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). ??).
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).
A titolo di esempio:A titolo di esempio:
- Un numero insufficiente di punti → la mappa della resistenza diventa frammentata e si rischia di non rilevare le concentrazioni di corrente su scala fine attorno alla maglia.Un numero insufficiente di punti → la mappa della resistenza diventa frammentata e si rischia di non rilevare le concentrazioni di corrente su scala fine attorno alla maglia.
- Un numero eccessivo di punti → la scansione può rallentare perché aumenta il numero di calcoli necessari per risolvere il circuito.Un numero eccessivo di punti → la scansione può rallentare perché aumenta il numero di calcoli necessari per risolvere il circuito.
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 ??.
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).| Nome del fileNome del file | DescrizioneDescrizione |
|---|---|
electrical_links.csvelectrical_links.csv | Elenco dei collegamenti (bordi) resistivi nella griglia del circuito tridimensionale.Elenco dei collegamenti (bordi) resistivi nella griglia del circuito tridimensionale. |
electrical_nodes.csvelectrical_nodes.csv | Elenco 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.csv | Mappa 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.csv | Sezione 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.csv | Stima 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.
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.
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 prossimità del punto di contatto per l’estrazione (la barra scura nel grafico), la resistenza è minore, il che significa che la corrente ha un percorso più breve per uscire dal dispositivo.In prossimità del punto di contatto per l’estrazione (la barra scura nel grafico), la resistenza è minore, il che significa che la corrente ha un percorso più breve per uscire dal dispositivo.
- In prossimità di una linea costituita da una rete metallica, la resistenza è minore: la corrente può quindi fluire rapidamente attraverso la rete metallica, che presenta un’elevata conducibilità.In prossimità di una linea costituita da una rete metallica, la resistenza è minore: la corrente può quindi fluire rapidamente attraverso la rete metallica, che presenta un’elevata conducibilità.
- La resistenza più elevata tende a manifestarsi in prossimità del centro di una cella della rete e lontano dal bordo di estrazione, poiché la corrente deve attraversare lateralmente lo strato polimerico per una distanza maggiore.La resistenza più elevata tende a manifestarsi in prossimità del centro di una cella della rete e lontano dal bordo di estrazione, poiché la corrente deve attraversare lateralmente lo strato polimerico per una distanza maggiore.
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:
- La resistenza aumenta man mano che ci si allontana dal punto di contatto per l’estrazione (percorso laterale della corrente più lungo).La resistenza aumenta man mano che ci si allontana dal punto di contatto per l’estrazione (percorso laterale della corrente più lungo).
- La resistenza diminuisce ogni volta che la scansione passa sopra o vicino a una linea di rete metallica (creando un cortocircuito nel percorso laterale).La resistenza diminuisce ogni volta che la scansione passa sopra o vicino a una linea di rete metallica (creando un cortocircuito nel percorso laterale).
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.
Fase 5: visualizzazione della griglia del circuito (collegamenti e nodi)Fase 5: visualizzazione della griglia del circuito (collegamenti e nodi)
Per la risoluzione dei problemi e l’analisi, può essere utile visualizzare direttamente la rappresentazione del circuito. Fate doppio clic sul collegamento e sulle visualizzazioni dei nodi (che nell’esempio mostrato sono spesso indicate come links.jpg e nodes.jpg).Per la risoluzione dei problemi e l’analisi, può essere utile visualizzare direttamente la rappresentazione del circuito. Fate doppio clic sul collegamento e sulle visualizzazioni dei nodi (che nell’esempio mostrato sono spesso indicate come links.jpg e nodes.jpg).
In questi problemi di contatto, l’interpretazione del circuito è letterale: ogni elemento è una resistenza, ogni nodo è un punto di giunzione e il risolutore applica le leggi di Kirchhoff all’intero circuito.In questi problemi di contatto, l’interpretazione del circuito è letterale: ogni elemento è una resistenza, ogni nodo è un punto di giunzione e il risolutore applica le leggi di Kirchhoff all’intero circuito.
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 ??).
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.
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.