“, „Kollektor“).
Oben/Unten: Die Position des Kontakts. Zu den Optionen gehören Top (y0), Bottom (y1), Left (x0), Right (x1), Front (z0), Back (z1) oder einfach X, Y, Z. Diese geben die Koordinaten der Position des Kontakts an. – Links-/Rechtskontakte werden häufig für Transistorstrukturen verwendet, bei denen die Injektion von der Seite erfolgt. – Oben-/Untenkontakte sind typisch für planare Bauelemente wie OLEDs oder Solarzellen. – X/Y/Z-Kontakte ermöglichen die Injektion in einen bestimmten Punkt im Bauelement und werden häufig für die Modellierung von Bauelementen mit großer Fläche verwendet.
Anliegende Spannung: Definiert, wie die Spannung an den Kontakt angelegt wird. Optionen:
- Konstante Vorspannung: Hält den Kontakt auf einem festen Potential, das von Null verschieden sein kann. Nützlich in Geräten mit mehreren Anschlüssen, bei denen ein Anschluss auf eine bestimmte Spannung fixiert ist.
- Änderung: Die Simulations-Sweep-Spannung wird an diesen Kontakt angelegt (z. B. für J–V-Kurvensimulationen).
- Masse: Legt das Kontaktpotential auf 0 V fest.
Ladungsdichte / Fermi-Verschiebung: Definiert die Gleichgewichtsträgerdichte am Kontakt, gemäß der Maxwell-Boltzmann-Statistik: \( n = N_c \exp\left(-\frac{E_c - E_f}{kT}\right) \), \( p = N_v \exp\left(-\frac{E_f - E_v}{kT}\right) \). Die Ladungsdichte sollte niedriger sein als die in dem elektrischen Editor eingestellte effektive Zustandsdichte. Die Fermi-Verschiebung gibt an, wie weit das Fermi-Niveau des Kontakts vom Bandrand entfernt ist. Normalerweise handelt es sich dabei um eine positive Zahl (innerhalb des Bandes). Negative Werte sollten nur in Ausnahmefällen verwendet werden. Hinweis: Die JSON-Datei speichert die tatsächliche Trägerdichte; die Fermi-Verschiebung wird zur Erleichterung der Bedienung für den Benutzer berechnet.
Majoritätsträger: Gibt an, ob der Kontakt Löcher oder Elektronen als die vorherrschenden Ladungsträger einbringt.
Physikalisches Modell: Beschreibt das elektrische Verhalten des Kontakts:
- Ohmisch: idealer, vollkommen leitender Kontakt.
- Vollständige Blockierung: Es findet kein Ladungstransport durch den Kontakt statt.
- Ohmisch + Barriere: ohmisch, jedoch mit einer flachen Injektionsbarriere, die durch einen Randgitterpunkt realisiert wird. Nützlich für die Simulation von S-förmigen J–V-Kurven.
- Schottky-Kontakt: ein nicht-ohmscher, gleichrichtender Barrierenübergang.
ID: Ausgeblendete Spalte, die die JSON-Kennung für den Kontakt enthält. Sie wird in Skripten und bei der Automatisierung verwendet.

Einstellungen für Minderheitsträger

Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil neben „Minoritätsladungsträger“, um die Tabelle „Minoritätsladungsträger“ anzuzeigen. Standardmäßig konzentriert sich der obere Teil des Kontakteditors auf die Einstellungen für den „Hauptladungsträger“ und geht davon aus, dass der „Minoritätsladungsträger“ automatisch behandelt wird (d. h. als Ergänzung zur Auswahl des Hauptladungsträgers).

Expanded Contact editor window showing both majority and minority carrier sections. The user has clicked the minority carrier button, revealing additional fields for defining minority carrier type, model, and ID alongside the majority carrier settings. — Erweitertes Fenster des Kontakt-Editors – in dieser Ansicht wurde der Abschnitt für die Minderheitsträger durch Klicken auf den entsprechenden Button geöffnet. Zusätzlich zu den Einstellungen für die Mehrheitsträger (Position, angelegte Spannung, Ladungsdichte/Fermi-Niveau-Verschiebung, Typ der Mehrheitsträger und physikalisches Modell) können Benutzer auch den Typ der Minderheitsträger definieren, das physikalische Modell für die Minderheitsträger auswählen sowie die Kontakt-ID für die Skripterstellung anzeigen oder bearbeiten.

Die Art der Ladungsträgerpaarung ist durch die Physik festgelegt: Wenn der Hauptladungsträger ein Loch ist, ist der Nebenladungsträger ein Elektron; wenn der Hauptladungsträger ein Elektron ist, ist der Nebenladungsträger ein Loch. Was Sie jedoch wählen können, sind die Randbedingungen, die auf den Nebenladungsträger an jedem Kontakt angewendet werden (über das physikalische Modell).

Ohmisch (für beide Ladungsträger): Geeignet für Bauelemente, bei denen beide Ladungsträger gut eingebracht bzw. abgezogen werden können – zum Beispiel viele Laserdioden (z. B. aus GaAs) mit hochleitfähigen Kontakten.
Selektives/Blockierendes Verhalten: Häufig bei Solarzellen. Man kann beispielsweise die Mehrheit der Ladungsträger so einstellen, dass sie einen ohmschen Kontakt bildet (um sie effizient abzuführen), während die Minderheit der Ladungsträger an derselben Elektrode vollständig blockiert wird (um die Rekombination zu unterdrücken). Varianten wie „ohmscher Kontakt + Barriere“ oder ein Schottky-Modell ermöglichen es, die Selektivität teilweise zu steuern.

In der Praxis führt die Einführung einer Minoritätsträger-Sperrschicht an der „falschen“ Kontaktstelle von Solarzellen oft zu einer verbesserten Selektivität und kann die Leerlaufspannung VOC um etwa 0,1–0,2 V erhöhen, je nach Bauart des Bauelements und der Konfiguration der Grenzflächen. Verwenden Sie die Tabelle für Minoritätsträger, um diese Randbedingungen explizit festzulegen.