Προηγμένο λογισμικό προσομοίωσης συσκευών OFET και 2D.

Βίντεο επίδειξης που δείχνει πώς να προσομοιώσετε OFET στο OghmaNano. Το βίντεο περιλαμβάνει φωνητική αφήγηση.

Three-panel diagram of p-type OFET operation showing off state, channel formation, and current flow — Βασική λειτουργία ενός τρανζίστορ πεδίου τύπου p (OFET): σχηματισμός του καναλιού μέσω της τάσης της πύλης, ακολουθούμενη από τη ροή ρεύματος μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης.

Main OghmaNano window showing the default OFET simulation in 3D — Η κύρια διεπαφή του OghmaNano, η οποία απεικονίζει τη γεωμετρία του OFET σε τρισδιάστατη μορφή.

2D visualisation of electrostatic potential across an OFET device — Δισδιάστατη απεικόνιση του εσωτερικού ηλεκτροστατικού δυναμικού στο εσωτερικό του OFET κατά τη λειτουργία του.

OFET contact editor showing source, gate, and drain definitions — Η επαφή του επεξεργαστή χρησιμοποιείται για τον ορισμό της γεωμετρίας της πηγής, της πύλης και της αποστράγγισης, καθώς και για την εφαρμογή των αντίστοιχων τάσεων.

Layer editor showing active semiconductor and dielectric layers in an OFET stack — Ο επεξεργαστής στρώσεων χρησιμοποιείται για τον ορισμό της στοίβας OFET, του ενεργού ημιαγωγού, του διηλεκτρικού υλικού και των επαφών.

1. Εισαγωγή

Η OghmaNano παρέχει ένα προηγμένο πλαίσιο προσομοίωσης OFET για τη μοντελοποίηση οργανικών τρανζίστορ πεδίου και σχετικών δισδιάστατων συσκευών λεπτών υμενίων, χρησιμοποιώντας μια αυτοσυνεπή, πολυφυσική προσέγγιση. Ο προσομοιωτής συνδυάζει μεταφορά μέσω εκτροπή-διασπορά, ηλεκτροστατική Poisson, οριακές συνθήκες επαφής και μοντελοποίηση καταστάσεων παγίδευσης για να καθορίσει πώς η φόρτιση κινείται μέσα από επίπεδες δομές τρανζίστορ.

Σε αντίθεση με τα μοντέλα συσκευών 1D, η προσομοίωση OFET απαιτεί η πλευρική και κάθετη γεωμετρία της συσκευής να αντιμετωπίζεται ρητά. Τα πεδία της πύλης, της πηγής και της αποστράγγισης αλληλεπιδρούν σε έντονα ανισότροπες δομές και το ρεύμα ελέγχεται από ένα λεπτό κανάλι συσσώρευσης στη διεπαφή ημιαγωγού-μονωτή. Επομένως, το OghmaNano επιλύει τις συσκευές OFET απευθείας σε 2D, επιτρέποντας στον χρήστη να μελετήσει τη συσσώρευση, την εξάντληση, την έγχυση, τις επιπτώσεις της επαφής και τον σχηματισμό του καναλιού σε ρεαλιστικές διατάξεις. Η βασική αρχή λειτουργίας απεικονίζεται στο Εικόνα ??, ενώ η προεπιλεγμένη γεωμετρία προσομοίωσης εμφανίζεται στο Εικόνα ??.

Αυτό καθιστά το λογισμικό χρήσιμο τόσο για την ανάλυση των μετρήσεων των τρανζίστορ όσο και για τον εικονικό σχεδιασμό συσκευών πριν από την κατασκευή τους. Μια διαδραστική παρουσίαση είναι διαθέσιμη στο Εικόνα ??, και η πλήρης σειρά εκπαιδευτικών βημάτων ξεκινά με το Μέρος Α: προσομοιώστε το πρώτο σας OFET.

✨ Τι μπορείτε να κάνετε με το OghmaNano

Προσομοιώστε ρεαλιστικές γεωμετρίες OFET: ορίστε δομές με άνω ή κάτω ηλεκτρόδιο με σαφώς καθορισμένες γεωμετρίες πηγής, αποστράγγισης και ηλεκτροδίου.
Μοντελοποίηση της δημιουργίας καναλιού που ελέγχεται μέσω πύλης: επίλυση προβλημάτων συσσώρευσης και εξάντλησης επιφανειακού φορτίου, καθώς και πλευρικής ροής ρεύματος σε 2D.
Συμπεριλάβετε τη φυσική που περιορίζεται από τις παγίδες: λάβετε υπόψη τις καταστάσεις παγίδευσης και την ενεργειακή διαταραχή στο εσωτερικό του ημιαγωγού ή στη διεπιφάνεια ημιαγωγού-διηλεκτρικού.
Σπουδάστε την εφαρμοσμένη μηχανική: ερευνήστε την έγχυση στην πηγή/αποστράγγιση, τα σχήματα πόλωσης της πύλης και τη θέση των επαφών χρησιμοποιώντας τον επεξεργαστή επαφών που εμφανίζεται στο Εικόνα ??.
Απεικονίστε την εσωτερική λειτουργία: δημιουργήστε δισδιάστατους και τρισδιάστατους χάρτες δυναμικού, πυκνότητας φορτίου, πληρότητας παγίδων και ροής ρεύματος.
Εργαστείτε με απαιτητικές διαστάσεις συσκευών: προσομοιώστε δομές τρανζίστορ με μεγάλο λόγο διαστάσεων, οι οποίες δεν αποτυπώνονται επαρκώς από τις μονοδιάστατες προσεγγίσεις.
Εξάγετε φυσικά σημαντικές παραμέτρους: ερμηνεύστε τις καμπύλες μεταφοράς και εξόδου όσον αφορά την κινητικότητα, την πυκνότητα παγίδων, τη συμπεριφορά κατωφλίου και τις επιπτώσεις της επαφής.

Δοκιμάστε ένα παράδειγμα OFET.

👉 Ξεκινήστε με το Εγχειρίδιο γρήγορης εκκίνησης για OFET, και στη συνέχεια προχωρήστε στα οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων OFET σε 2D και 3D, επεξεργασία ηλεκτρικών παραμέτρων και σταθερότητα του επιλυτή και διαμέριση πλέγματος.

2. Γιατί η προσομοίωση OFET απαιτεί ένα δισδιάστατο μοντέλο;

Σε ένα OFET, η πύλη δεν οδηγεί απευθείας το ρεύμα μέσω της συσκευής. Αντίθετα, δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο στο διηλεκτρικό, το οποίο επάγει ένα λεπτό αγώγιμο κανάλι στην διεπιφάνεια ημιαγωγού-μονωτή. Μόλις σχηματιστεί αυτό το κανάλι, η τάση μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης οδηγεί το ρεύμα πλευρικά κατά μήκος του. Αυτή η συμπεριφορά είναι εγγενώς δισδιάστατη: το κάθετο πεδίο από την πύλη ελέγχει την πλευρική ροή του ρεύματος μεταξύ της πηγής και της αποστράγγισης.

Για αυτόν τον λόγο, η φυσικά ρεαλιστική προσομοίωση OFET απαιτεί κάτι περισσότερο από μια απλή προσέγγιση 1D. Το OghmaNano επιλύει το εσωτερικό ηλεκτροστατικό δυναμικό, την πυκνότητα φορέων και την κατανομή του ρεύματος απευθείας σε 2D, καθιστώντας δυνατή την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η γεωμετρία, η τάση και οι παράμετροι του υλικού διαμορφώνουν τη συμπεριφορά του τρανζίστορ.

Η προκύπτουσα εσωτερική κατάσταση μπορεί να απεικονιστεί άμεσα. Για παράδειγμα, ο χάρτης ηλεκτροστατικού δυναμικού που εμφανίζεται στο Εικόνα ?? δείχνει πώς οι τάσεις της πύλης και της πηγής αναδιανέμουν το εσωτερικό πεδίο σε όλη τη συσκευή. Αυτός ο τύπος εξόδου είναι ιδιαίτερα χρήσιμος κατά τη διάγνωση της δημιουργίας του καναλιού, των περιφερειακών πεδίων ή της αποτυχίας σωστής ενεργοποίησης.

3. Δομή της συσκευής, επαφές και ενεργά στρώματα.

Η ίδια η στοίβα των τρανζίστορ ορίζεται στον επεξεργαστή στρώσεων που εμφανίζεται στην Εικ. ??. Στο OghmaNano, οι στρώσεις μπορούν να επισημανθούν ως ηλεκτρικά ενεργές ή ανενεργές, καθιστώντας δυνατή τη διάκριση μεταξύ αγώγιμων ημιαγωγικών περιοχών και παθητικών διηλεκτρικών στρώσεων και δομικών στοιχείων.

Στη συνέχεια, η γεωμετρία της επαφής ορίζεται στον επεξεργαστή επαφών που εμφανίζεται στην εικόνα Εικ. ??. Αυτό είναι σημαντικό για την προσομοίωση 2D τρανζίστορ, επειδή η θέση και το πλάτος της επαφής επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο ο επιλυτής εφαρμόζει τις οριακές συνθήκες της πηγής, της πύλης και της αποστράγγισης στο πλέγμα.

Αυτό καθιστά δυνατή τη μελέτη όχι μόνο των τυπικών διατάξεων OFET, αλλά και πιο εξειδικευμένων δομών, στις οποίες η γεωμετρία, το πάχος του διηλεκτρικού ή η θέση των επαφών επηρεάζουν σημαντικά την μετρούμενη απόκριση.

4. Οπτικοποίηση της εσωτερικής λειτουργίας ενός τρανζίστορ.

Ένα από τα πλεονεκτήματα του OghmaNano είναι ότι δεν περιορίζεται στην εξωτερική καμπύλη μεταφοράς. Κατά τη διάρκεια κάθε προσομοίωσης, το λογισμικό καταγράφει τις εσωτερικές μεταβλητές του επιλυτή στον κατάλογο snapshots, επιτρέποντας στον χρήστη να εξετάσει την ηλεκτροστατική δυναμική, την πυκνότητα φορτίου, την πυκνότητα παγίδων και σχετικές ποσότητες ως συνάρτηση της τάσης.

Αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να απεικονιστούν τόσο σε 2D όσο και σε 3D χρησιμοποιώντας το εργαλείο προβολής στιγμιότυπων, γεγονός που καθιστά δυνατή την παρακολούθηση της εξέλιξης της εσωτερικής κατάστασης κατά τη διάρκεια της σάρωσης της τάσης. Αυτό είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τα OFET, όπου η χωρική θέση του αγώγιμου καναλιού και η επίδραση του ηλεκτρικού πεδίου της πύλης είναι κεντρικής σημασίας για τη λειτουργία της συσκευής.

Χρήσιμα επόμενα βήματα περιλαμβάνουν την οπτικοποίηση των αποτελεσμάτων των OFET σε 2D και 3D, την επεξεργασία των παραμέτρων του ημιαγωγού και του μονωτή και την κατανόηση της σταθερότητας του επιλυτή και της διαμέρισης πλέγματος στις προσομοιώσεις δισδιάστατων τρανζίστορ.