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OghmaNano Piattaforma di simulazione multifisica per dispositivi optoelettronici e sistemi fotonici SCARICA Guida rapida per iniziare.

Simulazione di dispositivi su larga scala – Parte B: esecuzione della scansione e interpretazione della resistenza e della perdita di tensione.Simulazione di dispositivi su larga scala – Parte B: esecuzione della scansione e interpretazione della resistenza e della perdita di tensione.

Fase 1: avviare la simulazione di scansione.Fase 1: avviare la simulazione di scansione.

Avvia la scansione facendo clic su: Avvia la simulazione. (triangolo blu) oppure premendo F9L’output del terminale inizierà a essere visualizzato in tempo reale (vedere). ??). Avvia la scansione facendo clic su: Avvia la simulazione. (triangolo blu) oppure premendo F9L’output del terminale inizierà a essere visualizzato in tempo reale (vedere). ??).

Terminal output during scanning simulation showing solve node z and x indices
Durante la scansione, OghmaNano analizza la griglia punto per punto. Il risolutore indica gli indici dei nodi (in questo caso, z e x) mentre calcola la resistenza effettiva tra ciascun punto inferiore e il contatto di estrazione.Durante la scansione, OghmaNano analizza la griglia punto per punto. Il risolutore indica gli indici dei nodi (in questo caso, z e x) mentre calcola la resistenza effettiva tra ciascun punto inferiore e il contatto di estrazione.

A livello fisico, il processo è semplice: OghmaNano considera il contatto come una rete resistiva tridimensionale. A questo punto, applica una sollecitazione di tensione in un punto della griglia sulla superficie inferiore, risolve il circuito, calcola la resistenza effettiva rispetto al punto di contatto superiore e ripete questa operazione per il punto successivo.A livello fisico, il processo è semplice: OghmaNano considera il contatto come una rete resistiva tridimensionale. A questo punto, applica una sollecitazione di tensione in un punto della griglia sulla superficie inferiore, risolve il circuito, calcola la resistenza effettiva rispetto al punto di contatto superiore e ripete questa operazione per il punto successivo.

Per una scansione di 40 × 40, ciò significa risolvere 1600 circuiti separati. Ecco perché la scansione può richiedere un po' di tempo. Non si sta eseguendo una singola scansione JV; si stanno eseguendo numerose piccole simulazioni in corrente continua per creare una mappa spaziale.Per una scansione di 40 × 40, ciò significa risolvere 1600 circuiti separati. Ecco perché la scansione può richiedere un po' di tempo. Non si sta eseguendo una singola scansione JV; si stanno eseguendo numerose piccole simulazioni in corrente continua per creare una mappa spaziale.

💡 Suggerimento pratico: se si aumenta notevolmente la risoluzione della scansione, il tempo di esecuzione aumenta in proporzione al numero di punti di scansione. Una risoluzione più elevata produce una mappa più dettagliata, ma richiede più tempo.💡 Suggerimento pratico: se si aumenta notevolmente la risoluzione della scansione, il tempo di esecuzione aumenta in proporzione al numero di punti di scansione. Una risoluzione più elevata produce una mappa più dettagliata, ma richiede più tempo.

Fase 2: Comprendere la rete elettricaFase 2: Comprendere la rete elettrica

La risoluzione della scansione è controllata dalla griglia elettrica, definita nella scheda «Elettrica» sotto la voce «Griglia elettrica» (vedere ??). In questo esempio, utilizziamo 40 × 40 punti nel piano x–z. La direzione y è definita dallo stack di livelli (ovvero, il risolutore conosce la discretizzazione verticale in base ai livelli che si definiscono).La risoluzione della scansione è controllata dalla griglia elettrica, definita nella scheda «Elettrica» sotto la voce «Griglia elettrica» (vedere ??). In questo esempio, utilizziamo 40 × 40 punti nel piano x–z. La direzione y è definita dallo stack di livelli (ovvero, il risolutore conosce la discretizzazione verticale in base ai livelli che si definiscono).

Electrical mesh editor showing 40 by 40 points in x and z
Impostazioni della griglia elettrica. In genere, una griglia di 40 × 40 rappresenta un buon compromesso tra la risoluzione spaziale e il tempo di esecuzione, soprattutto per le attività di esplorazione.Impostazioni della griglia elettrica. In genere, una griglia di 40 × 40 rappresenta un buon compromesso tra la risoluzione spaziale e il tempo di esecuzione, soprattutto per le attività di esplorazione.

A titolo di esempio:A titolo di esempio:

Fase 3: File generati dall’analisi.Fase 3: File generati dall’analisi.

Una volta completata la scansione, vai alla scheda «Output». Dovresti visualizzare file simili a quelli presenti in ??.Una volta completata la scansione, vai alla scheda «Output». Dovresti visualizzare file simili a quelli presenti in ??.

OghmaNano output tab listing device.csv, electrical_links.csv, electrical_nodes.csv, spm_R.csv, spm_R_x.csv, and Vlost_spm.csv
File di output generati durante l’esecuzione della scansione. I risultati principali sono la mappa della resistenza (spm_R.csv), una sua sezione (spm_R_x.csv) e la mappa della perdita di tensione (Vlost_spm.csv).File di output generati durante l’esecuzione della scansione. I risultati principali sono la mappa della resistenza (spm_R.csv), una sua sezione (spm_R_x.csv) e la mappa della perdita di tensione (Vlost_spm.csv).
Table 1: Key files produced by the scanning contact simulation
Nome del fileNome del file DescrizioneDescrizione
electrical_links.csvelectrical_links.csvElenco dei collegamenti (bordi) resistivi nella griglia del circuito tridimensionale.Elenco dei collegamenti (bordi) resistivi nella griglia del circuito tridimensionale.
electrical_nodes.csvelectrical_nodes.csvElenco dei nodi del circuito (posizioni e connessioni) nella griglia 3D.Elenco dei nodi del circuito (posizioni e connessioni) nella griglia 3D.
spm_R.csvspm_R.csvMappa della resistenza ottenuta mediante microscopia a sonda di scansione (resistenza effettiva in funzione della posizione)Mappa della resistenza ottenuta mediante microscopia a sonda di scansione (resistenza effettiva in funzione della posizione)
spm_R_x.csvspm_R_x.csvSezione 1D attraverso spm_R.csv che mostra la resistenza in tutto il dispositivo.Sezione 1D attraverso spm_R.csv che mostra la resistenza in tutto il dispositivo.
Vlost_spm.csvVlost_spm.csvStima della perdita di tensione (ΔV) in ciascun punto di scansione dovuta alla resistenza di contatto.Stima della perdita di tensione (ΔV) in ciascun punto di scansione dovuta alla resistenza di contatto.

Fase 4: Visualizzazione delle mappe e delle sezioni relative alla resistenza.Fase 4: Visualizzazione delle mappe e delle sezioni relative alla resistenza.

Resistance map of the device showing low resistance near extraction bar and metallic mesh
Mappa della resistenza (spm_R.csv). La resistenza più bassa si riscontra in prossimità della barra di estrazione e delle linee della rete metallica; la resistenza più alta si trova in genere in profondità all’interno di una cella, lontano da entrambi questi elementi.Mappa della resistenza (spm_R.csv). La resistenza più bassa si riscontra in prossimità della barra di estrazione e delle linee della rete metallica; la resistenza più alta si trova in genere in profondità all’interno di una cella, lontano da entrambi questi elementi.
Resistance slice plot showing resistance increasing away from the contact with periodic dips near metal lines
Sezione di resistenza prelevata da spm_R_x.csv. La resistenza aumenta con la distanza dal bordo di estrazione, con riduzioni periodiche nei punti in cui la sezione passa vicino a segmenti di rete metallica.Sezione di resistenza prelevata da spm_R_x.csv. La resistenza aumenta con la distanza dal bordo di estrazione, con riduzioni periodiche nei punti in cui la sezione passa vicino a segmenti di rete metallica.

Fate doppio clic su spm_R.csv per visualizzare la mappa della resistenza (vedere ??). La scala cromatica indica la resistenza effettiva tra ciascun punto della superficie inferiore e il punto di contatto per l’estrazione.Fate doppio clic su spm_R.csv per visualizzare la mappa della resistenza (vedere ??). La scala cromatica indica la resistenza effettiva tra ciascun punto della superficie inferiore e il punto di contatto per l’estrazione.

In questo esempio, le resistenze sono dell’ordine di pochi ohm, il che rappresenta una scala fisicamente accettabile per la distribuzione della corrente nei contatti stampati. Tuttavia, è importante notare che valori che si avvicinano a poche decine di ohm non sono ideali per molti dispositivi: un percorso di 30–40 Ω tra la regione attiva e il contatto esterno può ridurre notevolmente il fattore di riempimento effettivo (nei pannelli fotovoltaici) o causare una non uniformità della luminosità (nei display OLED).In questo esempio, le resistenze sono dell’ordine di pochi ohm, il che rappresenta una scala fisicamente accettabile per la distribuzione della corrente nei contatti stampati. Tuttavia, è importante notare che valori che si avvicinano a poche decine di ohm non sono ideali per molti dispositivi: un percorso di 30–40 Ω tra la regione attiva e il contatto esterno può ridurre notevolmente il fattore di riempimento effettivo (nei pannelli fotovoltaici) o causare una non uniformità della luminosità (nei display OLED).

Fate doppio clic su spm_R_x.csv per visualizzare una sezione monodimensionale della mappa (??). Questo grafico rende espliciti i principi fisici:Fate doppio clic su spm_R_x.csv per visualizzare una sezione monodimensionale della mappa (??). Questo grafico rende espliciti i principi fisici:

Questo è l’elemento diagnostico fondamentale: non solo indica quanto è grave il problema di contatto, ma anche dove si verifica, e quindi quale modifica geometrica o dei materiali potrebbe risolverlo.Questo è l’elemento diagnostico fondamentale: non solo indica quanto è grave il problema di contatto, ma anche dove si verifica, e quindi quale modifica geometrica o dei materiali potrebbe risolverlo.

Passaggio 6: configurazione della scansione (editor per la microscopia a sonda vibrante).Passaggio 6: configurazione della scansione (editor per la microscopia a sonda vibrante).

L’analisi che hai appena eseguito è stata configurata utilizzando l’editor di microscopia a sonda di scansione (SPM). Puoi aprirlo dalla barra degli strumenti dell’editor (vedi ??).L’analisi che hai appena eseguito è stata configurata utilizzando l’editor di microscopia a sonda di scansione (SPM). Puoi aprirlo dalla barra degli strumenti dell’editor (vedi ??).

Editors ribbon highlighting scanning probe microscopy editor
Aprire l’editor per la microscopia a sonda vibrante per configurare la scansione.Aprire l’editor per la microscopia a sonda vibrante per configurare la scansione.
Scanning probe microscopy editor configuration with applied voltage and scan section
Configurazione della scansione SPM: tensione applicata e sezione di scansione.Configurazione della scansione SPM: tensione applicata e sezione di scansione.

La finestra di configurazione (??) consente di scegliere la tensione da applicare e di specificare se la scansione deve coprire l’intero dispositivo o solo una parte di esso. L’utilizzo di una parte specifica è utile per eseguire rapidamente diverse iterazioni quando si è interessati solo a una determinata area.La finestra di configurazione (??) consente di scegliere la tensione da applicare e di specificare se la scansione deve coprire l’intero dispositivo o solo una parte di esso. L’utilizzo di una parte specifica è utile per eseguire rapidamente diverse iterazioni quando si è interessati solo a una determinata area.

Passaggio 7: Modifica della resistività del materiale (e perché è importante).Passaggio 7: Modifica della resistività del materiale (e perché è importante).

Per analizzare i compromessi relativi alla progettazione, è possibile modificare i parametri elettrici di ciascun livello conduttivo. Nella scheda «Struttura del dispositivo», fare clic su «Parametri elettrici» per aprire l’editor dei parametri elettrici (??). Qui è possibile inserire i valori di resistività misurati per i propri materiali e prevedere immediatamente il comportamento di un contatto ridimensionato.Per analizzare i compromessi relativi alla progettazione, è possibile modificare i parametri elettrici di ciascun livello conduttivo. Nella scheda «Struttura del dispositivo», fare clic su «Parametri elettrici» per aprire l’editor dei parametri elettrici (??). Qui è possibile inserire i valori di resistività misurati per i propri materiali e prevedere immediatamente il comportamento di un contatto ridimensionato.

Electrical parameter editor showing series resistivity setting for conducting layers
Editor dei parametri elettrici: consente di modificare la resistività in serie per gli strati, come ad esempio il PEDOT:PSS.Editor dei parametri elettrici: consente di modificare la resistività in serie per gli strati, come ad esempio il PEDOT:PSS.

Questo tipo di analisi parametrica è proprio l’obiettivo della modellazione: consente di valutare quantitativamente se l’utilizzo di un polimero migliore, di una struttura più densa o di una diversa configurazione di estrazione può portare al miglioramento delle prestazioni, prima di procedere alla fabbricazione.Questo tipo di analisi parametrica è proprio l’obiettivo della modellazione: consente di valutare quantitativamente se l’utilizzo di un polimero migliore, di una struttura più densa o di una diversa configurazione di estrazione può portare al miglioramento delle prestazioni, prima di procedere alla fabbricazione.

👉 Passaggio successivo: proseguire con Parte C per modificare la geometria del contatto (densità della maglia, larghezza delle linee, disposizione degli elementi) e ottimizzare le prestazioni.👉 Passaggio successivo: proseguire con Parte C per modificare la geometria del contatto (densità della maglia, larghezza delle linee, disposizione degli elementi) e ottimizzare le prestazioni.