半导体模块更新

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本为“半导体模块”的用户引入了新的薛定谔-泊松方程 多物理场接口,新增了陷阱辅助表面复合 特征以及基于 WKB 近似方法的量子隧穿特征。请阅读以下内容,进一步了解这些半导体特征及其他新增功能。

薛定谔-泊松方程多物理场接口

新的薛定谔-泊松方程 多物理场接口在静电薛定谔方程 物理场接口之间建立双向耦合,实现对量子限制系统中的载流子进行建模。静电 接口中的电势可以作为薛定谔方程中的势能;薛定谔方程 接口本征态的概率密度的统计加权和可以用作静电 接口中的空间电荷密度。这一新特征支持所有空间维度(一维、一维轴对称、二维、二维轴对称和三维)。

除此之外,还包含专用的薛定谔-泊松 研究类型,用于在求解器序列中自动生成自洽迭代。最后,“案例库”中还新增了一个名为“砷化镓纳米线的自洽薛定谔-泊松结果”的基准模型,用于演示如何使用这一新特征。以下动画显示求解器收敛于薛定谔-泊松系统的自洽解。

陷阱辅助表面复合

新的陷阱辅助表面复合 边界条件取代了绝缘薄绝缘栅绝缘子界面 特征中的表面陷阱 复选框。与仅支持一个显式陷阱选项的旧复选框不同,新边界条件包含两个选项,分别用于显式陷阱和 SRH 复合,这一点与它的域对应项(陷阱辅助复合 域条件)相同。此外,新边界条件已扩展为包含肖特基接触。“案例库”中还新增了一个基准模型“MOSCAP 的界面陷阱效应”,用于演示如何使用这一新特征。

在 MOSCAP 模型中使用“陷阱辅助表面复合”边界条件的示例。 随栅压变化的终端电容计算值和等效并联电导重现了文献中记载的实验数据定性特性。 随栅压变化的终端电容计算值和等效并联电导重现了文献中记载的实验数据定性特性。

WKB 隧穿模型

现在新增了基于 WKB 近似的隧穿特征,用于分析通过量子隧穿效应穿过异质结或肖特基势垒的载流子传输的额外电流密度。您可以使用连续/异质结金属接触(当类型 设为理想肖特基 时)特征中添加的额外电流贡献 栏来启用此特征,并从中选择“WKB 隧穿模型”。“案例库”中还新增了一个基准模型“异质结隧穿”,用于演示如何使用这一新特征。


动画显示电子通过量子隧穿效应穿透一个无法用经典力学解释的势垒。

主要增强功能

  • 新增可用于离散有限元准费米能级公式的线性形函数选项
  • 新的额外电流贡献 栏中包含用户定义的、对异质结(热电子发射)和肖特基接触的额外电流贡献
  • 对于异质结中的热电子发射,可以通过计算单个 A*(Richardson 系数)值,使总电流密度在平衡状态下始终抵消为零
  • 现在,由于绝缘体中垂直电场的变量 (semi.E_ins) 始终可用,您可以更轻松地为绝缘体输入用户定义的隧穿电流密度
  • Fletcher 迁移率模型以及 SRH 复合、俄歇复合和直接复合模型在公式中加入非负载流子浓度值,以此提高稳定性
  • 在复制或粘贴金属接触、绝缘栅或静电终端时,复制的实体现在具有新的唯一终端名称
  • 用于小信号分析的终端电流变量现在包含位移电流的贡献
    • 现在可以更方便地计算集总参数,例如偏置肖特基接触的差动电容
  • 现在可以在具有连续陷阱能级的系统上执行小信号分析
  • 对于半导体平衡 研究步骤,改进了用于计算电流驱动的金属接触的公式

新增教学案例

COMSOL Multiphysics® 5.4 版本新增了多个“半导体模块”教学案例。

教学案例改进

  • 更新了“硅太阳能电池一维模型”,支持将 AM 1.5 太阳辐照度和硅吸收光谱用于光生率
  • 更新了“异质结一维模型”
    • 通过四种不同的方式来实现更快的收敛
      • 研究 1:手动缩放
      • 研究 2:继承“研究 1”中的 解(与之前版本相同)
      • 研究 3:半导体平衡 研究步骤作为初始条件
      • 研究 4:从 1e-8 缓变掺杂和热离子电流(掺杂缓变之前为关闭状态)
    • 移除了过时的求解器调整(初始阻尼,迭代次数)
    • 更新了注释、模型描述和模型文档;并已重命名标签
  • GaN 双异质结 LED 模型
    • 已使用半导体平衡 研究步骤取代初始值和求解器设置的调整功能
    • 移除了电流偏置研究的求解器调整
    • 更新了模型描述、设置注释和模型文档
  • 对于 EEPROM 模型,“研究 1”已改为默认求解器和手动缩放,以实现更快的收敛