“基于射线光学模拟硅太阳能电池”App 结合了“射线光学模块”和“半导体模块”，阐明硅太阳能电池在特定日期和位置的工作情况。“射线光学模块”计算用户选定的日期和位置的平均照度，“半导体模块”利用用户指定的设计参数计算太阳能电池的归一化输出特性。 假定输出与照度之间存在简单的线性关系，归一化输出特性与计算所得的平均照度相乘，可获得电池在指定日期和位置的输出特性。然后，用户可以计算太阳能电池的效率及一天的发电量。 基础模型由包含载流子生成和 Shockley-Read-Hall 复合的一维硅 PN 结组成。接地的阳极被模拟为发射极（n 掺杂区）上沉积的薄欧姆接触，类似地，阴极被模拟为沉积在基准侧（p 掺杂区）并连接到外部电路的理想欧姆接触。

模型提取硅 p-n 结二极管的 SPICE 参数，用于创建半波整流器的集总元件等效电路模型。将模型与完整器件仿真进行了比较。在示例中，将二维网状 p-n 结二极管连接到包含正弦源、电阻器和接地的电路，形成基本半波整流器电路，建立器件模型。为了验证仿真结果，将器件仿真的输出与使用大信号二极管模型获得的电路响应进行了比较。

本案例演示了如何建立简单的双极晶体管模型，计算了共发射极配置中的输出电流-电压特性，并确定了共发射极电流增益。

随着外加场平行分量的增大，载流子可以获得高于环境热能的能量，并且能够通过光学声子发射将场获得的能量传递到晶格。光学声子发射产生的效应导致载流子迁移率饱和。Caughey Thomas 迁移率模型将高场速度散射添加到现有的迁移率模型（或恒定输入迁移率模型）。 此模型演示如何使用 Caughey-Thomas 高场饱和模型对电子和空穴迁移率进行建模。场相关迁移率使得已经高度非线性的问题更加非线性。在高场极限条件下，有必要使用延拓方法实现收敛。

表面声学声子和表面粗糙度对载流子迁移率具有重要影响，尤其是在 MOSFET 栅极下的薄反转层中。Lombardi 表面迁移率模型使用 Matthiessen 定则将这些影响产生的表面散射添加到现有的迁移率模型。 此模型演示如何使用 Lombardi 表面迁移率模型来计算简单 MOSFET 中的电子迁移率，将流入终端的电流密度分布和总电流与迁移率恒定的情况进行比较。

在 MESFET 中，栅极形成整流结，该整流结通过改变结的耗尽宽度来控制沟道的开口。 在此模型中，我们模拟了 n 掺杂砷化镓 MESFET 对不同漏极和栅压的响应。对于 n 型掺杂材料，电子浓度预计会比空穴浓度大几个数量级。因此，可以使用多数载流子选项来计算自由度较少的精确解，然后通常需要使用电子和空穴公式。 这两种方法得到的解非常一致，但多数载流子公式的求解速度要快一倍。

此模型计算一个简化的 MOSFET 元件的直流特性。首先计算漏电流与栅压的关系，确定器件的阈值电压；然后计算多个栅压下漏电流与漏电压的特性。用户可以根据这些结果确定器件的线性区和饱和区。

根据给定栅压的漏源电压，MOSFET 通常有三种工作模式。漏源电压较小时，电流与电压呈线性关系，这是欧姆区；随着漏源电压的升高，引出电流开始饱和，这是饱和区；随着漏源电压进一步升高，进入击穿范围，其中的电流随着外加电压的小幅增大呈指数增长，这是由碰撞电离导致的。 此模型介绍如何使用瞬态求解器对 MOSFET 中的碰撞电离进行建模，

离子敏感场效应晶体管 (ISFET) 是用适当的电解质取代 MOSFET 的栅极触点构建的。电解质中特定离子种类的浓度可以通过测量由离子与栅极电介质之间的相互作用引起的栅压变化来确定。 此 ISFET pH 传感器教学案例阐明在半导体模型与电解质模型之间建立耦合的过程，还展示了使用简单的全局方程提取操作参数的技术，无需对实际反馈电路进行显式建模。

这个基准模型模拟三种不同构型的异质结在正向和反向偏压下的特性，显示了使用连续准费米能级公式与热电子发射公式计算异质结中的电荷转移的差异；通过模拟每种构型的能级并进行比较，阐明了电荷转移的起源，即，主要源自价带中的空穴还是导带中的电子。本例将针对每种构型计算的 I-V 曲线与文献结果进行了比较；并在各个研究步骤的设置过程中演示了提高收敛性的多种方法。