고급 OghmaNano 시뮬레이션 파일 형식 참고 자료

이 페이지는 OghmaNano sim.json 파일 형식에 대해 상세히 설명합니다. 여기에는 소자 정의 구조, 전기적 및 광학적 물질 모델, Lua 스크립트, 도핑 처리, 접촉부 설정, 전압 스캔 방법, 메쉬 구성 및 수치적 설정 등이 포함됩니다. 또한 매개변수 토큰과 JSON 키에 대한 검색 가능한 참조 자료도 제공됩니다. 이 문서는 JSON에 대한 입문서나 웹 브라우저에서 파일을 여는 방법을 안내하는 지침서가 아니라 고급 기술 참고 자료입니다.

이 참고 문서는 인간 사용자와 AI 보조체 모두를 대상으로 작성되었다. 인간 사용자는 시뮬레이션 수정 시 표와 예제를 참조할 수 있다. AI 보조체는 기존에 작동 중인 시뮬레이션을 새로운 소자로 변환할 때 문서화된 경로와 표시된 안내 상자들을 활용할 수 있다. 두 대상군 모두 동일한 HTML 페이지를 참고 자료로 사용한다.

범위: 검증된 것으로 확인된 중첩 경로들은 정상 작동하는 OghmaNano v8.1 예제에서 추출된 것입니다. 토큰 목록에는 제공된 매개변수 사전에서 가져온 명칭들도 포함되어 있으나, 이들 모두가 모든 버전이나 시뮬레이션 유형에서 편집 가능한 경로인 것은 아닙니다.

1. AI 어시스턴트와 함께 이 참고 자료를 활용하기

이 기술 참고 문서는 OghmaNano 시뮬레이션을 생성하거나 수정하는 인간 사용자와 AI 어시스턴트 모두를 대상으로 합니다. 본 문서는 실제 OghmaNano v8.1 예제에서 확인된 JSON 경로들을 기록하며 제공된 파라미터 사전도 포함합니다. 이 문서는 실행 가능한 스키마나 실제 시뮬레이션 파일의 대체물이 아닌 참고 자료일 뿐입니다. 모든 가능한 소자 구조나 물리적 모델이 지원되는 것은 아닙니다.

전체 토큰 목록은 11절에 수록되어 있습니다. 다수의 사전 항목들은 제공된 샘플 파일 내에서 직접 편집 가능한 키가 아니라 출력 결과나 GUI 제어 요소에 대한 레이블일 뿐입니다. 따라서 카탈로그에 등재되어 있다고 해서 해당 항목이 반드시 편집 가능한 JSON 경로임을 의미하지는 않습니다.

2. 최상위 객체 및 시뮬레이션 선택

이 예제 문서에는 최상위 레벨 객체인 electrical_solver, thermal, exciton, fits, parasitic, hard_limit, perovskite, singlet, circuit, gl, gui_config, world, ml, scans 및 문서 메타데이터도 포함되어 있습니다. 이러한 섹션들의 존재 여부와 내용은 버전 및 시뮬레이션 유형에 따라 달라질 수 있습니다. 새로 설계하는 소자와 관련이 없다고 해서 낯선 섹션을 삭제해서는 안 됩니다.

{
  "sim": { "simmode": "segment0@jv" },
  "sims": {
    "jv": {
      "segments": 1,
      "segment0": {
        "config": { "Vstart": 0.0, "Vstop": 2.2, "Vstep": 0.025 }
      }
    }
  }
}

위에 제시된 단편은 기존의 경로 구조를 보여주는 것이며, 완전한 시뮬레이션 파일은 아닙니다.

3. 세그먼트 컬렉션, ID 및 데이터 타입

컬렉션은 숫자형 segments 필드로 표현되며, 연속적으로 번호가 매겨진 segment0, segment1 등의 객체들로 구성됩니다. 네 개의 세그먼트를 포함하는 컬렉션에는 반드시 그에 상응하는 네 개의 자식 세그먼트 객체가 존재해야 합니다. 각 객체는 식별 목적으로 사용되는 id 필드를 가질 수 있습니다. 객체를 복사하거나 새로 생성할 때는 필요한 위치에 고유한 ID를 할당해야 하며, 변경되지 않은 객체의 경우 기존 ID를 그대로 유지해야 합니다.

{
  "segments": 2,
  "segment0": { "name": "Layer A", "id": "id0123456789abcdef" },
  "segment1": { "name": "Layer B", "id": "idfedcba9876543210" }
}

4. 에피택시: 기하학적 구조, 조성비 및 도핑

레이어 정의 정보는 epitaxy.segmentX에 저장되며 여기서 X값은 0부터 시작합니다. 접촉부 정보는 별도로 epitaxy.contacts.segmentX에 저장됩니다. 제공된 GaAs 예제 시뮬레이션에서 y0은 시작 위치를, dy는 레이어 두께를 나타내며 이 값들은 모두 미터 단위입니다. 장치에 물리적 간극이 의도적으로 포함되지 않는 한 레이어 경계들은 연속적으로 유지되어야 합니다.

균일한 P형 영역의 경우 양의 값을 갖는 Na0 및 Na1가 존재하며 Nd0 = Nd1 = 0도 함께 나타납니다. 균일한 N형 영역에서는 이와 대조적으로 Nd0와 Nd1가 사용됩니다. 본질적 특성을 갖는 영역에서는 네 가지 도핑 값 모두 0으로 설정할 수 있습니다. 편집 작업을 수행하기 전에 선택된 초기 시뮬레이션에서 추가적인 도핑 효과나 계면 전계가 활성화되어 있는지 반드시 확인해야 합니다.

5. 전기적 루아 재료 스크립트

작동 중인 GaAs 예제에서는 각 반도체 층이 shape_dos 아래에 중첩된 program 객체를 이용해 전기적 루아 재료 모델을 활성화합니다. 파일명은 default_program_path에 명시되어 있습니다. 해당 예제에서 인라인 program 필드는 빈 문자열로 설정되어 있습니다. 관찰된 예제에 따르면 스크립트 경로는 전기적 재료 데이터베이스를 기준으로 상대적이며, 선행 ./ 문자는 포함되지 않습니다.

"shape_dos": {
  "program": {
    "enabled": "True",
    "program": "",
    "default_program_path": "Inorganic/AlGaAs/AlGaAs.lua",
    "font_size": 12
  }
}

이 예시는 중첩된 스크립트 선택 필드들을 보여줍니다. 실제 레이어의 경우, 기존에 존재하는 모든 shape_dos 필드들을 그대로 유지해야 합니다.

Lua 재료 파라미터 재정의하기

OghmaNano에서는 Lua 스크립트를 통해 계산된 개별 물질 파라미터를 epitaxy.segmentX.shape_dos.db_overrides를 이용해 재정의할 수 있다. 이를 통해 전역 물질 데이터베이스를 수정하지 않고도 재결합률이나 전하 캐리어 이동도와 같은 특정 파라미터들을 조정하면서 표준 물질 모델을 활용할 수 있다.

예를 들어, 복사 재결합 계수를 재정의하려면 다음과 같이 합니다:

"free_to_free_recombination": 1e-16,
"db_overrides": {
    "free_to_free_recombination": "true",
    "Eg": "false",
    "Xi": "false"
}

6. 광학 물질 데이터셋 및 발광

에피택시 층에 사용할 광학 물질 데이터셋은 epitaxy.segmentX.absorption.nk_data에서 선택됩니다. 제공되는 광학 물질 목록에는 /alpha.csv로 끝나는 경로들이 포함되어 있습니다. nk_data에서 사용되는 디렉터리 참조값을 얻으려면 해당 접미사를 제거해야 합니다. 전기적 루아 재료 모델과 광학 데이터셋은 서로 별개의 참조값이며 반드시 동일한 경로를 가질 필요는 없습니다.

x = 0.315 광학 데이터셋은 x = 0.30 AlGaAs 전기적 모델에 대한 근사적인 조성비 정보를 제공합니다. 이를 정확한 일치 결과로 간주해서는 안 됩니다. 광학 계산 시 적절한 스펙트럼 범위가 필요할 경우 optical.mesh.mesh_l에 명시된 파장 메쉬를 활용하십시오. 해당 예제에서는 광학적 공간 메쉬를 정의하기 위해 optical.mesh.mesh_y도 포함되어 있습니다.

전기적으로 구동되는 LED의 경우 기존 광원 설정을 이용해 외부 광조사를 비활성화할 수 있으며, 해당 샘플에는 optical.light_sources.Psun가 포함되어 있다. 이 층에는 shape_pl.pl_emission_enabled 및 관련 발광 설정들도 존재한다. 다만 발광 출력이 활성화되었다고 해서 모델이 스펙트럼 선형태, 자발적 발광 물리현상 또는 외부 양자 효율을 정확히 재현한다는 증거는 아니다. 사용 중인 시뮬레이션 모드에서 어떤 옵션들이 지원되는지 반드시 확인해야 한다.

7. 전극 및 전압 극성

전기적 접촉부는 임의의 층의 도핑 값을 변경하는 방식이 아니라 epitaxy.contacts 항목 하에서 정의됩니다. 제공된 예제 파일에는 서로 다른 중첩된 contact 객체들을 포함하는 두 개의 접촉부가 존재합니다. 상단 접촉 단자는 y0 위치에, 하단 접촉 단자는 y1 위치에 위치합니다. 실제 전압 극성은 해당 접촉 단자들에 지정된 applied_voltage_type 설정값에 따라 결정됩니다.

"contacts": {
  "segments": 2,
  "segment0": {
    "contact": {
      "position": "y0",
      "applied_voltage_type": "change",
      "majority": "hole",
      "minority": "electron",
      "majority_model": "ohmic",
      "minority_model": "ohmic"
    }
  },
  "segment1": {
    "contact": {
      "position": "y1",
      "applied_voltage_type": "ground",
      "majority": "electron",
      "minority": "hole",
      "majority_model": "ohmic",
      "minority_model": "ohmic"
    }
  }
}

접촉부 정의: 실제 작동 예제에서는 생략된 필드들도 반드시 포함되어야 합니다.

8. 전기적 및 광학적 메쉬의 일관성

제공된 드리프트-확산 예제에서 전기적 y-메쉬는 electrical_solver.mesh.mesh_y에 위치해 있습니다. 각 메쉬 세그먼트에는 미터 단위의 len, points, mul, left_right, id 및 기타 관련 필드들이 존재합니다. 광학적 공간 메쉬는 optical.mesh.mesh_y에 위치한 별개의 객체입니다. 층 두께를 변경하더라도 모든 메쉬 설정이 자동으로 업데이트된다고 보장할 수 없습니다.

"mesh_y": {
  "enabled": "True",
  "auto": "True",
  "icon_": "y",
  "segments": 4,
  "segment0": { "len": 2e-7, "points": 30.0 },
  "segment1": { "len": 3e-7, "points": 50.0 },
  "segment2": { "len": 2e-7, "points": 30.0 },
  "segment3": { "len": 1e-7, "points": 20.0 }
}

위에 제시된 필드들은 800nm 두께의 4층 구조 소자에 대한 메쉬 길이와 점 개수를 나타내며, 이는 완전한 mesh_y 객체가 아닙니다.

9. 물리적 해석 및 근거 없는 가정들

구문상으로 유효한 JSON 파일만으로는 충분하지 않다. 드리프트-확산 수송 현상, 물질의 특성, 방사성 재결합 및 광학적 특성은 각각 별개의 모델링 문제이다. 예를 들어, AlGaAs/GaAs 이중 이종접합 구조의 경우 단순히 합리적으로 보이는 층 구조만으로는 부족하며 양쪽 인터페이스에서 전하 캐리어가 적절히 가두어져야 한다. 요청된 조성비와 온도 조건 하에서 물질 스크립트에 의해 산출된 밴드갭, 전자 친화도 및 수송 관련 파라미터들을 반드시 확인해야 한다.

TOPCon 태양전지, MOSFET, 양극성 트랜지스터, 양자우물 LED와 같은 보다 복잡한 소자들의 경우 터널링 현상, 산화물의 정전기적 특성, 다중 단자 접촉부, 양자 구속 효과, 계면 트랩 또는 기타 특정 시뮬레이션에서 지원되지 않을 수 있는 경계 조건들이 필요할 수 있다. 요구되는 물리적 현상이 실제 예제나 관련 문서를 통해 입증되지 않은 경우, JSON 필드를 임의로 생성하기보다는 그러한 부재를 명확히 파악해야 한다. 또한 적절한 재결합 및 광추출 모델이 없다면 광방출 계산 결과를 보정된 소자 효율값으로 간주해서는 안 된다.

10. 검증 체크리스트 및 문제 해결

시뮬레이션 파일을 편집한 후에는 JSON 구문, 모든 세그먼트 컬렉션의 구조, 기준 파일과 비교한 주요 유형들, 그리고 각 장치에 특화된 물리적 제약 조건들을 검증해야 합니다. 예를 들어 아래 Python 코드는 어떠한 OghmaNano API도 사용하지 않고 일반적인 segments 컬렉션들을 확인합니다. 다만 이 검증만으로 OghmaNano가 해당 모델을 실행할 수 있을지는 보장되지 않습니다.

import json
import re
from pathlib import Path

sim = json.loads(Path("sim.json").read_text(encoding="utf-8"))

def check_segments(obj, location="root"):
    if isinstance(obj, dict):
        if isinstance(obj.get("segments"), int):
            count = obj["segments"]
            actual = {
                int(key[7:]) for key in obj
                if re.fullmatch(r"segment[0-9]+", key)
            }
            expected = set(range(count))
            if actual != expected:
                raise ValueError((location, count, sorted(actual)))
        for key, value in obj.items():
            check_segments(value, location + "." + key)

check_segments(sim)
print("JSON and segment counts look consistent")

만약 특정 토큰의 JSON 위치나 의미가 불분명할 경우 그래픽 인터페이스에서 해당 제어 항목을 수정한 뒤 파일을 저장하고, 수정 전후의 sim.json 파일들을 비교해보기 바랍니다. 이 방법이 단순히 매개변수 명칭만으로 경로를 추론하는 것보다 훨씬 신뢰도가 높습니다.

11. OghmaNano JSON 토큰 참조 목록 (A–Z)

이 문서는 OghmaNano의 매개변수 토큰 및 JSON 구조 키에 관한 유일한 검색 가능한 참고 자료입니다. 제공된 매개변수 사전에 수록된 985개 항목에 OghmaNano v8.1 sim.json 시뮬레이션 예제에서 확인된 382개의 추가 키가 통합되어 있습니다. 총 1,367개 항목이 모두 알파벳순으로 정렬되어 있으며, 구조나 물질 스크립트 관련 정보를 확인하기 위한 별도의 목록은 존재하지 않습니다.

사전에 등재된 토큰들에 대한 설명, 단위 및 사용 가능한 옵션들은 제공된 사전에서 가져온다. 실제 시뮬레이션에서만 발견된 키들에 대해서는 의미가 확인되지 않은 경우 보수적인 설명을 부여하였다. 나열된 JSON 경로와 데이터 타입은 실제 예제 시뮬레이션에서 관찰된 결과일 뿐, 동일한 이름이 모든 위치나 모든 OghmaNano 버전에서 유효하다는 보장은 없다. 일부 토큰들은 편집 가능한 시뮬레이션 입력값이 아닌 출력 필드나 사용자 인터페이스 제어 요소이기도 하다. 사전 항목 중 세 가지(Ra[0-9], Rq[0-9], Rp[0-9])는 토큰 패턴에 해당한다.