Simulation de dispositifs à base de silicium | Modèles de dérive-diffusion, électrostatique des transistors MOS et cellules solaires à couches minces

OghmaNano propose environnement de simulation en silicium basé sur la physique s’étendant sur, couvrant dispositifs à jonction en silicium cristallin, Électrostatique des transistors MOSet cellules solaires à couches minces en silicium amorpheAu lieu de considérer le silicium comme un matériau générique unique, le logiciel vous permet de choisir le niveau de modélisation physique approprié au problème : modélisation complète. modèle de dérive-diffusion + équation de Poisson transport des dispositifs de jonction, contrôle électrostatique de la grille Condensateurs MOSet couplé optique + électrique modélisation de structures minces luminescentes.

Cela rend OghmaNano utile à la fois pour enseignement de la physique fondamentale des semi-conducteurs et pour analyse d’appareils à l’échelle de la rechercheVous pouvez étudier comment un profil de dopage détermine le champ intégré dans une jonction PN, et comment une tension appliquée à la grille modifie les bandes d’énergie dans le silicium au niveau d’une couche de SiO.₂ interface, ou comment la recombinaison médiatisée par les défauts limite la tension d’une cellule solaire en silicium amorphe. Si vous souhaitez obtenir une vue d’ensemble plus large de l’ensemble des outils de résolution, consultez la section page d’exemples sur les modèles de dérive-diffusion et section consacrée à la théorie de la dérive-diffusion.

Ce que vous pouvez modéliser.

Diodes à jonction PN en silicium : simuler les courbes caractéristiques courant-tension dans l’obscurité, les zones d’appauvrissement, la séparation des niveaux quasi-Fermi et les caractéristiques centrées sur la jonction. Recombinaison SRH en utilisant un solveur complet basé sur les équations de dérive-diffusion.
Capacités MOS et électrostatique des transistors NMOS : analyse du potentiel de surface, de la répartition de la tension à travers le SiO2, de l’accumulation, de l’appauvrissement et de la courbure des bandes dans les structures de silicium contrôlées par la grille.
Cellules solaires à base de silicium amorphe en couches minces : structures de type p/i/n avec génération optique, faible mobilité, recombinaison de type SRH dominée par les défauts, et Comportement des Suns–Voc.
Physique de la recombinaison dans le silicium : inclure Shockley-Read-Hall et Recombinaison d’Augeret examinez le fonctionnement de chaque mécanisme à l’intérieur de l’appareil.
Diagnostics internes du dispositif : représentation graphique des diagrammes de bandes, des densités de porteurs, des profils de recombinaison, des densités de courant et calcul des paramètres de performance à partir des fichiers de sortie.

Silicium cristallin : dérive et diffusion dans une jonction PN.

Pour les dispositifs à base de silicium cristallin, OghmaNano résout les problèmes liés aux interactions. équations de dérive-diffusion et de Poisson directement. Cela vous permet d’aller au-delà des équations idéales des diodes et d’examiner les principes physiques qui les régissent : les zone de déplétion, déformation de la bande, courants d’électrons et de trouset comment SRH et Recombinaison d’Auger modifier la courbe courant-tension dans l’obscurité.

Ce processus est particulièrement utile pour comprendre comment le comportement de la jonction en silicium dépend de dopage, durée de vie, niveau d’injectionet conception de la zone de contactDans guide pratique sur la jonction PN au siliciumOghmaNano est utilisé pour étudier comment la recombinaison reste localisée près de la jonction à faible polarisation et se propage plus largement dans le dispositif à forte injection directe. Il permet également d’établir un lien clair avec les principes généraux. page d’atterrissage basée sur les modèles de dérive et de diffusion et les pages plus détaillées sur la théorie SRH et Physique des sondes Auger.

Commencez ici : Guide d’utilisation de la diode à jonction PN en silicium..

Électrostatique des transistors MOS à base de silicium : accumulation, appauvrissement et courbure des bandes d’énergie.

OghmaNano permet également de modéliser l’électrostatique des condensateurs MOS, ce qui facilite l’enseignement et l’exploration des principes fondamentaux de la physique qui sous-tendent le fonctionnement des transistors NMOS. Dans ce processus, l’oxyde est traité comme un diélectrique isolant et le silicium comme la région porteuse de charges mobiles, ce qui permet d’examiner comment la tension appliquée à la grille se répartit entre l’oxyde et le semi-conducteur, et comment cela entraîne l’accumulation ou l’appauvrissement de la surface.

Cette approche offre une manière claire et concise d’aborder la physique des dispositifs à base de silicium, car les résultats correspondent directement aux concepts présentés dans les manuels scolaires : potentiel de surface, déformation de la bande, densité de porteurs libres près de l’interfaceet la distinction entre la commande électrostatique et le transport de courant. Les exemples de condensateurs NMOS sont particulièrement utiles pour les cours, les travaux pratiques et l’étude personnelle, et ils s’intègrent naturellement dans un contexte plus large. cadre de référence pour le transport des semi-conducteurs.

Commencez ici : Tutoriel sur les condensateurs NMOS – Partie A et Partie B.

Silicium amorphe : cellules solaires à couches minces et tension limitée par les défauts.

OghmaNano prend également en charge la modélisation des dispositifs à base de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H), où les principales limitations diffèrent considérablement de celles du silicium cristallin. Dans les couches minces d’a-Si:H, la mobilité des porteurs est plus faible, le désordre est plus important et la recombinaison est généralement contrôlée par les processus SRH médiatisés par les défauts. Un champ intégré est établi dans une couche absorbante intrinsèque, et la génération optique doit être résolue conjointement avec le problème électrique.

Cela fait de l’a-Si:H un exemple de référence très utile pour les études. photovoltaïsme limité par la recombinaison, génération optique dans des couches minces absorbanteset Comportement des Suns–VocOghmaNano peut calculer le profil de génération en utilisant solveur optique basé sur la méthode de la matrice de transfert, intégrez-le au modèle électrique, puis déterminez les valeurs de courant de court-circuit et de tension à circuit ouvert qui en découlent. Pour en savoir plus sur la physique des pièges sous-jacente, consultez également pourquoi est-il nécessaire d’utiliser des pièges dans les semiconducteurs désordonnés ? et théorie de SRH en régime non équilibré.

Commencez ici : Guide pratique sur les cellules solaires en silicium amorphe (a-Si:H).

Pourquoi utiliser OghmaNano pour la simulation de circuits en silicium ?

Une seule plateforme, de nombreux procédés de fabrication de circuits intégrés : les diodes au silicium cristallin, l’électrostatique MOS et le silicium amorphe en couches minces peuvent tous être étudiés grâce à une interface uniforme.
Il ne faut pas se limiter aux courbes de sortie, mais plutôt étudier la physique interne du dispositif : examinez les grandeurs qui déterminent réellement son comportement, notamment les bandes d’énergie, les niveaux quasi-Fermi, les densités de porteurs, les courants et les diagrammes de recombinaison.
Grande valeur pédagogique : les exemples fournis sont étroitement liés aux sujets classiques abordés dans les cours d’électronique et de photovoltaïque sur les dispositifs à semi-conducteurs.
Flexibilité de la recherche : ajustez les paramètres de dopage, la durée de vie, la densité des pièges, la mobilité, les propriétés de l’oxyde, les conditions d’éclairage et les modèles optiques afin de créer vos propres simulations de dispositifs à base de silicium.

Pages présentant la théorie correspondante et des exemples.

Tutoriels interactifs sur le silicium

Diode à jonction PN en silicium (1D) – caractéristiques courant-tension en régime sombre, zones d’appauvrissement, recombinaison de Shockley-Read-Hall et effets Auger.
Condensateur NMOS (partie A) – configuration, maillage, modèle électrostatique et balayage de la grille.
Condensateur NMOS (partie B) – courbure de la bande d’énergie, potentiel de surface et redistribution des porteurs de charge.
Cellule solaire en silicium amorphe – Modélisation de couches minces de type p/i/n, génération optique, courbes courant-tension (J-V) et Suns–Voc.