Обновления модуля Полупроводники

Пользователи модуля Полупроводники найдут в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics® новое исследование, демонстрирующее возможности дискретизации на основе квазиуровней Ферми, контакты, к которым приложено напряжение, а также новые и обновленные учебные модели. Новые возможности модуля Полупроводники описаны ниже.

Исследование Semiconductor Equilibrium (Равновесное состояние полупроводника)

Теперь в физическом интерфейсе Semiconductor (Полупроводник) доступен новый шаг исследования Semiconductor Equilibrium (Равновесное состояние полупроводника). Вы можете использовать этот шаг для изучения равновесных систем или создания начальных условий для неравновесных систем.

Часть снимка экрана Мастера создания моделей в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics.

Окно Мастера создания моделей с новым шагом исследования Semiconductor Equilibrium (Равновесное состояние полупроводника).

Окно Мастера создания моделей с новым шагом исследования Semiconductor Equilibrium (Равновесное состояние полупроводника).

Дискретизация на основе квазиуровней Ферми

Новая схема дискретизации использует в качестве зависимых переменных для носителей заряда квазиуровни Ферми. Это альтернативный вариант решения сильно нелинейных систем уравнений, часто возникающих при моделировании полупроводниковых устройств, например, при низкой температуре.

Вывод терминала, к которому приложена мощность

К граничному условию Metal Contact (Металлический контакт) добавлена новая настройка, позволяющая указать приложенную к выводу мощность. Эта настройка введена дополнительно к выводам, к которым приложены напряжение или ток, и двум способам подключения к цепям.

Функция Trapping (Ловушки)

Расширены возможности функции Trapping (Ловушки). Теперь пользователи могут задавать начальную степень заполнения и вырожденность отдельно для каждого подузла дискретных или непрерывных уровней энергии. Дискретизацию и диапазон уровней энергии, а также число точек сетки по оси энергии можно настроить отдельно для каждого подузла непрерывных уровней энергии. Расширенные функциональные возможности позволяют с удобством изучать системы со сложными свойствами захвата, в особенности их динамику.

Идеально согласованные слои для интерфейса Schrödinger Equation (Уравнение Шредингера)

К интерфейсу Schrödinger Equation (Уравнение Шредингера) в дополнение к условию Open Boundary (Открытая граница) для уходящих волн добавлена настройка Perfectly Matched Layer (PML) (Идеально согласованные слои). Эта настройка позволяет поглощать уходящие волны в стационарных исследованиях и помогает изучать различные явления рассеяния.

Новая учебная модель Gross-Pitaevskii Equation for Bose-Einstein Condensation (Уравнение Гросса — Питаевского для конденсации Бозе — Эйнштейна)

Эта учебная модель решает уравнение Гросса — Питаевского для основного состояния конденсата Бозе — Эйнштейна в гармонической ловушке, используя физический интерфейс Schrödinger Equation (Уравнение Шредингера) из модуля Полупроводники. По сути, это уравнение является нелинейным случаем уравнения Шредингера для одной частицы со вкладом потенциальной энергии, пропорциональным локальной плотности частиц. Для решения таких нелинейных задач непригоден метод исследования на собственные значения. Вместо этого применяют стационарное исследование с глобальным уравнением, задающим нормализацию волновой функции, получая решения для основного состояния. Результат для большого числа частиц, как и ожидается, хорошо согласуется с приближением Томаса — Ферми.

 
Для визуализации испарения конденсата Бозе — Эйнштейна решено уравнение Гросса — Питаевского для последовательности убывающего числа частиц. Результаты показаны на анимации.

Путь в Библиотеке приложений:
Semiconductor_Module/Quantum_Systems/gross_pitaevskii_equation_for_bose_einstein_condensation

Новая учебная модель MOSCAP 1D Small Signal (Анализ одномерной модели МОП-конденсатора в режиме малых сигналов)

Структуры «металл — оксид — полупроводник» (MOS) — основной строительный элемент для многих планарных кремниевых устройств. Измерения ёмкости таких структур позволяют детально понять принципы их работы. Эта учебная модель воспроизводит простую одномерную структуру МОП-конденсатора. Расчет в режиме малых сигналов позволяет получить вольт-фарадную характеристику для низких и высоких частот. Эта модель использует дискретизацию на основе квазиуровней Ферми и шаг исследования Semiconductor Equilibrium (Равновесное состояние полупроводника), доступные в версии 5.3a программного пакета COMSOL Multiphysics®.

График из учебной модели MOSCAP 1D Small Signal (Анализ одномерной модели МОП-конденсатора в режиме малых сигналов). Вольт-фарадные характеристики для случаев низкой и высокой частоты.
Вольт-фарадные характеристики для случаев низкой и высокой частоты.

Путь в Библиотеке приложений:
Semiconductor_Module/Device_Building_Blocks/moscap_1d_small_signal

Улучшения и исправления ошибок

  • Улучшена формулировка на основе методом конечных объемов расчёта частичной ионизации, электронного сродства, зависящего от пространственных координат, и ширины запрещенной зоны; улучшена совместимость с условием термодинамического равновесия
  • Автоматическое задание значения, ограничивающего электрический потенциал в узле Metal Contact (Металлический контакт) при использовании заданной пользователем высоты барьера Шотки.
  • Улучшено поведение модели подвижности в сильном поле при низких токах
  • Улучшена совместимость масштабирования параметров продолжения (continuation parameter) со всеми типами профилей легирования
  • Исправлена формула сужения запрещенной зоны (метод конечных объемов и метод конечных элементов), пространственно зависимой запрещенной зоны (метод конечных объемов) и диффузии носителей, обусловленной градиентом температуры (метод конечных объемов)
    • В учебные модели полевых МОП-транзисторов, использующие функцию сужениязапрещенной зоны, внесены изменения
  • Исправлены определения переменных Ферми — Дирака для логарифмической формулировки дискретизации на основе метода конечных элементов
  • Исправлена формула для случая заданной пользователем высоты барьера Шотки в граничном условии Metal Contact (Металлический контакт)

Улучшения учебных моделей

Серия учебных моделей полевых МОП-транзисторов

В серии учебных моделей, посвященных полевым МОП-транзисторам, пользовательские сетки заменены на более грубые для ускорения расчетов. В этой серии используется обновленные настройки для учета эффекта сужения запрещенной зоны. Новая формулировка позволяет получить более точные результаты на более грубой сетке.

Общее ускорение расчетов моделей

Во многих учебных моделях появились более эффективные сетки и настройки параметрического анализа, что увеличило скорость вычислений до 10 раз.

  • Серия учебных моделей полевых МОП-транзисторов
    • DC Characteristics of a MOS Transistor (Статические характеристики МОП-транзистора)
    • Breakdown in a MOSFET (Пробой полевого МОП-транзистора)
    • MOSFET with Mobility Models (Полевой МОП-транзистор с моделями подвижности)
    • Small Signal Analysis of a MOSFET (Анализ полевого МОП-транзистора в режиме малых сигналов)
  • Simulation of an Ion-Sensitive Field-Effect Transistor (Моделирование ионочувствительного полевого транзистора)
  • GaAs p-n Junction Infrared LED (Инфракрасный светодиод с p-n переходом на арсениде галлия)
  • PN-Diode Circuit (Цепь с диодом на p-n переходе)
  • Caughey Thomas Mobility (Модель подвижности Коэ — Томаса)
  • Lombardi Surface Mobility (Модель поверхностной подвижности Ломбарди)
  • Programming of a Floating Gate EEPROM Device (Программирование устройства электрически стираемой памяти с плавающим затвором)
  • DC Characteristics of a MESFET (Статические характеристики полевого транзистора с барьером Шотки)

Реорганизация Библиотеки приложений

Категория Devices (Устройства) в Библиотеке приложений заменена четырьмя новыми категориями:

  1. Device Building Blocks (Блоки для создания устройств)
  2. Photonic Devices and Sensors (Фотонные устройства и датчики)
  3. Quantum Systems (Квантовые системы)
  4. Transistors (Транзисторы)