Моделювання пристроїв на основі кремнію та напівпровідників III–V групи
Моделювання кремнієвих та III–V напівпровідникових приладів передбачає створення моделей кристалічних напівпровідникових приладів на основі взаємопов’язаних електростатичних, транспортних і рекомбінаційних процесів. В OghmaNano ці системи моделюються за допомогою моделей дрейфу-дифузії, які відображають те, як електрони, дірки та електричні поля поводяться в приладі під час подачі напруги та освітлення.
Кремній забезпечує найчистішу та найзвичнішу систему відліку: PN-переходи, області висначення, дрейфові та дифузійні струми, а також добре вивчені шляхи рекомбінації. Матеріали III–V групи, такі як GaAs, розширюють цю систему, застосовуючи її до складних напівпровідників з різною зонною структурою, рухливістю носіїв і характеристиками рекомбінації, але при цьому зберігається та сама фізична основа.
У цьому розділі розглядається взаємозв’язок між цими системами. Мета полягає не в тому, щоб розглядати кремнієві та III–V напівпровідникові пристрої як непов’язані між собою приклади, а в тому, щоб показати, що їх можна описати в межах єдиної фізичної та чисельної моделі. Після того, як це буде зрозуміло, такий самий підхід можна буде застосувати до складніших систем, таких як перовськітні та органічні пристрої.
Основна ідея:
- Використовуйте кремнієвий p–n-діод, щоб зрозуміти явище дрейфу та дифузії в його найпростішому вигляді.
- Використовуйте кремнієві сонячні елементи для забезпечення взаємозв’язку між транспортним, рекомбінаційним і оптичним процесами генерації.
- Використовуйте МОП-конденсатор для вивчення електростатики та методів керування електричним полем.
- Використовуйте приклади на основі GaAs, щоб розширити застосування цієї ж моделі до напівпровідників групи III–V.
1. Навчальні матеріали щодо кремнієвих пристроїв.
Навчальні матеріали з кремнієвих технологій пропонують найзручніший спосіб ознайомлення з моделюванням напівпровідникових пристроїв. У них наочно показано, як легування, контакти, рекомбінація та електростатика взаємодіють між собою, щоб створити вимірювану електричну реакцію.
- Кремнієвий p-n перехідний діод — фундаментальна модель, що описує процес дрейфу та дифузії в випрямлювальному переході.
- Полікристалічна кремнієва сонячна батарея — моделювання фотоелектричного пристрою промислового зразка.
- Аморфна кремнієва сонячна батарея — тонкоплівковий пристрій, у якому транспорт електронів обмежений наявністю дефектів.
- Si 2D NMOS-конденсатор — електростатика, збіднення зарядом і керування електричним полем у напівпровідникових структурах.
2. Напівпровідникові прилади на основі сполук III–V групи елементів.
Напівпровідники III–V групи, такі як GaAs, показують, що та сама модель дрейфу-дифузії може застосовуватися не лише до кремнію. Зміна параметрів матеріалу та геометрії дозволяє моделювати пристрої на основі складних напівпровідників, не змінюючи при цьому основний алгоритм розв’язання.
3. Основні фізичні принципи
Ці моделювання ґрунтуються на явищі дрейфу та дифузії, пов’язаному з рівнянням Пуассона. Модель розв’язує питання про те, як змінюються концентрація носіїв заряду, електростатичний потенціал і процес рекомбінації у взаємопов’язаний спосіб. Це є основою для фізично обґрунтованого моделювання напівпровідникових пристроїв.
4. З чого варто почати?
Якщо ви новачок у моделюванні електронних пристроїв, почніть із кремнієвого p–n перехідного діода. Він забезпечує найпростіший спосіб зрозуміти принципи дрейфово-дифузійного моделювання. Потім перейдіть до сонячних елементів або МОП-структур, залежно від вашої задачі, і, нарешті, до пристроїв на основі сполук III–V групи, щоб узагальнити підхід.