Ausgabesonden in OghmaNano

Was sind Sonden?

Oft möchte man während einer Simulation einen bestimmten Punkt innerhalb des Geräts in Abhängigkeit vom Simulationsschritt überwachen. So möchte man beispielsweise das Leitungsband, die Trägerdichte oder das elektrische Feld an einem bestimmten Gitterpunkt in Abhängigkeit von der Spannung oder der Zeit beobachten.

Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, wäre die Verwendung des Snapshot-Systems, bei dem alle Simulations-Snapshots auf der Festplatte gespeichert und anschließend mit einem externen MATLAB- oder Python-Skript die benötigten Daten aus jeder Ausgabedatei extrahiert werden. Dies ist oft ein effektiver Ansatz, da er vollständigen Zugriff auf den gesamten Simulationszustand ermöglicht.

Eine deutlich schnellere Methode ist jedoch die Verwendung von Ausgangssonden.

Ausgabesonden erfassen die Simulationsausgabedateien, bevor diese auf der Festplatte gespeichert werden. Sie extrahieren einen bestimmten Wert aus dem Datensatz und erstellen dann automatisch ein neues Diagramm, das den Wert in Abhängigkeit vom Simulationsschritt darstellt.

Zum Beispiel, wenn die Simulation die folgende Datei erstellt:

Ec.csv

Dieses enthält das Energieprofil des Leitungsbandes innerhalb des Bauelements. Eine Sonde kann diese Daten erfassen, den Wert an einem einzelnen Gitterpunkt extrahieren und automatisch einen neuen Datensatz erstellen, der zeigt, wie sich dieser Wert in Abhängigkeit von der Spannung oder der Zeit verändert.

In der Praxis ermöglicht dies die kontinuierliche Überwachung von Mengen innerhalb des Geräts, ohne dass große Datenmengen manuell verarbeitet werden müssen.

Konfiguration der Messfühler

Der Editor für Messwertaufnehmer kann über die in ?? gezeigte Registerkarte „Automatisierung“ geöffnet werden.

In diesem Beispiel überwacht die Sonde die folgende Datei:

Ec.csv

was dem Energieprofil des Leitungsbandes innerhalb der Komponente entspricht.

Die Sonde ist aktiviert und so konfiguriert, dass sie den fünften Gitterpunkt entlang der y-Achse erfasst. In diesem Beispiel ist das Gerät eindimensional und enthält zehn Gitterpunkte, was bedeutet, dass die Sonde den Wert erfasst, der sich ungefähr in der Mitte des Geräts befindet.

Die Messpunkte sind nicht auf die Erfassung einzelner Gitterpunkte beschränkt. Sie können auch so konfiguriert werden, dass sie je nach Art der erforderlichen Analyse Durchschnittswerte, Minimalwerte, Maximalwerte und andere reduzierte Größen berechnen.

Im Prinzip funktionieren die Sonden so, dass sie während der Simulation die erstellten Dateien überwachen und automatisch Daten daraus extrahieren, um daraus eine weitere kontinuierliche Grafik zu erstellen.

Beispielausgabe

Sobald die Simulation abgeschlossen ist, wird im Ausgabeverzeichnis der Simulation ein Ordner namens „Probes“ angezeigt, wie in ?? dargestellt.

In diesem Beispiel lautet die generierte Datei:

Ec_z0_x0_y5.csv

was dem an dem Gitterpunkt ermittelten Energiewert des Leitungsbandes entspricht:

z=0, x=0, y=5

Wenn diese Datei geöffnet wird, erstellt OghmaNano automatisch ein Diagramm, in dem die überwachte Größe als Funktion des Simulationsschritts dargestellt wird, wie in ?? gezeigt.

Durch die Verwendung von Sonden auf diese Weise können Größen wie Potentiale, Trägerdichten, Rekombinationsraten und elektrische Felder kontinuierlich an bestimmten Stellen innerhalb des Bauelements überwacht werden.

Da die Sonden die Datenmengen während der Simulation automatisch reduzieren, entfällt die Notwendigkeit, große Mengen an Momentaufnahmen manuell mithilfe externer Skripte zu verarbeiten.

Im internen Bereich verwenden die Ausgaben der Sondierung die gleiche Ausgabeformatierung OghmaNano-Ausgabeformat wie alle anderen Simulationsausgaben und können daher entweder in einem für Menschen lesbaren CSV-Format oder in einem kompakten Binärformat gespeichert werden.