Προσομοίωση συσκευών ημιαγωγών πυριτίου και III–V.
Η προσομοίωση συσκευών ημιαγωγών πυριτίου και III–V περιλαμβάνει τη μοντελοποίηση κρυσταλλικών ημιαγωγικών συσκευών χρησιμοποιώντας συνδυασμένες ηλεκτροστατικές, μεταφορικές και ανασυνδυωτικές μεθόδους. Στο OghmaNano, αυτά τα συστήματα επιλύονται χρησιμοποιώντας μοντέλα διάχυσης-παρασυρμού, τα οποία αποτυπώνουν τον τρόπο με τον οποίο τα ηλεκτρόνια, οι οπές και τα ηλεκτρικά πεδία εξελίσσονται μέσα σε μια συσκευή υπό τάση και φωτισμό.
Το πυρίτιο παρέχει το πιο καθαρό και οικείο σύστημα αναφοράς: συνδέσεις PN, περιοχές εξάντλησης, ρεύματα μετατόπισης και διάχυσης και καλά κατανοημένες διαδρομές ανασύνθεσης. Τα υλικά III–V, όπως το GaAs, επεκτείνουν αυτό το πλαίσιο σε σύνθετους ημιαγωγούς με διαφορετικές δομές ζωνών, κινητικότητες και συμπεριφορά ανασύνθεσης, αλλά με την ίδια υποκείμενη φυσική.
Σε αυτό το κεφάλαιο, αυτά τα συστήματα συνδυάζονται. Ο στόχος δεν είναι να αντιμετωπιστούν οι συσκευές πυριτίου και οι συσκευές III–V ως άσχετα παραδείγματα, αλλά να αποδειχθεί ότι λύνονται εντός ενός ενιαίου φυσικού και αριθμητικού πλαισίου. Μόλις αυτό γίνει κατανοητό, η ίδια προσέγγιση μπορεί να επεκταθεί σε πιο σύνθετα συστήματα, όπως οι συσκευές περοβσκίτη και οι οργανικές συσκευές.
Βασική ιδέα:
- Χρησιμοποιήστε τη δίοδο πυριτίου PN για να κατανοήσετε την απλούστερη μορφή της μεταφοράς με διάχυση.
- Χρησιμοποιήστε φωτοβολταϊκά στοιχεία από πυρίτιο για να συνδέσετε τη μεταφορά, την ανασυνδυασμό και την οπτική δημιουργία.
- Χρησιμοποιήστε τον πυκνωτή MOS για να κατανοήσετε την ηλεκτροστατική και τον έλεγχο του ηλεκτρικού πεδίου.
- Χρησιμοποιήστε παραδείγματα GaAs για να επεκτείνετε το ίδιο πλαίσιο και στις ημιαγωγές III–V.
1. Οδηγοί για συσκευές πυριτίου.
Τα εκπαιδευτικά προγράμματα για το πυρίτιο παρέχουν την πιο απλή και κατανοητή εισαγωγή στην μοντελοποίηση ημιαγωγικών συσκευών. Εξηγούν πώς η προσθήκη προσμίξεων, οι επαφές, η ανασυνδυασμός και η ηλεκτροστατική αλληλεπιδρούν για να παράγουν την μετρούμενη ηλεκτρική απόκριση.
- Δίοδος πυριτίου PN — θεμελιώδης προσομοίωση μεταφοράς-διάχυσης μιας ημιαγωγικής δίοδου.
- Πολυκρυσταλλική πυριτική ηλιακή κυψέλη — προσομοίωση φωτοβολταϊκής συσκευής βιομηχανικού τύπου.
- Αμορφο κρυσταλλικό ηλιακό στοιχείο — λεπτόστρωματική συσκευή με μεταφορά που περιορίζεται από ελαττώματα.
- Δισδιάστατος πυκνωτής NMOS — ηλεκτροστατική, εξάντληση και έλεγχος πεδίου σε ημιαγωγικές δομές.
2. Ημιαγωγικές συσκευές III–V
Οι ημιαγωγοί III–V, όπως ο GaAs, αποδεικνύουν ότι το ίδιο πλαίσιο διάχυσης-μεταφοράς ισχύει και για υλικά εκτός του πυριτίου. Η αλλαγή των παραμέτρων του υλικού και της γεωμετρίας επιτρέπει την προσομοίωση συσκευών σύνθετων ημιαγωγών χωρίς να απαιτείται αλλαγή του υποκείμενου επιλυτή.
3. Βασική φυσική
Αυτές οι προσομοιώσεις βασίζονται στη μεταφορά μέσω εκτροπής-διάχυσης, η οποία συνδέεται με την εξίσωση του Poisson. Το μοντέλο επιλύει τον τρόπο με τον οποίο η πυκνότητα των φορέων, το ηλεκτροστατικό δυναμικό και η ανασυνδυασμός εξελίσσονται με τρόπο αυτοσυνεπή. Αυτό αποτελεί τη βάση της φυσικά βασισμένης προσομοίωσης ημιαγωγικών συσκευών.
4. Από πού πρέπει να ξεκινήσετε;
Αν είστε αρχάριος στην προσομοίωση συσκευών, ξεκινήστε με τη δίοδο PN από πυρίτιο. Αυτή προσφέρει τον απλούστερο τρόπο για να κατανοήσετε τη μοντελοποίηση διάχυσης-μεταφοράς. Στη συνέχεια, προχωρήστε σε ηλιακά κύτταρα ή δομές MOS, ανάλογα με την εφαρμογή σας, και τέλος σε συσκευές III-V για να γενικεύσετε την προσέγγιση.