 |
شبیه سازی ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (ISFET)
این آموزش از یک مدل دو بعدی از یک ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (ISFET) استفاده می‌کند تا مراحل اولیه تنظیم اتصال بین فیزیک نیمه‌رسانا و الکتروشیمی را نشان دهد.
معرفی
یک ترانزیستور اثر میدانی حساس به یون (ISFET) با جایگزینی تماس گیت ماسفت با الکترولیت مورد نظر ساخته می شود. غلظت یک گونه یونی خاص در الکترولیت را می توان با اندازه گیری تغییر ولتاژ گیت به دلیل برهمکنش بین یون ها و دی الکتریک گیت تعیین کرد. این آموزش یک سنسور pH ISFET، روش تنظیم کوپلینگ بین مدل نیمه هادی و مدل الکترولیت را نشان می دهد. همچنین تکنیک استفاده از یک معادله جهانی ساده برای استخراج پارامترهای عملیاتی بدون نیاز به مدل‌سازی صریح مدار بازخورد واقعی را نشان می‌دهد.
تعریف مدل
این مدل اساساً از دو حوزه مجاور تشکیل شده است: یک دامنه نیمه هادی و یک حوزه الکترولیت. (حوزه الکترولیت در امتداد خط مرکزی هندسه برای راحتی در ساختن برخی نمودارها به نصف تقسیم می شود.) فیزیک درگیر در حوزه نیمه هادی مشابه مواردی است که در آموزش MOSFET در کتابخانه های کاربردی ارائه شده است. فیزیک برای حوزه الکترولیت مشابه مواردی است که در آموزش لایه دوگانه منتشر شده است. به کاربران توصیه می شود ابتدا با این دو آموزش آشنا شوند.
دامنه نیمه هادی به عنوان ماسفت تنظیم شده است. لایه نازک اکسید به صراحت مدل سازی نشده است – به جای آن از شرایط مرزی اختصاصی Thin Insulator Gate استفاده می شود. برخلاف ماسفت های معمولی، پتانسیل الکتریکی در سطح بیرونی اکسید ( phi M ) توسط پتانسیل یک تماس فلزی داده نمی شود. بلکه توسط پتانسیل الکتریکی الکترولیت درست در خارج از لایه استرن، به اضافه افت ولتاژ در لایه استرن، به دنبال همان روشی است که در آموزش لایه دوگانه منتشر شده است.
دامنه الکترولیت به همان روشی که آموزش لایه دوگانه منتشر شده با افزودن یون های هیدرونیوم و هیدروکسید تنظیم می شود. لایه استرن به طور صریح مدل‌سازی نشده است – به جای آن از یک فرمول ساده که پتانسیل الکتریکی هر طرف لایه استرن را مرتبط می‌کند استفاده می‌شود. پتانسیل الکترولیت حجیم با یک فرمول ساده ترکیبی از ولتاژ گیت اعمال شده بر روی الکترود مرجع (به طور واضح مدل نشده)، عملکرد فلز الکترود و پتانسیل تعادل الکترود مرجع ارائه می شود. برخلاف آموزش، مقدار پتانسیل الکتریکی در سطح بیرونی اکسید ( phi M ) توسط یک ثابت تجویز شده داده نمی‌شود. بلکه به شیوه ای خودسازگار حل می شود. مجموعه معادلات خودسازگار اساساً شامل سه بخش است:
• | phi M مجموع افت ولتاژ در لایه استرن و پتانسیل الکترولیت در خارج از لایه استرن است. |
• | چگالی بار روی سطح اکسید توسط واکنش تعادلی بین پروتون ها و محل های اتصال پروتون در سطح اکسید به دست می آید. |
• | فعالیت شیمیایی پروتون ها روی سطح اکسید به غلظت یون هیدرونیوم در الکترولیت حجیم از طریق تابع توزیع بولتزمن مربوط می شود. این درمان از رویکرد ارائه شده در Ref. 1 . البته یک کاربر می تواند تئوری متفاوتی را برای این حوزه بسیار مورد بحث از الکتروشیمی سطح پیاده سازی کند. |
جفت شدن بین نیمه هادی و حوزه الکترولیت به صورت زیر اجرا می شود. برای حوزه نیمه هادی، پتانسیل الکتریکی phi M بر روی سطح اکسید اعمال می شود. برای حوزه الکترولیت، میدان جابجایی از چگالی بار روی سطح اکسید و میدان جابجایی در سمت نیمه هادی با استفاده از قانون گاوس تعیین می شود و بر مرز تحمیل می شود. توجه داشته باشید که فرض بر این است که هیچ بار فضایی در لایه Stern وجود ندارد. بنابراین، میدان جابجایی در سراسر لایه Stern تغییر نمی کند.
از آنجایی که سیستم کاملاً جفت شده بسیار غیرخطی است، مطالعات فردی در یک دنباله تنظیم می شوند تا جنبه های مختلف سیستم را گام به گام حل کنند و از راه حل هر مطالعه قبلی به عنوان شرط اولیه برای مطالعه بعدی استفاده می کنند. ابتدا فقط قسمت الکترولیت حل می شود. سپس قسمت نیمه هادی حل می شود. سپس سیستم کاملا جفت شده در سه سناریو مختلف حل می شود تا بررسی شود:
1 | جریان تخلیه به عنوان تابعی از ولتاژ گیت اعمال شده. |
2 | جریان تخلیه – منحنی ولتاژ تخلیه برای سه مقدار مختلف pH. |
3 | ولتاژ دروازه به عنوان تابعی از مقدار pH در شرایط عملیاتی واقعی که در آن یک مدار بازخورد ولتاژ دروازه را برای ثابت نگه داشتن جریان تخلیه تنظیم می کند. در آخرین مطالعه، از یک معادله جهانی برای تقلید اثر مدار بازخورد استفاده شده است که به طور صریح مدل‌سازی نشده است. |
نتایج و بحث
شکل 1 پتانسیل الکترولیت را در امتداد خط مرکزی حوزه الکترولیت نشان می‌دهد و نتیجه شبیه‌سازی (منحنی‌های جامد) و فرمول تقریب 1 بعدی (منحنی‌های نقطه‌دار؛ رفرنس 1 ) را مقایسه می‌کند. فرمول تقریب 1 بعدی با روند کلی نتیجه مدل دو بعدی مطابقت دارد.
.
شکل 1: پتانسیل الکترولیت در امتداد خط مرکزی حوزه الکترولیت. (به پتانسیل سطح دی الکتریک در y=0 برون یابی نمی شود زیرا افت ولتاژ در لایه استرن به طور صریح در حوزه الکترولیت مدل سازی نشده است. برای جزئیات به تعریف مدل مراجعه کنید .)
شکل 2 جریان تخلیه را به عنوان تابعی از ولتاژ دروازه برای سیستم کاملا کوپل شده نشان می دهد. رفتار این منحنی Id-Vg اساساً مانند یک ماسفت معمولی است. این انتظار می رود زیرا الکترولیت به عنوان یک رسانا برای انتقال ولتاژ اعمال شده به سطح اکسید عمل می کند، البته با مکانیزم پیچیده تر از یک تماس فلزی ساده.
شکل 2: جریان تخلیه به عنوان تابعی از ولتاژ گیت اعمال شده.
شکل 3 منحنی های جریان تخلیه – ولتاژ تخلیه را برای سه مقدار مختلف pH نشان می دهد. باز هم رفتار خانواده منحنی ها دقیقاً مانند یک ماسفت معمولی به نظر می رسد، به جز این واقعیت که در یک ماسفت معمولی پارامتر کنترل ولتاژ دروازه است اما در اینجا پارامتر کنترل مقدار pH است.
شکل 3: جریان تخلیه – منحنی های ولتاژ تخلیه برای سه مقدار مختلف pH.
شکل 4 منحنی حساسیت سنسور pH ISFET را نشان می دهد که در حالت جریان ثابت کار می کند، جایی که یک مدار بازخورد ولتاژ گیت اعمال شده را طوری تنظیم می کند که جریان تخلیه در یک نقطه تنظیم ثابت حفظ شود. ولتاژ گیت حاصل (خروجی سنسور) به عنوان تابعی از مقدار pH (ورودی سنسور) در شکل نشان داده شده است. شیب منحنی حساسیتی را نشان می دهد که مطابق با آنچه در Ref گزارش شده است. 1 .
شکل 4: منحنی حساسیت سنسور pH ISFET.
ارجاع
1. REG van Hal، JCT Eijkel، P. Bergveld، یک مدل کلی برای توصیف پتانسیل الکترواستاتیک در رابط‌های اکسید الکترولیت، پیشرفت‌ها در علوم کلوئیدی و رابط، جلد 69، شماره 1، 1996، صفحات 31-62، ISSN 0001-8686 ، http://dx.doi.org/10.1016/S0001-8686(96)00307-7.(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0001868696003077)
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_نیمه هادی/دستگاه های_فوتونیکی_و_سنسورها/isfet
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  2D کلیک کنید . |
2 | در درخت انتخاب فیزیک ، Semiconductor>Semiconductor (نیمه) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی Done کلیک کنید . |
مطالعات بعدا اضافه خواهد شد.
هندسه 1
جادوگر مدل، دسکتاپ COMSOL را با انتخاب گره هندسه راه اندازی می کند . از فرصت استفاده کنید و واحد طول را روی واحدی راحت‌تر تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میکرومتر را انتخاب کنید . |
اکنون برخی از پارامترهای جهانی را از یک فایل متنی وارد کنید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل isfet.txt دوبار کلیک کنید . |
بعد اجسام هندسی را در مدل بسازید.
هندسه 1
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 3 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.7 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، -0.7 را تایپ کنید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Polygon ، بخش Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ، منحنی بسته را انتخاب کنید . |
4 | بخش مختصات را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
X (ΜM) | Y (ΜM) |
0 | -0.03 |
0 | 0 |
0.5 | 0 |
2.5 | 0 |
3 | 0 |
3 | -0.03 |
چند ضلعی 2 (pol2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
X (ΜM) | Y (ΜM) |
0 | 1 |
0.7 | 0 |
2.3 | 0 |
3 | 1 |
چند ضلعی 3 (pol3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Polygon ، بخش Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ، منحنی باز را انتخاب کنید . |
4 | بخش مختصات را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
X (ΜM) | Y (ΜM) |
1.5 | 0 |
1.5 | 1 |
لبه های کنترل مش 1 (mce1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و Mesh Control Edges را انتخاب کنید . |
2 | در باله شی ، فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
با استفاده از پنجره Selection List ممکن است انتخاب مرز صحیح آسان تر باشد . برای باز کردن این پنجره، در نوار ابزار Home روی Windows کلیک کرده و Selection List را انتخاب کنید . (اگر از دسکتاپ کراس پلتفرم استفاده می کنید، ویندوز را در منوی اصلی پیدا می کنید.)
برخی از متغیرها را برای استفاده در مراحل مختلف تنظیم مدل تعریف کنید.
تعاریف
متغیرهای اعمال ولتاژ گیت مشخص (Vg)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها را برای اعمال ولتاژ گیت مشخص شده (Vg) در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
phil_bulk | Vga-WAg-Eq | V | پتانسیل الکترولیت حجیم |
متغیرهایی برای تنظیم Vg برای به دست آوردن جریان تخلیه مشخص
1 | برای اعمال ولتاژ گیت مشخص شده (Vg) روی Variables کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها را برای تنظیم Vg تایپ کنید تا جریان تخلیه مشخصی را در قسمت نوشتار برچسب دریافت کنید . |
3 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
phil_bulk | Vg-WAg-Eeq | پتانسیل الکترولیت حجیم |
متغیرهای روی سطح اکسید
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، متغیرها را روی سطح اکسید در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Variables را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
aHs | cH_bulk*exp(-(phiM-phil_bulk)/V_therm) | فعالیت H+ | |
rhos0 | e_const*Ns*(aHs^2-Ka*Kb)/(Ka*Kb+Kb*aHs+aHs^2) | چگالی بار سطحی |
برخی از عبارات وارد شده تا کنون ممکن است حاوی متغیرهای تعریف نشده باشند و به رنگ زرد تبدیل شوند. متغیرهای گم شده بعداً تعریف می شوند و رنگ عبارات به سیاه تبدیل می شود.
مواد را تعریف کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Semiconductors>Si – Silicon را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
الکترولیت
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Electrolyte را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 2 و 3 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
5 | در کادر محاوره ای ایجاد انتخاب ، دامنه های الکترولیت را در قسمت متن نام انتخاب تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
گذر نسبی | epsilonr_iso ; epsilonrii = epsilonr_iso، epsilonrij = 0 | eps_H2O | 1 | پایه ای |
تاکنون همه دامنه ها به رابط نیمه هادی اختصاص داده شده اند . بنابراین، علائم قرمز برای خواص مواد الکترولیت وجود دارد. هنگامی که فیزیک مناسب به حوزه الکترولیت اختصاص داده شد، ورودی‌های خصوصیات غیر ضروری مواد و علائم قرمز باید ناپدید شوند.
دامنه نیمه هادی و شرایط مرزی را مانند آموزش MOSFET در Application Libraries تنظیم کنید.
نیمه هادی (نیمه)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Semiconductor (Semi) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Semiconductor ، بخش Model Properties را پیدا کنید . |
4 | از لیست آمار حامل ، Fermi-Dirac را انتخاب کنید . |
مواد نیمه هادی مدل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Semiconductor (Semi) روی Semiconductor Material Model 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل مواد نیمه هادی ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
دوپینگ پس زمینه یکسان
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، دوپینگ یکنواخت پس زمینه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Impurity را پیدا کنید . در قسمت متنی N A 0 ، 1e17[1/cm^3] را تایپ کنید . |
منبع دوپینگ
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، منبع دوپینگ را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست، جعبه را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Impurity را پیدا کنید . از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی N D 0 ، 1e20[1/cm^3] را تایپ کنید . |
7 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
-0.1 [یک] | Y |
8 | در قسمت متن W ، 0.6[um] را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن D ، 0.1[um] را تایپ کنید . |
10 | قسمت پروفایل را پیدا کنید . کادر بررسی تعیین مقیاس های طول متفاوت برای هر جهت را انتخاب کنید . |
11 | بردار d j را به صورت مشخص کنید |
0.2 [یک] | ایکس |
0.25 [یک] | Y |
سطح دوپینگ پس‌زمینه برای پروفایل اتصال را می‌توان به راحتی با استفاده از فهرست غلظت دوپینگ پس‌زمینه روی سطح دوپینگ پس‌زمینه یکنواختی که به‌تازگی تعریف کردید، تنظیم کرد .
12 | از لیست N b ، غلظت گیرنده (semi/adm1) را انتخاب کنید . |
13 | برای مشاهده اینکه کدام مورد در لیست مربوط به کدام گره در درخت مدل است، تنظیمات Tag را در منوی Model Tree Node Text در نوار ابزار پنجره Model Builder تغییر دهید. |
دوپینگ را تخلیه کنید
1 | روی Source doping کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، در قسمت متن برچسب ، Drain doping را تایپ کنید . |
3 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
2.4 [یک] | ایکس |
نوترکیبی به کمک تله 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Trap-Assisted Recombination را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
منبع
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، منبع را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
زه کشی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، در قسمت نوشتار برچسب، Drain را تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 13 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، Vd را تایپ کنید . |
بدن
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، بدنه را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
دروازه عایق نازک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin Insulator Gate را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای دروازه عایق نازک ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن V 0 ، phiM را تایپ کنید . |
5 | بخش تماس با دروازه را پیدا کنید . در قسمت متن ε ins ، 4.5 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن d ins ، 30[nm] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن Φ ، 0[V] را تایپ کنید . |
متغیر تعریف نشده phiM بعداً تعریف خواهد شد.
اکنون فیزیک الکترولیت را تنظیم کنید، شبیه به آموزش لایه دوگانه Diffuse در Application Libraries.
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، AC/DC>Electric Fields and Currents>Electrostatics (es) را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در قسمت نوشتار پتانسیل الکتریکی ، phil را تایپ کنید . |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، دامنه های الکترولیت را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Chemical Species Transport>Transport of Diluted Species (tds) را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در قسمت متنی Number of species ، 4 را تایپ کنید . |
4 | در جدول غلظت ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
cA |
cX |
cH |
coH |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده (TDS)
1 | در پنجره تنظیمات برای حمل و نقل گونه های رقیق ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، دامنه های الکترولیت را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Mathematics>ODE and DAE Interfaces>Boundary ODEs and DAEs (bode) را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Dependent Variables کلیک کنید . در جدول متغیرهای وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
فیلم سینما |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
ODE و DAE مرزی (BODE)
1 | در پنجره تنظیمات برای ODE و DAE مرز ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
2 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
3 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Mathematics>ODE and DAE Interfaces>Global ODEs and DAEs (ge) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Mathematics>ODE and DAE Interfaces>Global ODEs and DAEs (ge) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
الکترواستاتیک (الکترولیت)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، در قسمت نوشتار برچسب ، Electrostatics (electrolyte) را تایپ کنید .  |
3 | قسمت Thickness را پیدا کنید . در قسمت متن d ، 1e-6[m] را تایپ کنید . |
حمل و نقل گونه های رقیق شده (الکترولیت)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transport of Diluted Species (tds) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال گونه های رقیق شده ، در قسمت نوشتار برچسب ، Transport of Diluted Species (electrolyte) را تایپ کنید . |
3 | بخش مکانیزم های حمل و نقل را پیدا کنید . چک باکس Convection را پاک کنید . |
4 | چک باکس مهاجرت در میدان الکتریکی را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . از لیست Concentration ، Quadratic را انتخاب کنید . |
ODE مرزی برای PHIM پتانسیل سطح اکسید
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Boundary ODEs and DAEs (bode) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODEs و DAE های مرزی ، Boundary ODE را برای phiM بالقوه سطح اکسید در فیلد نوشتاری Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Units را پیدا کنید .  روی Select Dependent Variable Quantity کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، در فیلد متن، powerpotential را تایپ کنید. |
5 |  روی Filter کلیک کنید . |
6 | در درخت، الکترومغناطیسی> پتانسیل الکتریکی (V) را انتخاب کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای ODEs و DAE های مرزی ، بخش Units را پیدا کنید . |
9 |  روی انتخاب مقدار مدت منبع کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، روی  Filter کلیک کنید . |
11 | در درخت، الکترومغناطیسی> پتانسیل الکتریکی (V) را انتخاب کنید . |
12 | روی OK کلیک کنید . |
ODE جهانی برای کپی کردن مقدار VG مشخص شده
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Global ODEs and DAEs (ge) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE و DAE جهانی ، جهانی ODE را تایپ کنید تا مقدار Vg مشخص شده را در قسمت نوشتار Label کپی کنید . |
ODE جهانی برای تنظیم VG برای جریان تخلیه مشخص
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Global ODEs و DAEs 2 (ge2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE و DAE جهانی ، Global ODE را تایپ کنید تا Vg برای جریان تخلیه مشخص شده در قسمت نوشتار برچسب تنظیم شود . |
پنجره Add Physics را خاموش کنید .
چند فیزیک
جفت بالقوه 1 (pc1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Multiphysics راست کلیک کرده و Potential Coupling را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Potential Coupling ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
توجه داشته باشید که نرم افزار رابط های فیزیک جفت شده را به طور خودکار تعیین می کند و فقط امکان جفت شدن چندفیزیکی در حوزه های مربوطه را می دهد.
کوپلینگ چگالی شارژ فضایی 1 (scdc1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Multiphysics راست کلیک کرده و Space Charge Density Coupling را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای کوپلینگ چگالی شارژ فضایی ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
فیزیک الکترواستاتیک را برای الکترولیت تنظیم کنید.
الکترواستاتیک (الکترولیت) (ES)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (electrolyte) (es) کلیک کنید .
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 5 و 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن V 0 ، phil_bulk را تایپ کنید . |
میدان جابجایی الکتریکی از سمت نیمه هادی
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Displacement Field را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای فیلد جابجایی الکتریکی ، فیلد جابجایی الکتریکی را از سمت نیمه هادی در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Electric Displacement Field را پیدا کنید . بردار D 0 را به صورت مشخص کنید |
semi.nD_ins*semi.nX | ایکس |
semi.nD_ins*semi.nY | y |
چگالی شارژ سطحی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Surface Charge Density را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چگالی شارژ سطحی ، قسمت چگالی شارژ سطحی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن ρ s ، rhos0 را تایپ کنید . |
فیزیک انتقال الکترولیت را تنظیم کنید.
حمل و نقل گونه های رقیق شده (الکترولیت) (TDS)
هزینه های گونه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Transport of Diluted Species (electrolyte) (tds) روی Species Charges کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Species Properties ، بخش Charge را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن z cA ، zA را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z cX ، zX را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z cH ، 1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت نوشتاری z coOH ، -1 را تایپ کنید . |
ویژگی های حمل و نقل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Transport Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Transport Properties ، بخش Model Input را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، T0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Diffusion را پیدا کنید . در قسمت متنی D cA ، DA را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن D cX ، DX را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن D ch ، DH را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی D coOH ، DOH را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن cA ، cA_bulk را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن cX ، cX_bulk را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن cH ، cH_bulk را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متنی cOH ، cOH_bulk را تایپ کنید . |
تمرکز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Concentration را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 5 و 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تمرکز ، بخش تمرکز را پیدا کنید . |
4 | تیک Species cA را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی c 0,cA ، cA_bulk را تایپ کنید . |
6 | تیک Species cX را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متنی c 0,cX ، cX_bulk را تایپ کنید . |
8 | تیک Species cH را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متنی c 0,cH ، cH_bulk را تایپ کنید . |
10 | تیک Species coOH را انتخاب کنید . |
11 | در قسمت متنی c 0,cOH ، cOH_bulk را تایپ کنید . |
معادله مرزی را در سطح اکسید تنظیم کنید. این پتانسیل الکتریکی در سطح اکسید را با پتانسیل الکترولیت درست خارج از لایه استرن جفت می کند.
ODE مرزی برای PHIM پتانسیل سطح اکسید (BODE)
ODE 1 توزیع شده
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Boundary ODE برای phiM پتانسیل سطح اکسید (bode) روی Distributed ODE 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ODE توزیع شده ، بخش Source Term را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن f ، phil+es.nD/Ci_st-phiM را تایپ کنید . |
4 | قسمت Damping یا Mass Coefficient را پیدا کنید . در قسمت متن d a ، 0 را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن phiM ، phil_bulk-0.01[V] را تایپ کنید . |
دو معادله جهانی را برای ولتاژ گیت تنظیم کنید. بسته به هدف هر مطالعه، حداکثر یکی از این دو به طور همزمان مورد استفاده قرار می گیرد.
ODE جهانی برای کپی کردن مقدار VG مشخص شده (GE)
معادلات جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Global ODE برای کپی کردن مقدار Vg مشخص شده (ge) روی معادلات جهانی 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای معادلات جهانی ، بخش معادلات جهانی را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | F(U,UT,UTT,T) (1) | مقدار اولیه (U_0) (1) | مقدار اولیه (U_T0) (1/S) | شرح |
Vg | (Vg-Vga)/1[V] | 0 | 0 |
4 | قسمت Units را پیدا کنید .  روی Select Dependent Variable Quantity کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، روی  Filter کلیک کنید . |
6 | در درخت، الکترومغناطیسی> پتانسیل الکتریکی (V) را انتخاب کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
ODE جهانی برای تنظیم VG برای جریان تخلیه مشخص (GE2)
معادلات جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Global ODE برای تنظیم Vg برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) روی معادلات جهانی 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات معادلات جهانی ، بخش واحدها را بیابید . |
3 |  روی Select Dependent Variable Quantity کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، روی  Filter کلیک کنید . |
5 | در درخت، الکترومغناطیسی> پتانسیل الکتریکی (V) را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای معادلات جهانی ، بخش معادلات جهانی را پیدا کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | F(U,UT,UTT,T) (1) | مقدار اولیه (U_0) (V) | مقدار اولیه (U_T0) (V/S) | شرح |
Vg | semi.I0_2/18[uA]-1 | 0 | 0 |
مش را بسازید. از شبکه های نقشه برداری شده و لایه های مرزی استفاده کنید تا تعداد عناصر مش را به حداقل برسانید و در عین حال وضوح مورد نیاز را در نزدیکی سطح اکسید حفظ کنید.
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، بخش Sequence Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست، مش کنترل شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت حداکثر اندازه عنصر ، h_max را تایپ کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر بررسی حداکثر نرخ رشد عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 1.05 را تایپ کنید . |
سایز ۲
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size 2 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
سایز 3
در پنجره Model Builder ، روی Size 3 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
مثلثی رایگان 1
در پنجره Model Builder ، روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
لبه 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Edge کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 3، 6، 7، 9، 11 و 13 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Edge ، روی قسمت Control Entities کلیک کنید . |
4 | کادر تیک Smooth seranserî نهادهای کنترل حذف شده را پاک کنید . |
سایز 1
1 | روی Edge 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از فهرست Calibrate for ، Semiconductor را انتخاب کنید . |
4 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
6 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.03 را تایپ کنید . |
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
5 | برای گسترش بخش Control Entities کلیک کنید . کادر تیک Smooth seranserî نهادهای کنترل حذف شده را پاک کنید . |
6 | برای گسترش بخش Reduce Element Skewness کلیک کنید . تیک Adjust edge mesh را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 15 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع توزیع ، از پیش تعریف شده را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 8 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن نسبت عنصر ، 9 را تایپ کنید . |
7 | از لیست نرخ رشد ، نمایی را انتخاب کنید . |
8 | تیک Reverse direction را انتخاب کنید . |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Triangular کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
5 | برای گسترش بخش Control Entities کلیک کنید . کادر تیک Smooth seranserî نهادهای کنترل حذف شده را پاک کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های الکترولیت را انتخاب کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of layers عدد 20 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Factor Stretching ، 1.3 را تایپ کنید . |
6 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن Thickness ، h_max_surf را تایپ کنید . |
حالا مطالعات را تنظیم کنید. ابتدا اجازه دهید فقط به الکترولیت نگاه کنیم.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای Semiconductor (نیمه) ، Global ODE برای کپی کردن مقدار Vg مشخص شده (ge) و Global ODE برای تنظیم Vg برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
3 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای تنظیم Vg برای بدست آوردن جریان تخلیه مشخص انتخاب کنید . |
4 |  روی Disable کلیک کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)>Electrostatics (electrolyte) (es)>Electric Displacement Field را از سمت نیمه هادی انتخاب کنید . |
6 |  روی Disable کلیک کنید . |
7 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
8 |  روی Disable در Model کلیک کنید . |
لازم است یکی از معادلات جهانی را غیرفعال کنید زیرا نام متغیر وابسته یکسانی دارند ( Vg ).
9 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
10 |  روی افزودن کلیک کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
pHb (pH الکترولیت حجیم) | محدوده (3،1،11) |
12 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
13 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Electrolyte only را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
14 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
15 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتیجه را می توان با فرمول تقریب 1 بعدی مقایسه کرد. ابتدا فهرستی از پتانسیل های الکترولیت برای اتصال به فرمول تقریب 1 بعدی را ارزیابی کنید.
نتایج
ارزیابی امتیاز 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Derived Values کلیک راست کرده و Point Evaluation را انتخاب کنید . |
3 | فقط نقطه 6 را انتخاب کنید. |
4 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی نقطه ، قسمت عبارات را پیدا کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
phil-phil_bulk | V | پتانسیل الکترولیت برای اتصال به فرمول تقریب 1 بعدی |
6 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
2 | روی Copy Table and Headers to Clipboard در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
محتوای جدول را در یک ویرایشگر متن قرار دهید. ستون مقادیر پتانسیل الکترولیت را در یک خط فرمت کنید. خط مقادیر پتانسیل الکترولیت را برای چسباندن در جدول پارامتر Sweep کمکی در مرحله مطالعه بعدی کپی کنید (به زیر مراجعه کنید).
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای نیمه هادی (نیمه) ، الکترواستاتیک (الکترولیت) (es) ، حمل و نقل گونه های رقیق شده (الکترولیت) (tds) ، ODE مرزی برای phiM بالقوه سطح اکسید (bode) ، ODE جهانی برای کپی مشخص شده را پاک کنید. مقدار Vg (ge) و ODE جهانی به Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
3 | جفت های Multiphysics را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای جفت بالقوه 1 (pc1) و Space Charge Density Coupling 1 (scdc1) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، Preset Studies for Selected Physics Interfaces>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
3 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای تنظیم Vg برای بدست آوردن جریان تخلیه مشخص انتخاب کنید . |
4 |  روی Disable کلیک کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables on oxide level را انتخاب کنید . |
6 |  روی Disable کلیک کنید . |
7 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
8 |  روی Disable در Model کلیک کنید . |
9 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
10 |  روی افزودن کلیک کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
phi2_aprx (پتانسیل در صفحه هلمهولتز بیرونی (پارامتر کنترل برای تقریباً 1 بعدی)) | V |
اکنون خط مقادیر پتانسیل الکترولیت را مانند شکل زیر در جدول پارامترهای Auxiliary Sweep قرار دهید.
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
phi2_aprx (پتانسیل در صفحه هلمهولتز بیرونی (پارامتر کنترل برای تقریباً 1 بعدی)) | -9.084249078E-4 -0.004637217778 -0.01188430850 -0.02083132004 -0.03018603909 -0.03930650544 -0.04788430850 -0.03930650544 -0.04788430850 -0.0478430850 | V |
13 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
14 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، در فیلد نوشتار برچسب ، 1D approx for electrolyte only را تایپ کنید . |
15 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
16 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون، یک نمودار برای مقایسه نتیجه مدل دو بعدی با فرمول تقریب یک بعدی ایجاد کنید.
نتایج
phil: مدل 2 بعدی در مقابل 1 بعدی تقریبا.
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، phil را تایپ کنید: 2D Model در مقابل 1D Approx. در قسمت Label text. |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، پتانسیل الکترولیت (V) را تایپ کنید – منحنی‌های جامد: مدل دوبعدی، منحنی‌های نقطه‌دار: تقریباً 1 بعدی. . |
نمودار خط: مدل دوبعدی
1 | روی فیل راست کلیک کنید : 2D Model در مقابل 1D Approx. و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، نمودار خط: مدل دوبعدی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 8 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، phil-phil_bulk را تایپ کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Expression ، y را تایپ کنید . |
نمودار خط: تقریباً 1 بعدی
1 | روی Line Graph: 2D model کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، نمودار خط را تایپ کنید: تقریباً 1 بعدی. در قسمت Label text. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، 1 بعدی تقریباً فقط برای الکترولیت /محلول 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، phi2_aprx*exp(-y/xD) را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
6 | از لیست Width ، 3 را انتخاب کنید . |
7 |  روی دکمه x-Axis Log Scale در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
8 | در فیل: مدل 2 بعدی در مقابل 1 بعدی تقریبا. نوار ابزار، روی  Plot کلیک کنید . |
تقریب 1 بعدی روند کلی پتانسیل الکترولیت را در امتداد خط مرکزی حوزه الکترولیت، همانطور که انتظار می رود، بازتولید می کند.
در مرحله بعد فقط به نیمه هادی نگاه می کنیم، با پتانسیل سطح اکسیدی که توسط محلول مطالعه فقط الکترولیت ارائه می شود.
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای الکترواستاتیک (الکترولیت) (es) ، انتقال گونه‌های رقیق‌شده (الکترولیت) (tds) ، ODE مرزی برای phiM بالقوه سطح اکسید ( bode) ، ODE جهانی برای کپی کردن مقدار Vg مشخص شده (ge) پاک کنید. و Global ODE برای تنظیم Vg _ جریان تخلیه مشخص شده (ge2) . |
3 | جفت های Multiphysics را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای جفت بالقوه 1 (pc1) و Space Charge Density Coupling 1 (scdc1) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 3
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
3 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای تنظیم Vg برای بدست آوردن جریان تخلیه مشخص انتخاب کنید . |
4 |  روی Disable کلیک کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
6 |  روی Disable در Model کلیک کنید . |
7 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
8 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
9 | از لیست مطالعه ، فقط الکترولیت ، ثابت را انتخاب کنید . |
10 | از لیست مقدار پارامتر (pHb) ، First را انتخاب کنید . |
11 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
12 |  روی افزودن کلیک کنید . |
13 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vd (ولتاژ تخلیه) | 0 10 | mV |
14 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Semiconductor only را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
16 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
17 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون آماده حل مدل کاملاً جفت شده هستید. ابتدا pH الکترولیت حجیم را ثابت کنید و ولتاژ گیت Vg را جارو کنید . نتیجه این مفهوم را نشان می دهد که الکترولیت در ISFET نقش مشابهی را به عنوان تماس دروازه در ماسفت ایفا می کند.
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادرهای حل را برای ODE جهانی برای کپی کردن مقدار Vg مشخص شده (ge) و جهانی ODE برای تنظیم Vg برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) پاک کنید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 4
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | تیک Modify model configuration for study step را انتخاب کنید . |
3 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای تنظیم Vg برای بدست آوردن جریان تخلیه مشخص انتخاب کنید . |
4 |  روی Disable کلیک کنید . |
5 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
6 |  روی Disable در Model کلیک کنید . |
7 | قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
8 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
9 | از لیست مطالعه ، Semiconductor only، Stationary را انتخاب کنید . |
10 | از لیست مقدار پارامتر (Vd (mV)) ، Last را انتخاب کنید . |
11 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
12 |  روی افزودن کلیک کنید . |
13 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vga (ولتاژ گیت (اعمال شده)) | محدوده (0,0.2,3) | V |
14 | در پنجره Model Builder ، روی Study 4 کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Sweep Vg با pH ثابت را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
16 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
راه حل 4 (sol4)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 4 (sol4) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، Sweep Vg را با pH ثابت >Solver Configurations>Solution 4 (sol4)>Stationary Solver 1 node گسترش دهید ، سپس روی Direct (ادغام شده) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، برای گسترش بخش Error کلیک کنید . |
5 | تیک Use in nonlinear solver را انتخاب کنید . |
این تنظیم به همگرایی مدل های بسیار غیرخطی کمک می کند.
6 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
جریان تخلیه را به عنوان تابعی از ولتاژ گیت Vg رسم کنید .
نتایج
Id در مقابل Vg
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Id vs. Vg را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sweep Vg با pH ثابت /محلول 4 (sol4) را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی Id vs. Vg کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Semiconductor>Terminals>Semi.I0_2 – Terminal current – A را انتخاب کنید . |
3 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
نیمه.I0_2 | uA | جریان تخلیه |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Id vs. Vg ، روی  Plot کلیک کنید . |
شکل در واقع همان رفتار Id-Vg را نشان می دهد که در یک ماسفت معمولی مشاهده می شود.
برای ISFET، ولتاژ دروازه موثر تابعی از ولتاژ اعمال شده (همانطور که در شکل بالا مشاهده می شود) و pH الکترولیت حجیم است. برای مشاهده این موضوع، ولتاژ اعمال شده Vg را در نقطه ای از کار، مثلاً 2.6 ولت، که مقداری جریان تخلیه غیرمعمول می دهد، ثابت کنید. سپس، مقدار pH الکترولیت حجیم pHb را جارو کنید و به رفتار جریان تخلیه در برابر منحنی ولتاژ تخلیه نگاه کنید.
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
PH و VD را با VG ثابت جارو کنید
1 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Sweep pH و Vd را با Vg ثابت در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
VG را با PH ثابت جارو کنید
مرحله 1: ثابت
در پنجره Model Builder ، در زیر Sweep Vg با pH ثابت ، روی Step 1: Stationary کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
PH و VD را با VG ثابت جارو کنید
در پنجره Model Builder ، روی Sweep pH and Vd with fixed Vg کلیک راست کرده و Paste Stationary را انتخاب کنید .
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا مقدار Vg مشخص شده (ge) را کپی کنید . |
3 |  روی حل برای کلیک کنید . |
4 | قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست مطالعه ، Sweep Vg با pH ثابت ، Stationary را انتخاب کنید . |
5 | از لیست مقدار پارامتر (Vga (V)) ، 2.6 V را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vga (ولتاژ گیت (اعمال شده)) | 2.6 | V |
8 |  روی افزودن کلیک کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
pHb (pH الکترولیت حجیم) | 3 7 11 |
10 |  روی افزودن کلیک کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vd (ولتاژ تخلیه) | محدوده(0،0.2،1.2)^2 | V |
12 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، Auto را انتخاب کنید . |
راه حل 5 (sol5)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 5 (sol5) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، Sweep pH و Vd را با Vg ثابت >Solver Configurations>Solution 5 (sol5)>Stationary Solver 1 node گسترش دهید ، سپس روی Direct (ادغام شده) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش Error را پیدا کنید . |
5 | تیک Use in nonlinear solver را انتخاب کنید . |
این تنظیم به همگرایی مدل های بسیار غیرخطی کمک می کند.
6 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
جریان تخلیه را به عنوان تابعی از ولتاژ تخلیه، برای 3 مقدار مختلف pH الکترولیت حجیم ترسیم کنید.
نتایج
منحنی های Id-Vd برای 3 مقدار مختلف pH
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، منحنی های Id-Vd را برای 3 مقدار مختلف pH در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sweep pH و Vd with fixed Vg/Solution 5 (sol5) را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی منحنی‌های Id-Vd برای 3 مقدار مختلف pH کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Semiconductor>Terminals>Semi.I0_2 – Terminal current – A را انتخاب کنید . |
3 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
نیمه.I0_2 | uA | جریان تخلیه |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . زیربخش Include را پیدا کنید . کادر بررسی توضیحات را پاک کنید . |
5 | در منحنی‌های Id-Vd برای 3 مقدار pH مختلف ، روی  Plot کلیک کنید . |
توجه داشته باشید که منحنی Id-Vd ISFET توسط مقدار pH الکترولیت حجیم مدوله می شود، دقیقاً مشابه نحوه مدوله شدن منحنی Id-Vd ماسفت توسط ولتاژ گیت. به عبارت دیگر، ولتاژ گیت موثر که توسط ISFET مشاهده می شود، توسط مقدار pH الکترولیت حجیم تعدیل می شود. این مکانیسم حسی اساسی برای اندازه گیری مقدار pH را فراهم می کند.
در یک دستگاه واقعی، یک مدار بازخورد ولتاژ دروازه را برای یک الکترولیت معین تنظیم می کند، به طوری که جریان تخلیه در یک نقطه تنظیم ثابت حفظ می شود. به عبارت دیگر، ولتاژ گیت اعمال شده برای جبران اثر pH استفاده می شود. بنابراین در این مورد ولتاژ گیت اعمال شده نشانگر مقدار pH می شود. شما می توانید این حالت عملکرد را با استفاده از یک معادله جهانی، بدون نیاز به مدل سازی جزئیات مدار بازخورد، شبیه سازی کنید. به طور خودسرانه نقطه عملیاتی را در ولتاژ تخلیه 1 ولت و جریان تخلیه 18 uA انتخاب کنید، که نزدیک به مقادیر داده شده توسط منحنی Id-Vd برای مقدار pH 3 است (نمودار بالا را ببینید). در مطالعه بعدی، مقدار pH را از 3 به 11 با استفاده از محلول مطالعه قبلی به عنوان شرط اولیه، جارو خواهید کرد.
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Empty Study را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
PH را با شناسه ثابت جارو کنید
1 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Sweep pH را با شناسه ثابت در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
پنجره Add Study را خاموش کنید .
PH و VD را با VG ثابت جارو کنید
مرحله 1: ثابت
در پنجره Model Builder ، در قسمت Sweep pH and Vd with fixed Vg روی Step 1: Stationary کلیک راست کرده و Copy را انتخاب کنید .
PH را با شناسه ثابت جارو کنید
در پنجره Model Builder ، روی Sweep pH with fixed ID کلیک راست کرده و Paste Stationary را انتخاب کنید .
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
2 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای اعمال ولتاژ گیت مشخص شده (Vg) انتخاب کنید . |
3 |  روی Disable کلیک کنید . |
4 | در درخت، Component 1 (comp1)>Definitions>Variables را برای تنظیم Vg برای بدست آوردن جریان تخلیه مشخص انتخاب کنید . |
5 |  روی Enable کلیک کنید . |
6 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا مقدار Vg مشخص شده (ge) را کپی کنید . |
7 |  روی Disable در Model کلیک کنید . |
8 | در درخت، Component 1 (comp1)>Global ODE را انتخاب کنید تا Vg را برای جریان تخلیه مشخص شده (ge2) تنظیم کنید . |
9 |  روی حل برای کلیک کنید . |
10 | قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . مقادیر اولیه متغیرهای حل شده برای زیربخش را بیابید . از لیست مطالعه ، Sweep pH و Vd با Vg ثابت ، Stationary را انتخاب کنید . |
11 | از لیست مقدار پارامتر (Vd (V)، Vga (V)، pHb)، 6 را انتخاب کنید: Vd=1 V، Vga=2.6 V، pHb=3 . |
12 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . برای انتخاب ردیف شماره 1 در جدول کلیک کنید. |
13 |  روی Delete کلیک کنید . |
14 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
pHb (pH الکترولیت حجیم) | 3 5 7 9 11 |
15 |  روی Move Down کلیک کنید . |
16 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vd (ولتاژ تخلیه) | 1 | V |
17 | از لیست Run continuation for ، بدون پارامتر را انتخاب کنید . |
18 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، بله را انتخاب کنید . |
راه حل 6 (sol6)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 6 (sol6) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، Sweep pH را با Id ثابت >Solver Configurations>Solution 6 (sol6)>Stationary Solver 1 node گسترش دهید ، سپس روی Direct (ادغام شده) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای Direct ، بخش Error را پیدا کنید . |
5 | تیک Use in nonlinear solver را انتخاب کنید . |
این تنظیم به همگرایی مدل های بسیار غیرخطی کمک می کند.
6 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون ولتاژ گیت را در مقابل pH الکترولیت حجیم رسم کنید. این منحنی حساسیت ISFET است، زیرا pH ورودی و ولتاژ دروازه خروجی سنسور pH است.
نتایج
Vg در مقابل pH – منحنی حساسیت ISFET
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، منحنی حساسیت Vg در مقابل pH – ISFET را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Sweep pH with fixed Id/Solution 6 (sol6) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legend را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
جهانی 1
1 | روی منحنی Vg در مقابل حساسیت pH ISFET کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
Vg | V | خروجی V سنسور pH |
4 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت Expression text، pHb را تایپ کنید . |
6 | در منحنی حساسیت Vg در مقابل pH نوار ابزار ISFET، روی  Plot کلیک کنید . |
حساسیت ISFET با شیب منحنی داده می شود. نتیجه با نتیجه گزارش شده در مقاله مرجع مطابقت دارد.
یک نمودار رنگارنگ از پتانسیل الکتریکی برای تصویر کوچک مدل ایجاد کنید.
گروه طرح دو بعدی 5
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Sweep pH with fixed Id/Solution 6 (sol6) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست مقدار پارامتر (pHb) ، 3 را انتخاب کنید . |
سطح 1
روی 2D Plot Group 5 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، V را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . از لیست Resolution ، بدون پالایش را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Surface 1 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار 2D Plot Group 5 ، روی  Plot کلیک کنید . |
