Semiconductor Module

Para un análisis detallado de los dispositivos semiconductores a nivel fundamental

Semiconductor Module

Funcionamiento de un transistor; un voltaje de compuerta aplicado enciende el dispositivo y luego determina la corriente de saturación de drenaje.

MOSFETs, MESFETs y diodos Schottky

El módulo Semiconductor permite el análisis detallado del funcionamiento de los dispositivos semiconductores a un nivel físico fundamental. Dicho módulo se basa en las ecuaciones de driff-diffusion, y en él se utilizan modelos de transporte isotérmico o no isotérmico. Resulta útil para simular una gama de dispositivos prácticos (semiconductores metálicos bipolares [MESFETs], transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico [MOSFET], diodos Schottky, tiristores y uniones P-N).

A menudo, los efectos físicos múltiples pueden tener una influencia considerable sobre el rendimiento de un dispositivo semiconductor. A menudo, el procesamiento de semiconductores se realiza a altas temperaturas y, por lo tanto, pueden generarse esfuerzos en los materiales. Además, los dispositivos de alta potencia pueden generar una cantidad notable de calor. El Semiconductor module permite el modelado de semiconductores a nivel de dispositivo en la plataforma COMSOL, lo que permite que usted cree fácilmente simulaciones personalizadas en las que participan múltiples efectos físicos. Además, el software es singularmente transparente, ya que le permite siempre manipular las ecuaciones de los modelos, lo que le da libertad total para definir los fenómenos que no están predefinidos en el módulo.


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  • La característica de CC de un transistor MOS muestra el funcionamiento del transistor; un voltaje de compuerta aplicado enciende el dispositivo y luego determina la corriente de saturación de drenaje. La característica de CC de un transistor MOS muestra el funcionamiento del transistor; un voltaje de compuerta aplicado enciende el dispositivo y luego determina la corriente de saturación de drenaje.

Utilice la discretización de elementos finitos o de volúmenes finitos

Puede decidir si desea utilizar el método de elementos finitos o el método de volúmenes finitos al modelar el transporte de huecos y electrones en el módulo Semiconductor. Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes:

  • Discretización con volúmenes finitos: La discretización con volúmenes finitos, en el modelado de dispositivos semiconductores, conserva la corriente intrínsecamente. En consecuencia, proporciona los resultados más exactos para la densidad de corriente de los portadores de corriente. El módulo Semiconductor utiliza un esquema ascendente de Scharfetter-Gummel para las ecuaciones de los portadores de carga. Introduce una solución que es constante en todos los elementos de la malla, de modo que sólo se pueden construir flujos en las caras de la malla que son adyacentes a dos elementos de la malla. No obstante, dado que la familia de productos de COMSOL se basa en el método de elementos finitos, puede resultar más difícil configurar modelos de múltiples propiedades físicas.

  • Discretización con elementos finitos: El método de elementos finitos es un método en el que se conserva la energía. Por consiguiente, la conservación de corriente no es implícita en esta técnica. Para obtener corrientes exactas, es posible que sea necesario ajustar las tolerancias predeterminadas de los solucionadores o refinar la malla. Para ayudar con la estabilidad numérica, para resolver los parámetros físicos de los dispositivos semiconductores se incluye un método de estabilización de mínimos cuadrados de Galerkin. Una ventaja de modelar los dispositivos semiconductores con el método de elementos finitos es que se puede conectar más fácilmente el modelo con otros procesos físicos, como la transferencia térmica o la mecánica de sólidos, en un único modelo.

Puede modelar todo tipo de semiconductores

El módulo Semiconductor se utiliza para modelar dispositivos semiconductores con escalas de longitud de cientos de nm o más, que aún siendo grandes, se pueden modelar mediante un método convencional de drifft diffusion, utilizando ecuaciones diferenciales parciales. En el producto hay varias interfaces-herramientas físicas para recibir entradas de modelo a fin de describir un conjunto de ecuaciones físicas y de condiciones de límites. Entre dichas interfaces se cuentan interfaces para modelar el transporte de electrones y huecos en los dispositivos semiconductores y su comportamiento electrostático, así como una interfaz de acoplamiento de simulaciones de semiconductores a una simulación de circuitos SPICE.

La interfaz de semiconductores resuelve la ecuación de Poisson en conjunción con las ecuaciones de continuidad para los portadores de carga. Resuelve explícitamente las concentraciones de electrones y de huecos. Puede elegir entre resolver el modelo con el método de volúmenes finitos o con el método de elementos finitos. La interfaz de semiconductores incluye modelos de materiales para materiales semiconductores y aislantes, además de condiciones de límite para contactos óhmicos, contactos Schottky, compuertas y una amplia gama de condiciones de límite electrostáticas.

Las funciones de la interfaz de semiconductores describen la propiedad de movilidad, que está limitada por la dispersión de los portadores dentro del material. El módulo Semiconductor incluye varios modelos de movilidad predefinidos y la opción de crear modelos de movilidad personalizados definidos por el usuario. Ambos tipos de modelos pueden combinarse de forma arbitraria. Cada uno de los modelos de movilidad define una movilidad de electrones y huecos de salida. La movilidad de salida se puede utilizar como entrada a otros modelos de movilidad, mientras que las ecuaciones se pueden utilizar para combinar movilidades (por ejemplo, utilizando la regla de Matthiessen). La interfaz de semiconductores contiene también elementos para añadir recombinación Auger, directa y de Shockley-Read Hall a un dominio de semiconducción. O bien, usted puede especificar su propio índice de recombinación.

Especificar la distribución de huecos es esencial para el modelado de dispositivos semiconductores. Para ello, el módulo Semiconductor proporciona una función de modelo de huecos. Se pueden especificar perfiles de huecos constantes definidos por el usuario, o se puede utilizar un perfil de huecos gaussiano aproximado. También es muy sencillo importar datos de fuentes externas a COMSOL Multiphysics®, que se pueden tratar mediante funciones de interpolación integradas.

Además de la interfaz de semiconductores, el módulo Semiconductor viene preparado con capacidades electrostáticas mejoradas, disponibles tanto en la interfaz de semiconductores como en la interfaz de electrostática independiente. Las simulaciones a nivel de sistema y de dispositivos mixtos son posibles gracias a una interfaz de propiedades físicas para circuitos eléctricos con capacidad de importación de SPICE. El módulo Semiconductor incluye una base de datos de materiales adicional, con propiedades para varios materiales. Cada modelo lleva incorporada documentación que incluye una base teórica e instrucciones paso a paso para crear el modelo. Los modelos están disponibles en COMSOL como archivos MPH que usted puede abrir para investigar más. Puede usar las instrucciones paso a paso y los modelos reales como plantilla para su propio modelado y sus aplicaciones.

Wavelength Tunable LED

Breakdown in a MOSFET

DC Characteristics of a MOS Transistor (MOSFET)

Lombardi Surface Mobility

Caughey-Thomas Mobility

Bipolar Transistor

Heterojunction 1D

PN-Junction 1D

PN-Diode Circuit

DC Characteristics of a MESFET