ماژول نیمه هادی
شبیه سازی فیزیک دستگاه نیمه هادی و نوری
ماژول نیمه هادی، ابزاری اختصاصی برای تجزیه و تحلیل عملکرد دستگاه نیمه هادی در سطح فیزیک بنیادی را ارائه می دهد. این ماژول بر اساس معادلات drift-diffusion ، با استفاده از مدلهای حمل و نقل ایزوترمال یا غیر گرمایش ساخته شده است. این شبیه سازی برای طیف وسیعی از دستگاه ها از جمله ترانزیستورهای دو قطبی ، ترانزیستورهای (MESFET) ، ترانزیستورهای (MOSFETs) ، ترانزیستورهای (IGBTs) ، دیودهای Schottky و اتصالات P-N مفید است. یک رابط از پیش تعریف شده برای مدل سازی معادله شرودینگر در سیستم های محدود کوانتومی مانند چاه های کوانتومی ، سیم و نقاط را امکان پذیر می کند.
اثرات چند فیزیکی اغلب نقش مهمی در عملکرد دستگاهای نیمه هادی دارند. ماژول نیمه ها به شما این امکان را می دهد که به راحتی مدل هایی را ایجاد می کنید دارای چندین اثر فیزیکی باشند. به عنوان مثال ، با اضافه کردن یک رابط فیزیکی انتقال حرارت می توان اثرات حرارتی در یک دستگاه برق را شبیه سازی کرد. انتقال نوری همچنین می تواند برای شبیه سازی طیف وسیعی از دستگاه ها از قبیل سلولهای خورشیدی ، دیودها (LED) و فوتودیودها (برای برخی ممکن است به ماژول موج نوری نیاز داشته باشید) مورد استفاده قرار گیرد.
به کارگیری حجم محدود و المان محدود
هنگام مدل سازی جا به جایی حفره ها و الکترون ها در ماژول نیمه هادی ، می توانید از روش المان محدود یا حجم محدود استفاده کنید. هر روش مجموعه ای از مزایا و معایب خود را دارد.
روش حجم محدود: گسسته سازی حجم محدود در مدل سازی وسایل نیمه هادی به طور ذاتی جریان فعلی را حفظ می کند. در نتیجه ، دقیق ترین اطلاعات چگالی جریان حامل های بار را دارد. ماژول نیمه هادی برای معادلات حمل بار (شارژ) از Scharfetter-Gummel استفاده می کند. این موضوع راه حلی را ارائه می دهد که در داخل هر عنصر مش ثابت است ، به این ترتیب که شارها فقط می توانند در قسمتهایی از مش که در مجاورت عنصر مش دیگری قرار دارند، پدید آیند. با این حال ، از آنجا که محصولات موجود در COMSOL Product Suite مبتنی بر روش المان محدود هستند لذا این امر می تواند تنظیم مدل های چند فیزیکی را کمی دشوارتر کند.
روش المان محدود: روش المان محدود روشی است که باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود. در نتیجه ، الزاماً جریان با این روش حفظ نمی شود. برای به دست آوردن جریان های دقیق ، ممکن است لازم باشد که تلرانس حل کننده پیش فرض را کمتر کرده و مش خود را اصلاح کنید. به منظور کمک به پایداری عددی ، یک روش تثبیت حداقل مربعات گالرکین هنگام حل فیزیک مسئله در دستگاه های نیمه هادی گنجانده شده است. یکی از مزیت های مدل سازی وسایل نیمه هادی با روش المان محدود این است که می توانید مدل خود را با فیزیک های دیگر مانند انتقال گرما یا مکانیک جامد در یک مدل واحد راحت تر ترکیب کنید
مدل سازی انواع نیمه هادی
ماژول نیمه هادی برای مدل سازی وسایل نیمه هادی با مقیاسهای ۱۰۰ نانومتر یا بیشتر استفاده می شود ، که هنوز هم می توان از معادلات دیفرانسیل جزئی و روش drift-diffusion ،استفاده کرد. در داخل محصول ، تعدادی رابط فیزیکی وجود دارد – ابزاری برای دریافت ورودی مدل برای توصیف مجموعه معادلات فیزیکی و شرایط مرزی. این مدل شامل رابط هایی برای مدل سازی جا به جایی الکترون ها و حفره ها در وسایل نیمه هادی ، رفتار الکترواستاتیک و رابط برای اتصال شبیه سازی نیمه هادی به یک شبیه سازی مدار SPICE می باشد.
رابط نیمه هادی معادله پواسون در رابطه با معادلات پیوستگی برای حامل های بار را حل می کند. همچنین غلظت الکترون و حفره را به راحتی حل می کند. شما می توانید برای حل مدل خود از روش حجم محدود و یا روش اجزاء محدود استفاده کنید. رابط ماژول نیمه هادی، مدل های مختلفی از مواد برای نیمه هادی ها و عایق ها را علاوه بر شرایط مرزی برای اتصال اهمی ، اتصال Schottky ، گیت ها ، طیف گسترده ای از شرایط مرزی الکترواستاتیک را نیز شامل می شود.
ویژگی های موجود در رابط ماژول نیمه هادی ، ویژگی پویایی را ، با استفاده از پراکندگی حامل ها در مواد ، توصیف می کنند. ماژول نیمه هادی شامل چندین مدل پویا از پیش تعریف شده است و گزینه ایجاد مدل های پویا سفارشی و تعریف شده توسط کاربر نیز موجود است. هر دو نوع مدل را می توان به روش های دلخواه ترکیب کرد. هر مدل پویا، یک الکترون و حفره خروجی را مشخص می کند. نتایج خروجی می تواند به عنوان ورودی سایر مدل های پویا مورد استفاده قرار گیرد ، در حالی که می توان از معادلات می توان برای ترکیب حرکت ها استفاده کرد ، به عنوان مثال با استفاده از قانون ماتیسن . همچنین رابط ماژول نیمه هادی شامل ویژگی هایی برای اضافه کردن ترکیبی نو از Auger ، Direct و Shockley-Read Hall به یک حوزه نیمه هادی می باشد. همچنین می توانید می توانید نرخ نوترکیبی خود را تعیین کنید.
تعیین توزیع ناخالصی برای مدل سازی وسایل نیمه هادی بسیار مهم است. ماژول نیمه هادی یک ابزار مدل سازی ناخالصی ها را برای این کار فراهم می کند. مشخصات ناخالصی می تواند به صورت پیش فرض و یا توسط کاربر تعریف شود ، یا می توان از مشخصات تقریبی ناخالصی Gaussian استفاده کرد. همچنین وارد کردن داده ها از منابع خارجی به COMSOL Multiphysics® ، که می تواند با توابع درون یاب داخلی مرتبط شود ، بسیار ساده است.
همراه با رابط کاربری نیمه هادی ، در ماژول نیمه هادی قابلیت های الکترواستاتیکی پیشرفته ای را که هم در رابط نیمه هادی و 
هم در رابط الکترواستاتیک مستقلا در دسترس می باشد تهیه شده است. شبیه سازی سطح سیستم و دستگاه ترکیبی از طریق رابط فیزیکی برای مدارهای الکتریکی با قابلیت وارد کردن SPICE امکان پذیر است. هنگامی که با ماژول موج اپتیک یا ماژول RF ترکیب می شود ، رابط های فیزیکی اضافی برای شبیه سازی Optoelectronic در دسترس قرار می گیرد. ماژول نیمه هادی شامل یک بانک اطلاعاتی مواد به همراه خواص چندین ماده است. هر مدل همراه با مستنداتی است که شامل پیشینه نظری و دستورالعمل های گام به گام در مورد چگونگی ایجاد مدل است. مدل ها در COMSOL به صورت فایلهای MPH موجود است که می توانید برای تحقیقات بیشتر باز کنید. شما می توانید از دستورالعمل های گام به گام و مدل های واقعی به عنوان الگویی برای مدل سازی و برنامه های خود استفاده کنید.
طراحی دستگاه ها و سیستم های الکترومغناطیسی در دنیای واقعی
محصولات و دستگاه ها که شما به صورت ایستا یا با فرکانس پایین طراحی می کنید ، باید با خیال راحت در دنیای واقعی کار کنند. برای تجزیه و تحلیل جامع ، از نرم افزار COMSOL Multiphysics و ماژول AC / DC استفاده کنید تا ببینید که چگونه چندین اثر فیزیکی بر طراحی شما تأثیر می گذارد. بیشتر اجزای الکترومغناطیسی ، دستگاه ها و محصولات تحت تأثیر شاخه هایی از فیزیک ، اعم از انتقال حرارت ، مکانیک سازه یا آکوستیک قرار دارند. برای دقیق ترین مطالعات می توانید انواع این تأثیرات را همزمان بررسی کنید. پلتفرم COMSOL Multiphysics® شما را قادر می سازد تا چندین اثر فیزیکی را در یک محیط نرم افزاری به صورت هم زمان با هم مورد بررسی قرار دهید.
قابلیت ها
حل معادله drift-diffusion را با استفاده از روش حجم محدود با طرح شارفتر-گومل
استفاده از تقریب زمان استراحت برای توصیف روند پراکندگی
آمار فرمی-دیراک و ماکسول-بولتزمن
فرمولاسیون چگالی تراکم شامل اثر کوانتومی محصور در چارچوب drift-diffusion
باریک شدن باند
ویژگی های اختصاصی برای تعریف اتصالات اهمی ، اتصالات Schottky و gate ها در مرزها
مدل های پویای از پیش تعریف شده برای پراکندگی فونون ، ناخالصی ، carrier-carrier scatterings ، اشباع میدان سرعت زیاد و پراکندگی سطح یا مدل های پویای شخصی .
قابلیت تعیین نرخ نوترکیبی سالن های اوجر ، مستقیم و شوکلی ( یا می توانید موارد دلخواه خود را تعیین کنید)
مشخص کردن پروفیل های ناخالصی ثابت ، Gaussian یا شخصی سازی شده به همراه توابع تحلیلی و یا توابع درون یابی
مشخص کردن درجه trap گسسته و یا پیوسته برای سطح ها و یا گیت ها به صورت جداگانه و یا تجمعی
شبیه سازی سطح سیستم و دستگاه ترکیبی از طریق مدارهای SPICE
اتصالات چند گانه با تراز quasi-Fermi یا با گسیل ترمونیک
یونیزاسیون ضربه ای
یونیزاسیون ناقص
اثرات انتقال حرارت
انتقال اپتیکی مستقیم و غیرمستقیم
معادله تک ذره شرودینگر
معادله شرودینگر-پواسون
محدوده کاربرد
ترانزیستورهای دو قطبی
ترانزیستورهای (MESFET)
ترانزیستورهای (MOSFET)
ترانزیستورهای (IGBT)
دیودهای Schottky
اتصالات P-N
ترانزیستورهای (ISFET)
سلول های خورشیدی
LED
عکسبرداری
چاههای کوانتومی ، سیم ها و نقاط
pdf آموزش کامل این بخش (زبان اصلی)
