Simulazione di dispositivi a semiconduttore a base di silicio e di composti del gruppo III–VSimulazione di dispositivi a semiconduttore a base di silicio e di composti del gruppo III–V

La simulazione di dispositivi a semiconduttore a base di silicio e di semiconduttori III-V consiste nella modellizzazione di dispositivi semiconduttori cristallini mediante l’utilizzo di modelli elettrostatici, di trasporto di carica e di ricombinazione accoppiati. In OghmaNano, questi sistemi vengono risolti utilizzando modelli di deriva-diffusione che descrivono l’evoluzione degli elettroni, delle lacune e dei campi elettrici all’interno di un dispositivo sottoposto a polarizzazione e illuminazione.La simulazione di dispositivi a semiconduttore a base di silicio e di semiconduttori III-V consiste nella modellizzazione di dispositivi semiconduttori cristallini mediante l’utilizzo di modelli elettrostatici, di trasporto di carica e di ricombinazione accoppiati. In OghmaNano, questi sistemi vengono risolti utilizzando modelli di deriva-diffusione che descrivono l’evoluzione degli elettroni, delle lacune e dei campi elettrici all’interno di un dispositivo sottoposto a polarizzazione e illuminazione.

Il silicio offre il sistema di riferimento più affidabile e più noto: giunzioni PN, zone di svuotamento, correnti di deriva e diffusione e meccanismi di ricombinazione ben compresi. I materiali III–V, come il GaAs, estendono questo modello ai semiconduttori composti con diverse strutture a bande, mobilità e comportamenti di ricombinazione, ma mantenendo gli stessi principi fisici di base.Il silicio offre il sistema di riferimento più affidabile e più noto: giunzioni PN, zone di svuotamento, correnti di deriva e diffusione e meccanismi di ricombinazione ben compresi. I materiali III–V, come il GaAs, estendono questo modello ai semiconduttori composti con diverse strutture a bande, mobilità e comportamenti di ricombinazione, ma mantenendo gli stessi principi fisici di base.

In questo capitolo vengono presentati e integrati questi diversi sistemi. L’obiettivo non è trattare i dispositivi a base di silicio e quelli a base di elementi del gruppo III–V come esempi slegati tra loro, ma dimostrare che possono essere analizzati all’interno di un unico modello fisico e numerico. Una volta compreso questo concetto, lo stesso approccio può essere esteso a sistemi più complessi, come i dispositivi a base di perovskite e i dispositivi organici.In questo capitolo vengono presentati e integrati questi diversi sistemi. L’obiettivo non è trattare i dispositivi a base di silicio e quelli a base di elementi del gruppo III–V come esempi slegati tra loro, ma dimostrare che possono essere analizzati all’interno di un unico modello fisico e numerico. Una volta compreso questo concetto, lo stesso approccio può essere esteso a sistemi più complessi, come i dispositivi a base di perovskite e i dispositivi organici.

1. Tutorial sui dispositivi a base di silicio1. Tutorial sui dispositivi a base di silicio

I tutorial sul silicio offrono un metodo chiaro e semplice per iniziare a studiare la modellazione dei dispositivi a semiconduttore. Essi illustrano come il drogaggio, i contatti, la ricombinazione e l’elettrostatica interagiscono per generare la risposta elettrica misurata.I tutorial sul silicio offrono un metodo chiaro e semplice per iniziare a studiare la modellazione dei dispositivi a semiconduttore. Essi illustrano come il drogaggio, i contatti, la ricombinazione e l’elettrostatica interagiscono per generare la risposta elettrica misurata.

• Diodo a giunzione PN al silicio — simulazione fondamentale del fenomeno di deriva e diffusione in una giunzione raddrizzatrice. Diodo a giunzione PN al silicio — simulazione fondamentale del fenomeno di deriva e diffusione in una giunzione raddrizzatrice.
• Cella solare in silicio policristallino — simulazione di un dispositivo fotovoltaico di tipo industriale. Cella solare in silicio policristallino — simulazione di un dispositivo fotovoltaico di tipo industriale.
• Cella solare in silicio amorfo — dispositivo a film sottile con trasporto limitato dalla presenza di difetti. Cella solare in silicio amorfo — dispositivo a film sottile con trasporto limitato dalla presenza di difetti.
• Condensatore 2D NMOS — elettrostatica, svuotamento e controllo del campo nelle strutture a semiconduttore. Condensatore 2D NMOS — elettrostatica, svuotamento e controllo del campo nelle strutture a semiconduttore.

2. Dispositivi a semiconduttore di tipo III–V2. Dispositivi a semiconduttore di tipo III–V

I semiconduttori III-V, come il GaAs, dimostrano che lo stesso modello di deriva-diffusione può essere applicato anche al di fuori del silicio. Modificando i parametri dei materiali e la geometria, è possibile simulare dispositivi a semiconduttore composito senza alterare il solutore di base.I semiconduttori III-V, come il GaAs, dimostrano che lo stesso modello di deriva-diffusione può essere applicato anche al di fuori del silicio. Modificando i parametri dei materiali e la geometria, è possibile simulare dispositivi a semiconduttore composito senza alterare il solutore di base.

• GaAs PN Junction Diode GaAs PN Junction Diode
• GaAs 3D drift–diffusion with a vertical defect GaAs 3D drift–diffusion with a vertical defect

3. Principi fisici di base3. Principi fisici di base

Queste simulazioni si basano sul trasporto per deriva-diffusione, accoppiato all’equazione di Poisson. Il modello risolve l’evoluzione, in modo coerente, della densità dei portatori di carica, del potenziale elettrostatico e del processo di ricombinazione. Questo costituisce la base della simulazione di dispositivi a semiconduttore basata su principi fisici.Queste simulazioni si basano sul trasporto per deriva-diffusione, accoppiato all’equazione di Poisson. Il modello risolve l’evoluzione, in modo coerente, della densità dei portatori di carica, del potenziale elettrostatico e del processo di ricombinazione. Questo costituisce la base della simulazione di dispositivi a semiconduttore basata su principi fisici.

• Drift–diffusion theoryDrift–diffusion theory
• Shockley–Read–Hall recombinationShockley–Read–Hall recombination
• Charge carrier mobilityCharge carrier mobility

4. Da dove dovreste iniziare?4. Da dove dovreste iniziare?

Se siete alle prime armi con la simulazione di dispositivi, iniziate con il diodo a giunzione PN al silicio. Questo rappresenta il metodo più semplice per comprendere il modello di deriva-diffusione. Successivamente, passate alle celle solari o alle strutture MOS, a seconda dell’applicazione specifica, e infine ai dispositivi a base di semiconduttori III-V per generalizzare l’approccio.Se siete alle prime armi con la simulazione di dispositivi, iniziate con il diodo a giunzione PN al silicio. Questo rappresenta il metodo più semplice per comprendere il modello di deriva-diffusione. Successivamente, passate alle celle solari o alle strutture MOS, a seconda dell’applicazione specifica, e infine ai dispositivi a base di semiconduttori III-V per generalizzare l’approccio.