Aggiornamenti del Semiconductor Module
Agli utenti del Semiconductor Module, COMSOL Multiphysics® versione 5.3 offre la nuova interfaccia fisica Schrödinger Equation per problemi di meccanica quantistica e diversi nuovi modelli. Gli aggiornamenti del Semiconductor Module sono descritti in dettaglio qui di seguito.
Nuova interfaccia fisica: Schrödinger Equation
La nuova interfaccia Schrödinger Equation consente di risolvere l'equazione di Schrödinger per singole particelle per i problemi generali di meccanica quantistica in 1D, 2D e 3D, così come per le funzioni di onde di elettroni e lacune in sistemi quantistici confinati sotto l'approssimazione della funzione inviluppo. Sono state implementate condizioni al contorno e tipi di studio adatti per impostare facilmente i modelli e per calcolare le quantità rilevanti in varie situazioni, ad esempio l'auto-energia degli stati legati, la velocità di decadimento degli stati quasi legati, i coefficienti di trasmissione e riflessione, la condizione di tunneling risonante e l'intervallo di banda efficace di una struttura superreticolo (SL). Due nuovi esempi sono inclusi nel Semiconductor Module per illustrare l'utilizzo di queste diverse funzionalità integrate.
Percorso dell'Application Library con un esempio di modellazione dell'equazione di Schrödinger:
Semiconductor_Module/Verification_Examples/double_barrier_1d
Altri miglioramenti delle prestazioni
Contatti metallici basati sulla corrente
Una nuova formulazione genera una convergenza più facile di modelli con condizioni al contorno di contatto metallico basato sulla corrente.
Altre opzioni per specificare la densità delle trappole
Per ogni tipo di trappola di specie, oltre alla somma delle densità delle trappole, ogni singolo contributo è ora disponibile come opzione nel menu a tendina corrispondente. Oltre alle trappole con i tipi di specie specificati, possono essere definite anche trappole con specifici livelli di energia neutri, utilizzando gli stessi strumenti per il profilo di concentrazione generale disponibili per il drogaggio e le trappole.
Modello di ionizzazione per impatto definito dall'utente
Ora è disponibile un modello definito dall'utente per la funzione di ionizzazione per impatto.
Nuova app: Superlattice Band Gap Tool
L'app Superlattice Band Gap Tool rappresenta un aiuto nella progettazione di strutture periodiche costituite da due materiali semiconduttivi alternati (superreticoli). Lo strumento utilizza l'equazione di Schrödinger di massa efficace per stimare i livelli di energia in stato a massa di elettroni e lacune in una determinata struttura a superreticolo. I progettisti di dispositivi possono utilizzare lo strumento per calcolare rapidamente l'intervallo di banda efficace per una determinata struttura periodica e iterare i parametri di progettazione fino a raggiungere il valore desiderato.
Per utilizzare l'app, immettere i parametri del superreticolo desiderati, tra cui le larghezze del pozzo e lo strato barriera, le masse efficaci di elettroni e lacune in tali strati, gli intervalli di banda vuoti in tali strati e l'offset della banda di conduzione. L'offset della banda di valenza si aggiorna automaticamente e deve essere verificato dall'utente. L'utente può inoltre controllare la dimensione massima degli elementi di mesh utilizzata per gli studi. Fare clic sul pulsante Compute per calcolare la variazione di conduzione e valenza sul fronte della banda e l'intervallo di banda efficace. Le funzioni d'onda di elettroni e lacune sono tracciate nella finestra grafica.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Applications/superlattice_band_gap_tool
Nuovo tutorial: Double Barrier 1D
La struttura a doppia barriera è interessante per la sua applicazione in dispositivi a semiconduttore come i diodi a tunneling risonante.
Questo esempio di verifica dimostra l'interfaccia Schrödinger Equation per impostare una semplice struttura 1D a doppia barriera GaAs/AlGaAs per analizzare gli stati quasi legati e la loro evoluzione temporale, il fenomeno di tunneling risonante e la trasmissione come funzione dell'energia. I risultati del modello dimostrano un ottimo accordo con i risultati analitici, sia per i valori di auto-energia calcolati per gli stati quasi legati e per la condizione di tunneling risonante, sia per i coefficienti di trasmissione calcolati.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Verification_Examples/double_barrier_1d
Nuovo tutorial multifisico: ISFET
Un transistor a effetto di campo sensibile agli ioni (ISFET) è stato realizzato sostituendo il contatto di gate di un MOSFET con un elettrolita d'interesse. La concentrazione di una specifica specie ionica nell'elettrolita può essere determinata misurando la variazione della tensione di gate dovuta all'interazione tra gli ioni e il dielettrico del gate.
Questo tutorial di un sensore di pH ISFET illustra la procedura per impostare l'accoppiamento tra il modello a semiconduttore e il modello dell'elettrolita. Mostra anche l'uso di una semplice equazione globale per estrarre i parametri operativi, senza dover modellare esplicitamente l'effettivo circuito di retroazione.
Nota: oltre al Semiconductor Module, per questo tutorial è necessario uno dei moduli seguenti: Batteries & Fuel Cells Module, Chemical Reaction Engineering Module, Corrosion Module, Electrochemistry Module, Electrodeposition Module o Microfluidics Module.
Potenziale elettrico in un ISFET.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Devices/isfet
Nuovo tutorial: MOSCAP 1D
La struttura del metallo-ossido-silicio (MOS) è il componente costitutivo fondamentale per molti dispositivi planari in silicio. Le sue misure di capacità elettrica forniscono moltissimi approfondimenti sui principi di funzionamento di questi dispositivi. Questo tutorial costruisce un semplice modello 1D di un condensatore MOS (MOSCAP) e calcola le curve C-V a bassa e alta frequenza.
Curve C-V a bassa e alta frequenza del MOSCAP.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Devices/moscap_1d
Nuovo tutorial: Si Solar Cell 1D
Questo tutorial utilizza un semplice modello 1D di una cella solare in silicio per illustrare le fasi per impostare ed eseguire una simulazione con il Semiconductor Module. Un'espressione definita dall'utente viene utilizzata per la velocità di fotogenerazione e il risultato mostra le curve I-V e P-V tipiche delle celle solari.
Il meccanismo di generazione del vettore dall'effetto fotovoltaico non è modellato nei dettagli. Per semplicità, viene utilizzata invece un'espressione arbitraria definita dall'utente per la velocità di generazione. Inoltre, viene utilizzato il modello di Shockley-Read-Hall per registrare l'effetto di ricombinazione principale. In condizioni operative normali, i vettori fotogenerati sono estrusi su ciascun lato della regione di esaurimento della giunzione p-n. Viene applicata una bassa tensione di polarizzazione diretta per estrarre l'energia elettrica, data dal prodotto della fotocorrente e della tensione applicata.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Devices/si_solar_cell_1d
Tutorial aggiornato: Bipolar Transistor Thermal
In un aggiornamento del modello Thermal Analysis of a Bipolar Transistor sono studiati gli effetti di una temperatura non uniforme in un dispositivo semiconduttore. L'interfaccia Semiconductor fornisce la fonte di calore utilizzata nell'interfaccia Heat Transfer in Solids, mentre la distribuzione della temperatura utilizzata nell'interfaccia Semiconductor viene calcolata dall'interfaccia Heat Transfer in Solids. Ora, la simulazione può funzionare con potenze superiori per raggiungere temperature più elevate, che mostrano effetti termici più visibili.
Le distribuzioni di tensione (in alto) e temperatura (in basso) in un transistor bipolare.
Percorso dell'Application Library:
Semiconductor_Module/Devices/bipolar_transistor_thermal