Parametry elektryczne tranzystorów OFET: ruchliwość nośników, pułapki, przenikalność i kontakty.

W tej sekcji wyjaśniono, jak skonfigurować parametry elektryczne tranzystorów OFET w programie OghmaNano, w tym ruchliwość nośników, gęstość pułapek, przenikalność dielektryczną, modele rekombinacji oraz warunki brzegowe kontaktów. Parametry te określają sposób rozwiązywania równań dryfu i dyfuzji oraz równania Poissona w warstwach półprzewodnikowych i dielektrycznych.

1. Edytor warstw OFET: warstwy aktywne, kontakty i izolatory.

Tranzystor OFET jest zbudowany z wielu warstw ułożonych jedna na drugiej, a ich grubość można modyfikować w edytorze warstw (główne okno → zakładka „Struktura urządzenia”). Edytor umożliwia przeglądanie i modyfikowanie struktury warstw, dodawanie lub usuwanie warstw oraz przypisywanie im odpowiedniego typu. OghmaNano obsługuje trzy typy warstw:

• Warstwy kontaktowe – definiują zaciski urządzenia (np. źródło, dren, bramka) i pełnią funkcję warunków brzegowych. Nie posiadają parametrów elektrycznych, ponieważ ich zadaniem jest ustalanie napięć lub prądów.
• Aktywne warstwy – obszary, w których rozwiązywane są równania dryfu i dyfuzji oraz równanie Poissona. Warstwy te przewodzą prąd i określają właściwości elektryczne urządzenia. Tylko aktywne warstwy są wyświetlane w edytorze parametrów elektrycznych, gdzie można ustawić parametry takie jak ruchliwość nośników, gęstość pułapek, przenikalność elektryczna i inne powiązane właściwości.
• Pozostałe warstwy to warstwy pasywne, które nie pełnią funkcji kontaktów ani nie są elementami elektrycznie aktywnymi. Mogą to być podłoża, warstwy ochronne lub elementy optyczne, a w analizach elektrycznych są one pomijane.

Krótko mówiąc, ustawienie warstwy jako aktywnej powoduje, że OghmaNano rozwiązuje równania dyfuzji i równanie Poissona w danym obszarze urządzenia. Warstwy kontaktowe pozostają nieruchome i pełnią funkcję warunków brzegowych, natomiast inne warstwy są obecne strukturalnie, ale nie są aktywne elektrycznie i są wyłączone z obliczeń elektrycznych.

2. Ustawianie parametrów elektrycznych tranzystora OFET

Po oznaczeniu warstwy jako aktywnej w edytorze warstw, jej właściwości można dalej definiować w edytorze parametrów elektrycznych. W tym miejscu konfiguruje się sposób modelowania transportu ładunku, pułapkowania i elektrostatyki podczas symulacji (szczegółowe informacje znajdują się w sekcji 3.1.9). Na ilustracji ?? przedstawiono ustawienia dla warstwy półprzewodnikowej, gdzie można określić ruchliwość, gęstość stanów, parametry pułapek i modele rekombinacji. Na ilustracji ?? przedstawiono odpowiadające ustawienia dla izolatora PMMA, gdzie wymagane są tylko właściwości elektrostatyczne, takie jak przenikalność dielektryczna i przesunięcia pasm. Zwróć uwagę na przycisk „Włącz dryf-dyfuzję” w lewym górnym rogu: po włączeniu równania dryfu i dyfuzji są rozwiązywane dla danej warstwy, uwzględniając ruch nośników. Dla półprzewodnika ta opcja jest włączona, ponieważ transport ładunku musi być symulowany, natomiast dla izolatora PMMA jest wyłączona, ponieważ materiał nie przewodzi prądu. Chociaż możliwe jest włączenie dryfu i dyfuzji wszędzie i po prostu przypisanie bardzo niskiej ruchliwości do warstw izolacyjnych, takie podejście wydłuża czas obliczeń i może zmniejszyć stabilność numeryczną. Dlatego zaleca się wyłączenie dryfu i dyfuzji w przypadku prawdziwych izolatorów.

3. Korelacja między parametrami elektrycznymi a właściwościami tranzystorów OFET.

Wartości wprowadzane w edytorze parametrów elektrycznych bezpośrednio wpływają na zachowanie tranzystora OFET podczas symulacji. Na przykład, ruchliwość nośników w półprzewodniku określa nachylenie charakterystyki przenoszenia, natomiast gęstość pułapek wpływa na nachylenie charakterystyki w obszarze progowym i na histerezę. Stała dielektryczna izolatora określa pojemność bramki, która z kolei wpływa na to, jak skutecznie napięcie na bramce moduluje kanał. Eksperymentując z tymi parametrami, można zbadać, w jaki sposób właściwości materiałów przekładają się na mierzalne charakterystyki urządzenia.