Προσομοίωση συσκευών μεγάλης επιφάνειας – Μέρος Β: Εκτέλεση της σάρωσης και ερμηνεία της αντίστασης και της πτώσης τάσης.
Βήμα 1: Εκτελέστε την προσομοίωση σάρωσης.
Ξεκινήστε τη σάρωση κάνοντας κλικ. Εκτέλεση προσομοίωσης. (μπλε τρίγωνο) ή πατώντας F9. Η έξοδος της κονσόλας θα αρχίσει να εμφανίζεται σε πραγματικό χρόνο (δείτε ??).
Αυτό που συμβαίνει σε φυσικό επίπεδο είναι απλό: το OghmaNano αντιμετωπίζει την επαφή ως ένα τρισδιάστατο αντιστάσιμο δίκτυο. Στη συνέχεια, εφαρμόζει μια ηλεκτρική διέγερση σε ένα σημείο του πλέγματος στην κάτω επιφάνεια, επιλύει το ηλεκτρικό κύκλωμα, υπολογίζει μια αποτελεσματική αντίσταση προς την επάνω επαφή εξαγωγής και επαναλαμβάνει αυτή τη διαδικασία για το επόμενο σημείο.
Για μια σάρωση 40 × 40, αυτό σημαίνει 40 × 40 = 1600 ξεχωριστές λύσεις κυκλωμάτων. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η σάρωση μπορεί να διαρκέσει αρκετό χρόνο. Δεν εκτελείτε μια ενιαία σάρωση JV· εκτελείτε πολλές μικρές λύσεις DC για να δημιουργήσετε έναν χωρικό χάρτη.
💡 Πρακτική σημείωση: Εάν αυξήσετε σημαντικά την ανάλυση της σάρωσης, ο χρόνος εκτέλεσης αυξάνεται περίπου ανάλογα με τον αριθμό των σημείων σάρωσης. Η υψηλότερη ανάλυση παρέχει μια πιο καθαρή απεικόνιση, αλλά απαιτεί περισσότερο χρόνο.
Βήμα 2: Κατανόηση του ηλεκτρικού δικτύου.
Η ανάλυση της σάρωσης ελέγχεται από το ηλεκτρικό πλέγμα, το οποίο ορίζεται στην καρτέλα "Ηλεκτρικά" κάτω από την ενότητα "Ηλεκτρικό πλέγμα" (δείτε ??). Σε αυτό το παράδειγμα, χρησιμοποιούμε 40 × 40 σημεία στο επίπεδο x–z. Η κατεύθυνση y καθορίζεται από τη στοίβα των στρωμάτων (δηλαδή, ο επιλυτής γνωρίζει την κάθετη διακριτοποίηση από τα στρώματα που ορίζετε).
Ως γενική κατευθυντήρια γραμμή:
- Λόγω του πολύ μικρού αριθμού σημείων, ο χάρτης αντίστασης γίνεται ασαφής και μπορεί να μην εντοπιστούν οι λεπτομερείς συγκεντρώσεις ρεύματος γύρω από το πλέγμα.
- Πολύ μεγάλος αριθμός σημείων → η σάρωση μπορεί να επιβραδυνθεί, καθώς αυξάνεται ο αριθμός των υπολογισμών που απαιτούνται για την ανάλυση του κυκλώματος.
Βήμα 3: Αρχεία εξόδου που παράγονται από τη σάρωση.
Όταν ολοκληρωθεί η σάρωση, μεταβείτε στην καρτέλα "Έξοδος". Θα πρέπει να δείτε αρχεία παρόμοια με αυτά που εμφανίζονται στην ??.
spm_R.csv), η τομή του (spm_R_x.csv) και ο χάρτης απώλειας τάσης (Vlost_spm.csv).| Όνομα αρχείου | Περιγραφή |
|---|---|
electrical_links.csv | Λίστα των αντιστάσεων (πλευρών) στο τρισδιάστατο πλέγμα του κυκλώματος. |
electrical_nodes.csv | Λίστα κόμβων κυκλώματος (θέσεις και συνδεσιμότητα) στο τρισδιάστατο πλέγμα. |
spm_R.csv | Χάρτης αντίστασης μικροσκοπίας σάρωσης με ανιχνευτική βελόνα (αποτελεσματική αντίσταση έναντι θέσης) |
spm_R_x.csv | Διατομή 1D μέσω του spm_R.csv που δείχνει την αντίσταση σε όλη τη συσκευή. |
Vlost_spm.csv | Εκτιμώμενη πτώση τάσης (ΔV) σε κάθε σημείο σάρωσης λόγω της αντίστασης επαφής. |
Βήμα 4: Προβολή των χαρτών και των διατομών αντίστασης.
spm_R.csv). Χαμηλή αντίσταση παρατηρείται κοντά στη ράβδο εξαγωγής και στις γραμμές του μεταλλικού πλέγματος· η υψηλότερη αντίσταση εμφανίζεται συνήθως στο εσωτερικό ενός κυψελωτού διαμερίσματος, μακριά από αυτά.
spm_R_x.csv αυξάνεται όσο αυξάνεται η απόσταση από την άκρη της εξαγωγής, με περιοδικές μειώσεις στα σημεία όπου η διατομή περνά κοντά σε μεταλλικά τμήματα του πλέγματος.Κάντε διπλό κλικ στο spm_R.csv για να δείτε τον χάρτη αντίστασης (δείτε ??). Η χρωματική κλίμακα απεικονίζει την αποτελεσματική αντίσταση μεταξύ κάθε σημείου της κάτω επιφάνειας και της επαφής εξαγωγής.
- Κοντά στην περιοχή επαφής εξόρυξης (η σκούρα γραμμή στο διάγραμμα), η αντίσταση είναι χαμηλότερη – το ρεύμα έχει μια μικρότερη διαδρομή για να εξέλθει από τη συσκευή.
- Κοντά σε μια γραμμή μεταλλικού πλέγματος, η αντίσταση είναι χαμηλότερη – το ρεύμα μπορεί να εισέλθει γρήγορα στο εξαιρετικά αγώγιμο μεταλλικό δίκτυο.
- Η μεγαλύτερη αντίσταση τείνει να εμφανίζεται κοντά στο κέντρο ενός κυψελωτού στοιχείου και μακριά από την άκρη εξαγωγής, επειδή το ρεύμα πρέπει να διανύσει μια μεγαλύτερη απόσταση πλευρικά μέσω του πολυμερούς.
Σε αυτό το παράδειγμα, οι αντιστάσεις είναι της τάξης των ohms, κάτι που αποτελεί μια φυσικά λογική κλίμακα για τη διασπορά του ρεύματος στις εκτυπωμένες επαφές. Ωστόσο, σημειώστε ότι τιμές που πλησιάζουν τις λίγες δεκάδες ohms δεν είναι ευνοϊκές για πολλές συσκευές: μια διαδρομή 30–40 Ω από την ενεργή περιοχή στην εξωτερική επαφή μπορεί να μειώσει σημαντικά τον αποτελεσματικό συντελεστή πλήρωσης (σε φωτοβολταϊκά) ή να προκαλέσει ανομοιομορφία στη φωτεινότητα (σε OLED).
Κάντε διπλό κλικ στο spm_R_x.csv για να δείτε μια τομή 1D του χάρτη (??). Αυτό το διάγραμμα απεικονίζει με σαφήνεια τις φυσικές ιδιότητες:
- Η αντίσταση αυξάνεται καθώς απομακρύνεστε από το σημείο επαφής εξαγωγής (μεγαλύτερη διαδρομή πλευρικού ρεύματος).
- Η αντίσταση μειώνεται κάθε φορά που η σάρωση περνά πάνω από ή κοντά σε μια μεταλλική γραμμή πλέγματος (προκαλώντας βραχυκύκλωμα στην πλευρική διαδρομή).
Αυτό είναι το βασικό διαγνωστικό στοιχείο: σας δείχνει όχι μόνο πόσο κακή είναι η επαφή, αλλά και πού είναι κακή, και επομένως ποια γεωμετρική/υλική τροποποίηση θα την επιδιορθώσει.
Βήμα 5: Οπτικοποίηση του πλέγματος του κυκλώματος (συνδέσεις και κόμβοι)
Για την αποσφαλμάτωση και την ανάλυση, μπορεί να είναι χρήσιμο να απεικονίσετε απευθείας την αναπαράσταση του κυκλώματος. Κάντε διπλό κλικ στον σύνδεσμο και στις απεικονίσεις των κόμβων (που συχνά παρουσιάζονται ως links.jpg και nodes.jpg στο παράδειγμα εξόδου).
Σε αυτά τα προβλήματα επαφής, η ερμηνεία του κυκλώματος είναι κυριολεκτική: κάθε σύνδεσμος είναι ένας αντιστάτης, κάθε κόμβος είναι μια διασταύρωση και ο επιλυτής εφαρμόζει τους νόμους του Kirchhoff σε όλο το δίκτυο.
Βήμα 6: Διαμόρφωση της σάρωσης (Επεξεργαστής μικροσκοπίας με σαρώνουσα άκρη)
Η σάρωση που μόλις εκτελέσατε έχει διαμορφωθεί χρησιμοποιώντας τον επεξεργαστή Μικροσκοπίας με Σάρωση με Νόσο (SPM). Μπορείτε να τον ανοίξετε από την κορδέλα του επεξεργαστή (δείτε ??).
Το παράθυρο διαμόρφωσης (??) σας επιτρέπει να επιλέξετε την εφαρμοσμένη τάση και αν η σάρωση θα καλύπτει ολόκληρη τη συσκευή ή ένα υποσύνολο αυτής. Τα υποσύνολα είναι χρήσιμα για γρήγορες επαναλήψεις όταν σας ενδιαφέρει μόνο μια συγκεκριμένη περιοχή.
Βήμα 7: Επεξεργασία της ειδικής αντίστασης του υλικού (και γιατί είναι σημαντικό)
Για να εξερευνήσετε τις διάφορες επιλογές σχεδιασμού, μπορείτε να τροποποιήσετε τις ηλεκτρικές παραμέτρους κάθε αγώγιμου στρώματος. Στην καρτέλα «Δομή συσκευής», κάντε κλικ στην επιλογή «Ηλεκτρικές παράμετροι» για να ανοίξετε τον επεξεργαστή ηλεκτρικών παραμέτρων (??). Εδώ μπορείτε να εισαγάγετε τις μετρούμενες τιμές αντίστασης για τα δικά σας υλικά και να προβλέψετε άμεσα πώς θα συμπεριφερθεί μια επαφή σε μεγαλύτερη κλίμακα.
Αυτός ο τύπος παραμετρικής διερεύνησης είναι ακριβώς το ζητούμενο της δημιουργίας μοντέλων: μπορείτε να ποσοτικοποιήσετε εάν ένα καλύτερο πολυμερές, ένα πυκνότερο πλέγμα ή μια διαφορετική διάταξη εξαγωγής θα σας προσφέρει τη μεγαλύτερη βελτίωση στην απόδοση, προτού δεσμευτείτε στην κατασκευή.
👉 Επόμενο βήμα: Συνεχίστε στο Μέρος C για να επεξεργαστείτε τη γεωμετρία της επαφής (βήμα πλέγματος, πλάτος γραμμής, διάταξη εξαγωγής) και να βελτιστοποιήσετε την απόδοση.