شبیه سازی فیزیک دستگاه نیمه هادی و اپتوالکترونیکی
Semiconductor and Optoelectronic Device Physics Simulation
ماژول نیمه هادی Semiconductor Module
ماژول نیمه هادی ابزارهای اختصاصی برای تجزیه و تحلیل عملکرد دستگاه های نیمه هادی در سطح بنیادی فیزیک ارائه می دهد.
این ماژول بر اساس معادلات رانش-انتشار ، با استفاده از مدلهای حمل و نقل ایزوترمال یا غیر گرمابی ساخته شده است.
برای شبیه سازی طیف وسیعی از دستگاه های کاربردی ، از جمله ترانزیستورهای دوقطبی ، ترانزیستورهای فلزی-نیمه هادی (MESFETs) ، ترانزیستورهای فلزی-اکسیدی-نیمه هادی (MOSFETs) ، ترانزیستورهای دو قطبی عایق (IGBTs) ، دیودهای Schottky مفید است، و اتصالات PN.
رابط معادله شرودینگر از پیش تعریف شده امکان مدل سازی سیستم های محدود کوانتومی مانند چاه های کوانتومی ، سیم ها و نقاط را فراهم می آورد.
اثرات چند فیزیکی اغلب نقش مهمی در عملکرد دستگاه های نیمه هادی ایفا می کنند. ماژول نیمه هادی شما را قادر می سازد تا به راحتی مدل هایی با چندین اثر فیزیکی ایجاد کنید.
به عنوان مثال ، اثرات حرارتی درون یک دستگاه قدرت را می توان با افزودن رابط فیزیک انتقال حرارت (موجود در بستر نرم افزاری COMSOL Multiphysics®) شبیه سازی کرد.
انتقالهای نوری را می توان برای شبیه سازی طیف وسیعی از دستگاهها مانند سلولهای خورشیدی ، دیودهای ساطع کننده نور (LED) و دیودهای نوری (برخی از آنها ممکن است به ماژول اپتیک موج نیاز داشته باشند) ترکیب کند.
از المان محدود یا گسسته سازی حجم محدود استفاده کنید
هنگام مدل سازی انتقال حفره ها و الکترون ها در ماژول نیمه هادی ، می توانید از روش اجزای محدود یا حجم محدود استفاده کنید.
هر روش دارای مزایا و معایب خاص خود است:
تفکیک حجم محدود:
گسسته سازی حجم محدود در مدل سازی دستگاه های نیمه هادی به طور ذاتی جریان را حفظ می کند. در نتیجه ، دقیق ترین نتیجه را برای چگالی جریان حامل های بار ارائه می دهد.
ماژول نیمه هادی از یک طرح رو به بالا Scharfetter-Gummel برای معادلات حامل بار استفاده می کند. این محلول را در هر عنصر مش ثابت تولید می کند ، به طوری که شارها را فقط می توان بر روی صفحات مش مجاور دو عنصر مش ایجاد کرد. با این حال ، از آنجا که محصولات موجود در مجموعه محصولات COMSOL بر اساس روش اجزای محدود هستند ، راه اندازی مدلهای چند فیزیکی را کمی چالش برانگیز می کند.
تفکیک اجزای محدود:
روش اجزای محدود یک روش صرفه جویی در انرژی است. در نتیجه ، جریان با این تکنیک لزوماً به خوبی حفظ نشده است. برای به دست آوردن جریانهای دقیق ، ممکن است لازم باشد که تحمل حل کننده های پیش فرض را محکم کرده یا مش خود را اصلاح کنید. به منظور کمک به ثبات عددی ، یک روش تثبیت حداقل مربعات Galerkin هنگام حل فیزیک در دستگاه های نیمه هادی گنجانده شده است. یکی از مزایای مدل سازی دستگاه های نیمه هادی با روش اجزای محدود این است که می توانید مدل خود را به راحتی در یک مدل واحد با سایر فیزیک ها مانند انتقال حرارت یا مکانیک جامد جفت کنید.
شما می توانید انواع نیمه هادی ها را مدل سازی کنید
ماژول نیمه هادی برای مدل سازی دستگاه های نیمه هادی با رویکرد متداول رانش-انتشار ، فرمول گرادیان چگالی ، معادله شرودینگر یا معادله شرودینگر-پواسون استفاده می شود. در داخل محصول ، تعدادی رابط فیزیک وجود دارد – ابزارهایی برای دریافت ورودی های مدل برای توصیف مجموعه ای از معادلات فیزیکی و شرایط مرزی. اینها شامل رابط هایی برای مدل سازی انتقال الکترون ها و حفره ها در دستگاه های نیمه هادی ، رفتار الکترواستاتیک آنها ، و رابطی برای اتصال شبیه سازی های نیمه هادی به شبیه سازی مدار SPICE است.
رابط نیمه هادی معادله پواسون را در رابطه با معادلات پیوستگی حامل های بار حل می کند. غلظت الکترون و حفره را به صراحت حل می کند.
شما می توانید بین حل مدل خود با روش حجم محدود یا روش اجزای محدود یکی را انتخاب کنید. رابط نیمه هادی شامل مدلهای مواد برای مواد نیمه رسانا و عایق ، علاوه بر شرایط مرزی برای تماسهای اهمی ، مخاطبین Schottky ، دروازه ها و طیف گسترده ای از شرایط مرزی الکترواستاتیک است.
ویژگی های درون رابط نیمه هادی ویژگی تحرک را توصیف می کند زیرا با پراکندگی حامل ها در داخل ماده محدود شده است. ماژول نیمه هادی شامل چندین مدل تحرک از پیش تعریف شده و گزینه ای برای ایجاد مدلهای تحرک سفارشی و تعریف شده توسط کاربر است.
هر دو نوع این مدلها را می توان به روشهای دلخواه ترکیب کرد. هر مدل تحرک یک الکترون خروجی و تحرک حفره را تعریف می کند. تحرک خروجی می تواند به عنوان ورودی سایر مدلهای تحرک مورد استفاده قرار گیرد ، در حالی که از معادلات می توان برای ترکیب حرکات ، به عنوان مثال با استفاده از قانون ماتیسن استفاده کرد.
رابط نیمه هادی همچنین دارای ویژگی هایی برای افزودن ترکیب مجدد Auger ، Direct و Shockley-Read Hall به یک حوزه نیمه هادی است ، یا می توانید میزان ترکیب مجدد خود را مشخص کنید. تعیین توزیع دوپینگ برای مدل سازی دستگاه های نیمه هادی بسیار مهم است.
ماژول نیمه هادی یک ویژگی مدل دوپینگ برای این کار ارائه می دهد. پروفایل های دوپینگ ثابت و تعریف شده توسط کاربر را می توان مشخص کرد ، یا می توان از مشخصات تقریبی دوپینگ گوسی استفاده کرد.
همچنین ساده است که داده ها را از منابع خارجی به COMSOL Multiphysics® وارد کنید ، که با توابع درون یابی داخلی قابل درمان است. همراه با رابط نیمه هادی ، ماژول نیمه هادی با قابلیت های پیشرفته الکترواستاتیک آماده می شود که هم در رابط نیمه هادی و هم در رابط الکترواستاتیک مستقل موجود است.
سطح سیستم و شبیه سازی دستگاه های مختلط از طریق رابط فیزیک برای مدارهای الکتریکی با قابلیت واردات SPICE فعال می شود. هنگامی که با ماژول نوری موج یا ماژول RF ترکیب می شود ، رابط های فیزیکی اضافی برای شبیه سازی Optoelectronics در دسترس قرار می گیرد.
ماژول نیمه هادی شامل یک پایگاه داده مواد اضافی با ویژگی های چندین ماده است. هر مدل دارای مستنداتی است که شامل پیشینه نظری و دستورالعمل های گام به گام در مورد نحوه ایجاد مدل است. مدل ها در COMSOL به عنوان فایل MPH موجود هستند که می توانید برای بررسی بیشتر باز کنید. می توانید از دستورالعمل های گام به گام و مدل های واقعی به عنوان الگویی برای مدل سازی و برنامه های خود استفاده کنید.
جهت دانلود آموزش کامل ماژول نیمه رسانا Semiconductor Module in comsol لطفا کلیک کنید.
جهت یادگیری کامل نرم افزار کامسول آموزش های رایگان ما را در سایت حامی پروژه دنبال نمایید. و در صورت مشکل در انجام پروژه های comsol خود با متخصصین حامی پروژه در تماس باشید. برای ارتباط با تیم تخصصی کامسول حامی پروژه با شماره 09934702599 تماس حاصل نمایید.
شبیه سازی فیزیک دستگاه نیمه هادی و اپتوالکترونیکی comsol