Zaawansowane oprogramowanie do symulacji urządzeń typu OFET i urządzeń dwuwymiarowych.

Film instruktażowy, w którym pokazano, jak symulować działanie tranzystorów OFET w programie OghmaNano. Film zawiera komentarz.

Three-panel diagram of p-type OFET operation showing off state, channel formation, and current flow — Podstawowa zasada działania p-kanałowego tranzystora organicznego (OFET): tworzenie kanału pod wpływem napięcia na elektrodzie sterującej, a następnie przepływ prądu między elektrodą źródłową a elektrodą drenową.

Main OghmaNano window showing the default OFET simulation in 3D — Główny interfejs programu OghmaNano, prezentujący geometrię tranzystora OFET w formie trójwymiarowej.

2D visualisation of electrostatic potential across an OFET device — Dwuwymiarowa wizualizacja rozkładu potencjału elektrostatycznego wewnątrz tranzystora OFET podczas jego pracy.

OFET contact editor showing source, gate, and drain definitions — Kontaktowy element edytora służy do definiowania geometrii źródła, bramki i drenu oraz do ustawiania przyłożonych napięć.

Layer editor showing active semiconductor and dielectric layers in an OFET stack — Edytor warstw służy do definiowania struktury tranzystora OFET, w tym warstwy aktywnego półprzewodnika, dielektryka i kontaktów.

1. Wprowadzenie

OghmaNano oferuje zaawansowaną platformę do symulacji OFET, umożliwiającą modelowanie organicznych tranzystorów polowych i powiązanych z nimi dwuwymiarowych urządzeń cienkowarstwowych, wykorzystując spójną, wielofizyczną metodę. Symulator łączy w sobie model transportu oparty na dryfie i dyfuzji, elektrostatykę Poissona, warunki brzegowe kontaktów oraz modelowanie stanów pułapkowych, aby określić, w jaki sposób ładunek przemieszcza się w płaskich strukturach tranzystorów.

W przeciwieństwie do modeli urządzeń jednowymiarowych, symulacja OFET wymaga uwzględnienia zarówno wymiarów bocznych, jak i pionowych urządzenia. Pole bramki, źródła i drenu oddziałują na siebie w silnie anizotropowych strukturach, a prąd jest kontrolowany przez cienki kanał akumulacyjny na granicy półprzewodnika i izolatora. OghmaNano rozwiązuje zatem problemy związane z OFET bezpośrednio w dwóch wymiarach, umożliwiając użytkownikowi badanie akumulacji, wyczerpywania, wstrzykiwania, efektów kontaktowych oraz formowania kanału w realistycznych układach. Podstawowa zasada działania jest zilustrowana w Rysunek ??, a domyślna geometria symulacji przedstawiona jest w Rysunek ??.

Dzięki temu oprogramowanie jest przydatne zarówno do analizy wyników pomiarów tranzystorów, jak i do wirtualnego projektowania urządzeń przed ich wytworzeniem. Przewodnik krok po kroku można znaleźć w Rysunek ??, a pełna sekwencja instrukcji rozpoczyna się od Część A: przeprowadź symulację swojego pierwszego tranzystora OFET.

✨ Co możesz robić za pomocą OghmaNano?

Symuluj realistyczne geometrie tranzystorów OFET: zdefiniuj struktury z elektrodą górną lub dolną, precyzyjnie określając geometrię źródła, drenu i elektrody sterującej.
Modelowanie formowania kanału sterowanego przez elektrodę: rozwiązanie problemu gromadzenia się ładunku na powierzchni, jego niedoboru oraz przepływu prądu w kierunku bocznym w strukturze dwuwymiarowej.
Uwzględnij ograniczenia wynikające z obecności pułapek: weź pod uwagę stany pułapkowe i zaburzenia energetyczne w materiale półprzewodnikowym lub na granicy między półprzewodnikiem a dielektrykiem.
Przeprowadź badania w dziedzinie inżynierii kontaktów: zbadaj proces wprowadzania nośników ładunku do obszarów źródła i drenu, różne schematy sterowania elektrodą oraz rozmieszczenie kontaktów, korzystając z edytora kontaktów przedstawionego na Rysunek ??.
Stwórz wizualizację wewnętrznych procesów: opracuj dwuwymiarowe i trójwymiarowe mapy potencjału, gęstości ładunku, zajętości pułapek oraz przepływu prądu.
Pracuj z nietypowymi wymiarami urządzeń: modeluj struktury tranzystorów o dużych proporcjach, które nie są dobrze oddawane przez uproszczone, jednowymiarowe modele.
Wyodrębnij fizycznie istotne parametry: zinterpretuj charakterystyki przenoszenia i wyjściowe w odniesieniu do ruchliwości nośników, gęstości pułapek, zachowania w pobliżu progu oraz efektów kontaktowych.

Wypróbujmy przykład z wykorzystaniem tranzystora OFET.

👉 Zacznij od krótkiego przewodnika wprowadzającego do OFET, a następnie przejdź do wizualizacji wyników OFET w 2D i 3D, edycji parametrów elektrycznych oraz analizy stabilności solvera i siatki obliczeniowej.

2. Dlaczego symulacja tranzystorów OFET wymaga zastosowania modelu dwuwymiarowego.

W tranzystorze OFET elektroda sterująca nie powoduje bezpośredniego przepływu prądu przez urządzenie. Zamiast tego, tworzy pole elektryczne w dielektryku, które indukuje cienki, przewodzący kanał na granicy między półprzewodnikiem a izolatorem. Po utworzeniu tego kanału, napięcie przyłożone między źródłem a drenem powoduje przepływ prądu wzdłuż niego. To zachowanie jest z natury dwuwymiarowe: pionowe pole elektryczne generowane przez elektrodę sterującą kontroluje przepływ prądu w kierunku poziomym między źródłem a drenem.

Z tego powodu, aby uzyskać realistyczną symulację tranzystora polowego z efektem organicznym (OFET), konieczne jest zastosowanie bardziej zaawansowanego modelu niż proste przybliżenie jednowymiarowe. OghmaNano bezpośrednio oblicza wewnętrzny potencjał elektrostatyczny, gęstość nośników i rozkład prądu w dwóch wymiarach, co pozwala zrozumieć, w jaki sposób geometria, napięcie i parametry materiałowe wpływają na działanie tranzystora.

Otrzymany stan wewnętrzny można przedstawić w sposób graficzny. Na przykład mapa potencjału elektrostatycznego przedstawiona na rysunku Rysunek ?? pokazuje, jak napięcia przyłożone do bramki i drenu wpływają na rozkład pola wewnątrz urządzenia. Tego typu dane są szczególnie przydatne podczas diagnozowania procesów tworzenia kanału, pól brzegowych lub problemów z prawidłowym uruchomieniem urządzenia.

3. Budowa urządzenia, połączenia i warstwy aktywne.

Struktura tranzystorów jest definiowana w edytorze warstw, który można zobaczyć na rysunku Rysunek ??. W programie OghmaNano warstwy można oznaczać jako elektrycznie aktywne lub nieaktywne, co umożliwia oddzielenie przewodzących obszarów półprzewodnikowych od pasywnych warstw dielektrycznych i elementów konstrukcyjnych.

Następnie geometria kontaktu jest definiowana w edytorze kontaktów, który można zobaczyć na rysunku Rysunek ??. Jest to istotne w przypadku symulacji tranzystora 2D, ponieważ położenie i szerokość kontaktu wpływają na sposób, w jaki solver stosuje warunki brzegowe źródła, bramki i drenu w całej siatce.

Dzięki temu możliwe jest badanie nie tylko standardowych układów OFET, ale również bardziej wyspecjalizowanych struktur, w których geometria, grubość dielektryka lub rozmieszczenie elektrod mają istotny wpływ na mierzone parametry.

4. Wizualizacja działania tranzystora wewnątrz.

Jedną z zalet programu OghmaNano jest to, że nie ogranicza się on jedynie do analizy zewnętrznej krzywej charakterystyki. Podczas każdej symulacji oprogramowanie zapisuje wewnętrzne zmienne solvera w katalogu snapshots, co umożliwia użytkownikowi analizę potencjału elektrostatycznego, gęstości ładunku, gęstości pułapek oraz powiązanych z nimi wielkości w funkcji napięcia.

Te wyniki można przeglądać zarówno w formie dwuwymiarowej, jak i trójwymiarowej, korzystając z narzędzia do wyświetlania migawek, co umożliwia śledzenie zmian wewnętrznego stanu urządzenia podczas zmiany napięcia. Jest to szczególnie przydatne w przypadku tranzystorów OFET, gdzie przestrzenne położenie przewodzącego kanału i wpływ pola bramkowego mają kluczowe znaczenie dla działania urządzenia.

Do przydatnych kolejnych kroków należą: wizualizacja wyników symulacji OFET w przestrzeni 2D i 3D, modyfikacja parametrów półprzewodnika i izolatora oraz zrozumienie stabilności solvera i siatki obliczeniowej w symulacjach tranzystorów 2D.