Referencia del formato de archivo avanzado para simulaciones de OghmaNano.

Esta página describe en detalle el formato de archivo OghmaNano sim.json: la estructura de las definiciones de dispositivos, los modelos de materiales eléctricos y ópticos, los scripts de Lua, el dopaje, los contactos, los barridos de voltaje, la creación de mallas y la configuración de los parámetros numéricos. También incluye una referencia con función de búsqueda de los tokens de parámetros y las claves JSON. Se trata de una referencia técnica avanzada, no de una introducción a JSON ni de instrucciones para abrir archivos en un navegador web.

Esta guía está pensada tanto para usuarios humanos como para asistentes de inteligencia artificial. Los usuarios humanos pueden consultar las tablas y los ejemplos al editar las simulaciones. Los asistentes de inteligencia artificial pueden utilizar las rutas documentadas y los cuadros de guía marcados al transformar una simulación existente en un nuevo dispositivo. La misma página HTML sirve como guía para ambos tipos de usuarios.

Alcance: las rutas anidadas identificadas como verificadas provienen de un ejemplo funcional de OghmaNano v8.1. El catálogo de tokens también incluye nombres extraídos del diccionario de parámetros proporcionado; no obstante, no todas estas rutas son necesariamente editables en todas las versiones o tipos de simulación.

1. Utilizar esta guía de referencia con un asistente de inteligencia artificial.

Esta guía técnica está destinada tanto a usuarios humanos como a asistentes de inteligencia artificial que creen o modifiquen simulaciones de OghmaNano. Documenta las rutas JSON que se observan en un ejemplo funcional de OghmaNano v8.1 e incluye el diccionario de parámetros proporcionado. Se trata de una guía de referencia, no de un esquema ejecutable ni de un sustituto de un archivo de simulación funcional. No se admiten todas las posibles estructuras de dispositivos o modelos físicos.

El catálogo completo de tokens se encuentra en sección 11. Muchas de las entradas del diccionario son etiquetas para las salidas o los controles de la interfaz gráfica de usuario, en lugar de ser claves directamente editables en el ejemplo proporcionado; una entrada en el catálogo, por sí sola, no constituye una prueba de que exista una ruta JSON editable.

2. Objetos de nivel superior y selección de la simulación

El ejemplo práctico también incluye los objetos de nivel superior electrical_solver, thermal, exciton, fits, parasitic, hard_limit, perovskite, singlet, circuit, gl, gui_config, world, ml y scans, así como los metadatos del documento. La presencia y el contenido de estas secciones pueden variar según las versiones y los tipos de simulación. No elimine una sección que no le resulte familiar simplemente porque no sea relevante para el nuevo dispositivo.

{
  "sim": { "simmode": "segment0@jv" },
  "sims": {
    "jv": {
      "segments": 1,
      "segment0": {
        "config": { "Vstart": 0.0, "Vstop": 2.2, "Vstep": 0.025 }
      }
    }
  }
}

El fragmento anterior muestra las rutas existentes; no se trata de un archivo de simulación completo.

3. Segmentar las colecciones, los identificadores y los tipos de datos.

Las colecciones se representan mediante un campo numérico segments y objetos numerados consecutivamente segment0, segment1… Una colección que declare cuatro segmentos debe contener exactamente los cuatro objetos de segmento hijo correspondientes. Los objetos pueden contener campos id que se utilizan para identificarlos. Al copiar o crear un nuevo objeto, asígnele un nuevo ID único cuando sea necesario; conserve los ID de los objetos que no se hayan modificado.

{
  "segments": 2,
  "segment0": { "name": "Layer A", "id": "id0123456789abcdef" },
  "segment1": { "name": "Layer B", "id": "idfedcba9876543210" }
}

4. Epitaxia: geometría, composición y dopaje.

Las definiciones de las capas se almacenan en epitaxy.segmentX (donde X comienza en cero), mientras que los contactos se almacenan por separado en epitaxy.contacts.segmentX. En el ejemplo práctico de GaAs proporcionado, y0 es la posición inicial y dy es el grosor de la capa, ambos en metros. Mantenga los límites de las capas contiguos, a menos que el dispositivo incluya deliberadamente un espacio físico.

Una región uniforme de tipo p tiene valores positivos de Na0 y Na1, con Nd0 = Nd1 = 0. Una región uniforme de tipo n utiliza Nd0 y Nd1 en su lugar. Una región intrínseca puede utilizar el valor cero para los cuatro parámetros de dopaje. Antes de realizar modificaciones, compruebe si se han activado dopajes o campos de interfaz adicionales en la simulación inicial seleccionada.

5. Scripts de Lua para materiales eléctricos.

En el ejemplo práctico con GaAs, cada capa semiconductora activa su modelo de material eléctrico Lua utilizando el objeto program que se encuentra dentro de shape_dos. El nombre del archivo se encuentra en default_program_path. El campo en línea program es una cadena vacía en ese ejemplo. La ruta del script es relativa a la base de datos de materiales eléctricos, sin un prefijo ./ en el ejemplo observado.

"shape_dos": {
  "program": {
    "enabled": "True",
    "program": "",
    "default_program_path": "Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua",
    "font_size": 12
  }
}

Esto muestra los campos anidados para la selección de scripts. En una capa real, deje todos los demás campos existentes shape_dos tal como están.

Anulación de los parámetros del material de Lua.

OghmaNano permite modificar los parámetros individuales de los materiales, que se calculan mediante scripts de Lua, utilizando epitaxy.segmentX.shape_dos.db_overrides. Esto permite utilizar modelos de materiales estándar al mismo tiempo que se ajustan parámetros específicos, como las tasas de recombinación o las movilidades de los portadores, sin modificar la base de datos global de materiales.

Por ejemplo, para anular el coeficiente de recombinación radiativa:

"free_to_free_recombination": 1e-16,
"db_overrides": {
    "free_to_free_recombination": "true",
    "Eg": "false",
    "Xi": "false"
}

6. Conjuntos de datos de materiales ópticos y emisión.

El conjunto de datos ópticos para una capa epitaxial se selecciona en epitaxy.segmentX.absorption.nk_data. La lista de materiales ópticos proporcionada contiene rutas que terminan en /alpha.csv; para obtener la referencia de directorio utilizada en nk_data, elimine ese sufijo. El modelo Lua eléctrico y el conjunto de datos ópticos son referencias independientes y no es necesario que tengan las mismas rutas.

El conjunto de datos ópticos x = 0.315 es una aproximación de la composición de un modelo eléctrico de x = 0.30 AlGaAs que se encuentra en las cercanías. No lo describa de forma implícita como una coincidencia exacta. Utilice la malla de longitudes de onda que se encuentra en optical.mesh.mesh_l cuando los cálculos ópticos requieran un rango espectral adecuado. El ejemplo también contiene optical.mesh.mesh_y para su malla espacial óptica.

En el caso de un LED que funciona con electricidad, se puede desactivar la iluminación óptica externa utilizando la configuración actual de la fuente de luz; la muestra contiene optical.light_sources.Psun. La capa también contiene shape_pl.pl_emission_enabled y la configuración relacionada para la emisión. La activación de la salida de emisión, por sí sola, no es una prueba de que el modelo resuelva la forma de la línea espectral, la física de la emisión espontánea o la eficiencia cuántica externa. Confirme qué opciones son compatibles en el modo de simulación elegido.

7. Contactos y polaridad del voltaje.

Los contactos eléctricos se definen según epitaxy.contacts, y no mediante la modificación de la concentración de impurezas en una capa cualquiera. El archivo de trabajo proporcionado tiene dos contactos, con objetos contact anidados separados. Su terminal superior se encuentra en y0 y su terminal inferior en y1. La polaridad real del voltaje se ajusta según la configuración applied_voltage_type de estos terminales.

"contacts": {
  "segments": 2,
  "segment0": {
    "contact": {
      "position": "y0",
      "applied_voltage_type": "change",
      "majority": "hole",
      "minority": "electron",
      "majority_model": "ohmic",
      "minority_model": "ohmic"
    }
  },
  "segment1": {
    "contact": {
      "position": "y1",
      "applied_voltage_type": "ground",
      "majority": "electron",
      "minority": "hole",
      "majority_model": "ohmic",
      "minority_model": "ohmic"
    }
  }
}

Fragmento de contacto: los campos que se han omitido siguen siendo obligatorios en el ejemplo práctico real.

8. Coherencia de la malla eléctrica y óptica.

Para el ejemplo de deriva-difusión proporcionado, la malla eléctrica en el eje y se encuentra en electrical_solver.mesh.mesh_y. Cada segmento de la malla tiene un valor de len en metros, así como points, mul, left_right, id y los campos relacionados. La malla espacial óptica es un objeto diferente que se encuentra en optical.mesh.mesh_y. Modificar el grosor de una capa no garantiza que se hayan actualizado todos los parámetros de la malla.

"mesh_y": {
  "enabled": "True",
  "auto": "True",
  "icon_": "y",
  "segments": 4,
  "segment0": { "len": 2e-7, "points": 30.0 },
  "segment1": { "len": 3e-7, "points": 50.0 },
  "segment2": { "len": 2e-7, "points": 30.0 },
  "segment3": { "len": 1e-7, "points": 20.0 }
}

Los campos que se muestran arriba ilustran las longitudes de la malla y el número de puntos de un dispositivo de cuatro capas con una longitud de onda de 800 nm; este no es un objeto completo mesh_y.

9. Interpretación física y supuestos no fundamentados.

Un archivo JSON que se pueda analizar solo establece la validez sintáctica. El transporte por deriva-difusión, las propiedades de los materiales, la recombinación radiativa y la óptica son cuestiones de modelado independientes. Por ejemplo, una estructura heterogénea de AlGaAs/GaAs requiere un confinamiento adecuado de las cargas en ambas interfaces, y no simplemente una lista de capas que parezca plausible. Verifique la banda prohibida, la afinidad electrónica y los parámetros de transporte evaluados por los scripts de los materiales para la composición y la temperatura solicitadas.

Dispositivos más complejos, como las células solares TOPCon, los MOSFET, los transistores bipolares y los LED de pozo cuántico, pueden requerir el uso de efectos de túnel, propiedades electrostáticas del óxido, contactos multiterinales, confinamiento cuántico, trampas en la interfaz o condiciones de contorno adicionales que una simulación inicial específica podría no admitir. Si la física necesaria no se demuestra mediante un ejemplo práctico o documentación de referencia, es mejor identificar la carencia en lugar de inventar campos JSON. Los cálculos de emisión óptica no deben presentarse como la eficiencia calibrada de un dispositivo sin modelos adecuados de recombinación y extracción.

10. Lista de verificación para la validación y solución de problemas.

Después de editar un archivo de simulación, valide la sintaxis JSON, la estructura de todas las colecciones de segmentos, los tipos de clave en relación con el archivo base y cualquier restricción física específica del dispositivo. Por ejemplo, el siguiente fragmento de código Python comprueba las colecciones segments estándar sin necesidad de utilizar ninguna API de OghmaNano. No garantiza que OghmaNano ejecutará el modelo.

import json
import re
from pathlib import Path

sim = json.loads(Path("sim.json").read_text(encoding="utf-8"))

def check_segments(obj, location="root"):
    if isinstance(obj, dict):
        if isinstance(obj.get("segments"), int):
            count = obj["segments"]
            actual = {
                int(key[7:]) for key in obj
                if re.fullmatch(r"segment[0-9]+", key)
            }
            expected = set(range(count))
            if actual != expected:
                raise ValueError((location, count, sorted(actual)))
        for key, value in obj.items():
            check_segments(value, location + "." + key)

check_segments(sim)
print("JSON and segment counts look consistent")

Si la ubicación o el significado de un token en el archivo JSON no está claro, edite el control correspondiente en la interfaz gráfica, guarde el archivo y compare los archivos «antes» y «después» sim.json. Este método es más fiable que intentar deducir las rutas únicamente a partir de los nombres de los parámetros.

11. Referencia completa de los tokens JSON de OghmaNano (de la A a la Z)

Este es el único recurso de referencia, con función de búsqueda, para los parámetros y las claves estructurales JSON de OghmaNano. Combina las 985 entradas del diccionario de parámetros proporcionado con 382 claves adicionales que se observaron en el ejemplo funcional de OghmaNano v8.1 sim.json. Las 1367 entradas se organizan alfabéticamente: no hay una lista separada para consultar la estructura o los scripts de materiales.

Las descripciones, unidades y opciones declaradas para los elementos del diccionario proceden del diccionario proporcionado. Las claves que solo se encuentran en la simulación en funcionamiento se incluyen con descripciones conservadoras, ya que su significado no está verificado. La ruta JSON y el tipo de datos que se indican son observaciones de un ejemplo funcional, y no una garantía de que el mismo nombre sea válido en todas las ubicaciones o en todas las versiones de OghmaNano. Algunos elementos son campos de salida o controles de la interfaz de usuario, en lugar de entradas de simulación editables. Tres entradas del diccionario (Ra[0-9], Rq[0-9] y Rp[0-9]) son patrones de elementos.