آموزش GaAs (بخش A): اجرای یک شبیه‌سازی Drift–Diffusion سه‌بعدی با یک نقص عمودی

1. مقدمه

در این آموزش شما یک شبیه‌سازی drift–diffusion سه‌بعدی از یک دیود pn از جنس GaAs اجرا خواهید کرد که شامل یک نقص عمودی آشکار (یک شنت از بالا تا پایین در ساختار) است. این مسئله عمداً برای مدل‌های 1D «ناعادلانه» طراحی شده است: نقص باعث ایجاد جریان جانبی، تمرکز جریان و بازترکیب موضعی می‌شود که در یک شبیه‌سازی صرفاً در راستای ضخامت نمی‌تواند وجود داشته باشد. چرا این مهم است: در دستگاه‌های واقعی، عملکرد اغلب نه توسط ساختار ایده‌آل لایه‌ها بلکه توسط محلی که جریان واقعاً از آن عبور می‌کند محدود می‌شود. نقص‌های موضعی، pinholeها، نشت لبه‌ای، تماس‌های محدود و مواد غیر یکنواخت می‌توانند منحنی JV اندازه‌گیری‌شده را تعیین کنند. یک مدل drift–diffusion سه‌بعدی به شما اجازه می‌دهد ویژگی‌های منحنی JV را مستقیماً به نواحی خاصی از دستگاه نسبت دهید—سؤالاتی که در 1D قابل پاسخ نیستند.

چگونه از این در کار خود استفاده کنید: نقص در اینجا را به عنوان الگویی برای هر ناایده‌آلی موضعی در نظر بگیرید—برای مثال یک رشته شنت، یک pinhole در یک لایه بلوکه‌کننده، یک مرز دانه، یک ناحیه آسیب‌دیده توسط پروب، یا یک الکترود با مساحت محدود. روند کار یکسان است: یک هندسه سه‌بعدی حداقلی بسازید، مش جانبی را تا حد ممکن کوچک نگه دارید، حل‌گر را اجرا کنید، سپس از منحنی‌های JV تفکیک‌شده بر اساس تماس و snapshotها (jn.csv، \(\phi\)، بازترکیب) برای اتصال رفتار الکتریکی به مکان فیزیکی استفاده کنید.

هدف دوگانه است: (1) فراهم کردن یک نقطه ورود عملی به مدلسازی الکتریکی واقعاً سه‌بعدی در OghmaNano، و (2) آموزش تصمیم‌گیری در مدل‌سازی: چه زمانی 3D ضروری است (نقص‌ها، تماس‌های محدود، تغییرات جانبی) و چه زمانی مسئله به 1D فرو می‌ریزد. در بخش A دستگاه معیوب را اجرا می‌کنید، در بخش B نقص را حذف می‌کنید و نشان می‌دهید که وقتی تقارن بازگردانده شود نتایج 3D/2D/1D یکسان می‌شوند، و در بخش C روشنایی را فعال می‌کنید و می‌بینید که حساسیت عددی در جریان‌های کم کجا ظاهر می‌شود.

2. شروع کار

از پنجره اصلی OghmaNano، روی New simulation کلیک کنید تا کتابخانه دستگاه باز شود (نگاه کنید به ??). روی GaAs demos دوبار کلیک کنید. این کار پوشه‌ای از مثال‌های گالیوم آرسنید را باز می‌کند (نگاه کنید به ??). در نهایت روی GaAs - 3D defect دوبار کلیک کرده و شبیه‌سازی را در پوشه‌ای که اجازه نوشتن دارید ذخیره کنید.