Semiconductor Module Updates

Для пользователей модуля Полупроводники в COMSOL Multiphysics® версии 5.2a добавлено новое приложение для оценки конструктивных параметров кремниевой солнечной батареи в заданный день и в заданном месте. Граничные условия Ideal Schottky (идеальный барьер Шоттки), Thermionic Emission (Термоионная эмиссия) и Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) были улучшены так, чтобы повысить точность моделей полупроводниковых систем, уменьшить время вычислений и сэкономить память. Подробное описание всех обновлений модуля Полупроводники приводится ниже.

Новое приложение: Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика)

Приложение Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика) сочетает модули Ray Optics (Геометрическая оптика) и Semiconductor (Полупроводники), демонстрируя функционирование кремниевой солнечной батареи в определенный день в заданном месте. Модуль Геометрическая оптика вычисляет среднюю освещенность на заданную дату в выбранном месте (определяются пользователем приложения). Затем модуль Полупроводники вычисляет нормализованные выходные характеристики солнечной батареи при выбранных пользователем конструктивных параметрах.

Нормализованные выходные характеристики умножаются на вычисленную среднюю освещенность, чтобы получить выходные характеристики ячейки в заданное время в заданном месте в предположении простой линейной связи между освещенностью и выходом. Затем пользователь может вычислить КПД солнечной батареи и величину выработки электроэнергии в течение дня.

Базовая модель состоит из одномерного кремниевого p-n-перехода с генерацией носителей и рекомбинацией Шокли – Рида – Холла. Заземленный анод моделируется как тонкий гальванический контакт, нанесенный на эмиттер (область, легированная донорной примесью). Катод моделируется аналогично — как идеальный гальванический контакт, нанесенный на базу (область, легированная акцепторной примесью) и подключенный ко внешней цепи.

Путь к приложению Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика) в Библиотеке приложений: Semiconductor_Module/Applications/solar_cell_designer

ПРИМЕЧАНИЕ. Для запуска этого приложения необходимы модуль Полупроводники и модуль Геометрическая оптика.

Пользовательский интерфейс приложения Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика), отображающего результаты вычислений и расположение Солнца. Пользовательский интерфейс приложения Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика), отображающего результаты вычислений и расположение Солнца.
Пользовательский интерфейс приложения Si Solar Cell with Ray Optics (Кремниевая солнечная батарея с использованием модуля Геометрическая оптика), отображающего результаты вычислений и расположение Солнца.

Улучшенные характеристики граничного условия Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки) для металлических контактов

В COMSOL Multiphysics® 5.2 и в более ранних версиях в граничном условии Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки) на металлических контактах используется схема экстраполяции постоянной величиной. При таком подходе для обеспечения приемлемой точности результатов на границе требуется использовать гораздо более плотную сетку. В версии 5.2a применяется схема экстраполяции высокого порядка, что позволяет обеспечить гораздо более высокую точность без необходимости использовать сверхплотную сетку на границе. Рассмотрим пример: граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки) применяется на левой границе прямоугольной области с однородным материалом и плотностью тока. На представленных ниже графиках, полученных с помощью COMSOL Multiphysics® версии 5.2a, сравниваются две сетки и соответствующие результаты (очень точные и практически неразличимые между собой).

На левой границе используется слабо уплотненная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки). На левой границе используется слабо уплотненная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки).
На левой границе используется слабо уплотненная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки).
На левой границе используется гораздо более плотная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки). На левой границе используется гораздо более плотная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки).
На левой границе используется гораздо более плотная сетка и граничное условие Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки).
Результаты свидетельствуют об очень высокой однородности плотности тока (обратите внимание, что значения минимумов и максимумов совпадают до 5 знаков) даже в случае неуплотненной сетки. Результаты свидетельствуют об очень высокой однородности плотности тока (обратите внимание, что значения минимумов и максимумов совпадают до 5 знаков) даже в случае неуплотненной сетки.
Результаты свидетельствуют об очень высокой однородности плотности тока (обратите внимание, что значения минимумов и максимумов совпадают до 5 знаков) даже в случае неуплотненной сетки.
Результаты, полученные с помощью неуплотненной сетки, практически неотличимы от результатов при уплотненной сетке. Результаты, полученные с помощью неуплотненной сетки, практически неотличимы от результатов при уплотненной сетке.
Результаты, полученные с помощью неуплотненной сетки, практически неотличимы от результатов при уплотненной сетке.

Улучшенные характеристики граничного условия Thermionic Emission (Термоионная эмиссия) на гетеропереходах

В предыдущих версиях COMSOL Multiphysics® в граничном условии Thermionic Emission (Термоионная эмиссия) на гетеропереходах использовалась схема экстраполяции постоянной величиной, как и для граничного условия Ideal Schottky (Идеальный барьер Шоттки). При таком подходе для обеспечения приемлемой точности результатов на границе требуется использовать гораздо более плотную сетку. В версии 5.2a применяется схема экстраполяции высокого порядка, что позволяет обеспечить гораздо более высокую точность без необходимости использовать сверхплотную сетку на границе.

Расширенная функциональность граничного условия Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) на гетеропереходах

Граничные условия Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) пакета COMSOL Multiphysics® теперь поддерживают статистику Ферми – Дирака для гетеропереходов. В версии 5.2 и более ранних граничное условие Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) поддерживало только статистику Максвелла – Больцмана. В версии 5.2a для этого граничного условия была добавлена поддержка статистики Ферми – Дирака. Как следствие, повысилась точность моделирования гетеропереходов, прилежащих к вырожденным областям, что иллюстрирует следующий график.
Статистика Ферми – Дирака для граничного условия Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) на гетеропереходах. Вычисленные уровни, как и следовало ожидать, совпадают с нулевым уровнем. Статистика Ферми – Дирака для граничного условия Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) на гетеропереходах. Вычисленные уровни, как и следовало ожидать, совпадают с нулевым уровнем.
Статистика Ферми – Дирака для граничного условия Continuous Quasi-Fermi Level (Непрерывный квазиуровень Ферми) на гетеропереходах. Вычисленные уровни, как и следовало ожидать, совпадают с нулевым уровнем.

Более точная формулировка электростатических законов для соседних областей сохранения заряда

В COMSOL Multiphysics® версии 5.2a улучшена формулировка электростатических законов для соседних областей сохранения заряда, что обеспечивает более точные результаты. Это изменение будет полезно для моделей с соприкасающимися изолирующими (диэлектрическими) материалами различных типов. Влияние различных диэлектрических постоянных на прилежащие области учитывается точно, как показывает следующий график.
В версии 5.2a результаты, полученные с помощью интерфейса Electrostatics Physics (Физика электростатических явлений) (слева), совпадают с результатами, полученными с помощью модуля Semiconductor (Полупроводники) (справа).

В версии 5.2a результаты, полученные с помощью интерфейса Electrostatics Physics (Физика электростатических явлений) (слева), совпадают с результатами, полученными с помощью модуля Semiconductor (Полупроводники) (справа).

В версии 5.2a результаты, полученные с помощью интерфейса Electrostatics Physics (Физика электростатических явлений) (слева), совпадают с результатами, полученными с помощью модуля Semiconductor (Полупроводники) (справа).

Оптимизированные настройки исследования ускоряют вычисления для учебных моделей биполярных транзисторов

Настройки исследований учебных моделей биполярных транзисторов были оптимизированы, чтобы ускорить вычисления. Решение трехмерной модели теперь занимает несколько часов (раньше — несколько суток), двухмерной модели — несколько минут (раньше — более часа).