Editor für parasitäre Bauelemente
1. Überblick
Reale Bauelemente verhalten sich selten wie ideale Dioden. Der Reihenwiderstand von Elektroden und Leitungen, Leckströme durch unvollkommene Isolationswege sowie die „zusätzliche“ dielektrische Dicke durch Einkapselung oder Pufferschichten verändern alle das gemessene Verhalten. Der Editor für parasitäre Bauelemente ermöglicht es Ihnen, diese Effekte bei der Simulation von Bauelementen mit zwei Anschlüssen (z. B. OLEDs/LEDs, Solarzellen, Photodioden) zu berücksichtigen. Die Parameter werden automatisch bei der Erstellung von Strom-Spannungs-Kennlinien und zugehörigen Diagrammen berücksichtigt.
2. Parameter
Der Editor stellt drei Werte zur Verfügung:
- Parallelwiderstand (Ω·m²) – ein flächennormalisierter Ableitpfad über das Bauelement. Die Verwendung der Einheit Ω·m² sorgt dafür, dass die Kennlinie im Dunkelbetrieb unabhängig von der Fläche des Bauelements bleibt: Wenn sich die simulierte Fläche ändert, wird der absolute Parallelstrom entsprechend skaliert, sodass sich die Stromdichte nicht ändert.
- Reihenschaltungswiderstand (Ω) – ein in Reihe mit dem Bauelement geschalteter Gesamtwiderstand (z. B. Flächenwiderstand einer ITO-Schicht, Verdrahtung, Kontakte). Wird in Ohm angegeben, da dies eine intuitive Vorstellung von einem gesamten Reihenschaltungselement vermittelt.
- Weitere Schichten (m) – eine wirksame zusätzliche Dicke \(\Delta t\), die die geometrische Kapazität so anpasst, dass die zusätzliche dielektrische Distanz berücksichtigt wird (z. B. durch Einkapselung oder Abstandshalter).
3. Wie sie angewendet werden.
Für Bauelemente mit zwei Anschlüssen (OLEDs/LEDs, Solarzellen, Photodioden und ähnliche) werden diese Parameter automatisch in die simulierten Kennlinien (JV-Charakteristik) und die Analyse der Klein-Signal-Antworten einbezogen. Bei Bauelementen mit mehr als zwei Anschlüssen (z. B. OFETs und andere transistorähnliche oder komplexe Mehranschlussschaltungen) ist es nicht offensichtlich, an welchen Anschlüssen ein einzelnes Paar von in Reihe geschalteten/parallel geschalteten Elementen angelegt werden soll; daher werden diese parasitären Parameter nicht automatisch berücksichtigt. In solchen Fällen fügen Sie in der Nachbearbeitung entsprechende Ersatzparasitärelemente gemäß Ihrer gewählten Messkonfiguration hinzu.
Geometrische Kapazität mit „anderen Schichten“. In der Praxis stimmt die experimentell gemessene geometrische Kapazität eines Bauelements nicht immer mit dem Wert überein, der durch die einfache Formel für die dielektrische Platte vorhergesagt wird. Diese Abweichung kann verschiedene Ursachen haben: Feldlinienverluste an den Rändern, Elektroden, die etwas größer oder kleiner sind als angenommen, Ungenauigkeiten bei der tatsächlichen Bauelementdicke oder Unsicherheiten bei der Behandlung mehrerer Halbleiterschichten (insbesondere wenn einige davon Ladung speichern können).
Um dem Benutzer die Berücksichtigung dieser Effekte zu ermöglichen, führt OghmaNano einen zusätzlichen Parameter, „Andere Schichten“, ein, der als effektive Dickenkorrektur dient \(\Delta t\). Standardmäßig ist dieser Parameter auf Null gesetzt, sodass die Kapazität nur dann anhand der tatsächlichen Gerätegeometrie berechnet wird, wenn der Benutzer diesen Parameter explizit ändert.
\[ C_{\mathrm{geo}} \;=\; \frac{\varepsilon A}{d + \Delta t}, \]
wobei \(d\) die nominale Dicke des Bauelements, \(A\) die Fläche des Bauelements und \(\varepsilon = \varepsilon_0 \varepsilon_r\) die Permittivität ist. Durch die Anpassung von \(\Delta t\) kann der Benutzer die in der Simulation berechnete geometrische Kapazität näher an den experimentell ermittelten Wert bringen und so Unsicherheiten in der Geometrie des Bauelements, der Kontaktdefinition oder der Feldverteilung ausgleichen. Diese Korrektur ist vor allem bei transienten Simulationen (z. B. Lade-/Entladedynamik) und Frequenzbereichsberechnungen (z. B. Impedanzspektroskopie) relevant, bei denen der genaue Wert der Kapazität das Simulationsergebnis stark beeinflusst.