 |
ویژگی های DC ترانزیستور MOS (MOSFET)
این مدل ویژگی های DC یک ترانزیستور MOS (نیمه هادی اکسید فلز) را محاسبه می کند. در عملکرد عادی، یک سیستم یک ترانزیستور MOS را با اعمال ولتاژ به الکترود گیت روشن می کند. هنگامی که ولتاژ در درین افزایش می یابد، جریان تخلیه نیز افزایش می یابد تا زمانی که به حالت اشباع برسد. جریان اشباع به ولتاژ گیت بستگی دارد.
معرفی
ماسفت (ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلز) تا حد زیادی رایج ترین دستگاه نیمه هادی است و بلوک اصلی در تمام پردازنده های تجاری، حافظه ها و مدارهای مجتمع دیجیتالی است. از زمان معرفی اولین ریزپردازنده ها در حدود 40 سال پیش، این دستگاه پیشرفت فوق العاده ای را تجربه کرده است و امروزه با اندازه ویژگی های 22 نانومتر و کوچکتر ساخته می شود .
ماسفت در اصل یک سوئیچ کوچک است. در این مثال، کنتاکت های منبع و تخلیه (ورودی و خروجی سوئیچ) هر دو کنتاکت های اهمی (مقاومت کم) به نواحی از نوع n به شدت دوپ شده دستگاه هستند. بین این دو کنتاکت ناحیه ای از نیمه هادی نوع p قرار دارد. تماس گیت در بالای نیمه هادی نوع p قرار دارد و کمی روی دو ناحیه نوع n همپوشانی دارد. با یک لایه نازک اکسید سیلیکون از نیمه هادی جدا می شود، به طوری که با نیمه هادی زیرین یک خازن تشکیل می دهد. اعمال ولتاژ به گیت ساختار باند محلی زیر آن را از طریق Field Effect تغییر می دهد. یک ولتاژ به اندازه کافی بالا می تواند باعث شود نیمه هادی از نوع p به نوع n در یک لایه نازک (کانال) در زیر دروازه تغییر کند. این به عنوان وارونگی شناخته می شود و کانال گاهی اوقات به عنوان لایه وارونگی شناخته می شود. کانال دو ناحیه نیمه هادی نوع n را با یک ناحیه نازک از نوع n زیر دروازه متصل می کند. این ناحیه مقاومت قابل توجهی کمتری نسبت به مقاومت سری اتصالات np/pn دارد که منبع و گیت را قبل از اینکه ولتاژ گیت لایه وارونگی تولید کند، جدا می‌کردند. در نتیجه اعمال ولتاژ گیت می تواند برای تغییر مقاومت دستگاه از مقدار زیاد به مقدار کم استفاده شود. ولتاژ دروازه ای که در آن جریان قابل توجهی شروع به جریان می کند، آستانه یا ولتاژ روشن نامیده می شود. در نتیجه اعمال ولتاژ گیت می تواند برای تغییر مقاومت دستگاه از مقدار زیاد به مقدار کم استفاده شود. ولتاژ دروازه ای که در آن جریان قابل توجهی شروع به جریان می کند، آستانه یا ولتاژ روشن نامیده می شود. در نتیجه اعمال ولتاژ گیت می تواند برای تغییر مقاومت دستگاه از مقدار زیاد به مقدار کم استفاده شود. ولتاژ دروازه ای که در آن جریان قابل توجهی شروع به جریان می کند، آستانه یا ولتاژ روشن نامیده می شود.شکل 1 یک ماسفت شماتیک را نشان می دهد که اتصالات الکتریکی اصلی آن مشخص شده است. شکل 2 تصویر میکروسکوپ الکترونی یک دستگاه ماسفت مدرن را نشان می دهد.
شکل 1: نمودار شماتیک یک ماسفت معمولی. جریان از منبع به گیت از طریق کانالی در زیر گیت جریان می یابد. اندازه کانال توسط ولتاژ گیت کنترل می شود.
شکل 2: تصویر مقطعی TEM (میکروسکوپ الکترونی عبوری) از یک ماسفت گیت 50 نانومتری که در آزمایشگاه KTH Electrum توسط PE Hellström و همکارانش در پروژه تحقیقاتی OSIRIS پیشرفته ERC به سرپرستی پروفسور M. Östling ساخته شده است.
همانطور که ولتاژ بین تخلیه و منبع افزایش می یابد، جریان حمل شده توسط کانال در نهایت از طریق فرآیندی به نام pinch-off اشباع می شود، که در آن کانال در یک انتها به دلیل تأثیر میدان موازی با سطح باریک می شود. عرض کانال توسط ولتاژ گیت کنترل می شود. معمولاً ولتاژ گیت بزرگتر منجر به کانال گسترده تر و در نتیجه مقاومت کمتر برای یک ولتاژ تخلیه معین می شود. علاوه بر این، جریان اشباع برای ولتاژ گیت بالاتر بزرگتر است.
تعریف مدل
شکل 3 هندسه مدل را نشان می دهد که نشان می دهد چگونه عناصر هندسی با ویژگی های شکل 1 مطابقت دارند در این مدل هم منبع و هم پایه به زمین وصل شده اند و ولتاژهای اعمال شده به تخلیه و دروازه متفاوت است. در مطالعه اول یک ولتاژ کوچک ( 10 میلی ولت) به تخلیه اعمال می شود و ولتاژ دروازه از 0 تا 5 ولت جابجا می شود. نمودار جریان بین منبع و تخلیه برای تعیین ولتاژ روشن استفاده می شود. دستگاه مطالعه دوم ولتاژ تخلیه را از 0 تا 5 ولت در سه مقدار مختلف ولتاژ دروازه ( 2 ، 3، و 4) جارو می کند. V). سپس جریان تخلیه در مقابل ولتاژ تخلیه در چندین مقدار ولتاژ دروازه رسم می شود.
شکل 3: هندسه مدل که اتصالات خارجی را نشان می دهد.
نتایج و بحث
شکل 4 جریان تخلیه را در مقابل ولتاژ دروازه برای ولتاژ تخلیه ثابت 10 میلی ولت نشان می دهد. از نمودار مشخص است که ولتاژ آستانه، VT ، ترانزیستور تقریباً 1.2 ولت است. می توان این مقدار را با مقدار نظری ارائه شده در Ref مقایسه کرد. 1 :
که در آن d ox ضخامت اکسید و εr ، ox گذردهی نسبی آن، ε 0 گذردهی فضای آزاد، ε r,s گذردهی نسبی نیمه هادی، q بار الکترون و N a است. غلظت گیرنده زیر دروازه ولتاژ باند مسطح V FB و اختلاف پتانسیل بین سطح ذاتی و سطح فرمی، Ψ B با معادلات زیر به دست می‌آید:
که در آن Φ m تابع کار کنتاکت فلزی، χ میل ترکیبی الکترون نیمه هادی، kB تماس بولتزمن، T دمای مطلق، Nc چگالی حالت های نیمه هادی در نوار رسانایی، و n i ذاتی است. چگالی حامل چگالی الکترون تعادل ( n eq ) و سوراخ ( p eq ) به صورت زیر بدست می آید:
که در آن N d غلظت دهنده زیر دروازه است. توجه داشته باشید که این معادلات هم یونیزاسیون کامل و هم آمار ماکسول بولتزمن (فرض های منطقی در منطقه زیر دروازه) را فرض می کنند. این معادلات ولتاژ آستانه 1.18 ولت را به دست می دهد که مطابقت خوبی با مقدار شبیه سازی با توجه به تقریب های مورد نیاز برای رویکرد تحلیلی است.
شکل 4: جریان تخلیه در مقابل ولتاژ دروازه نشان داده شده است زمانی که ولتاژ 10 میلی ولت به تخلیه اعمال می شود. ولتاژ آستانه تقریباً 1.2 ولت است.
شکل 5 منحنی های جریان تخلیه در مقابل ولتاژ تخلیه را برای مقادیر مختلف ولتاژ دروازه نشان می دهد. منحنی سه منطقه را نشان می دهد: یک منطقه خطی در ولتاژهای پایین، یک منطقه غیر خطی در ولتاژهای متوسط و یک منطقه تقریباً ثابت در ولتاژهای بالاتر (ناحیه اشباع). برای این دستگاه یک شیب جزئی در جریان در ولتاژهای بزرگتر به دلیل شروع اثرات کانال کوتاه وجود دارد. اثرات کانال کوتاه به این معنی است که عبارات تحلیلی استاندارد برای ولتاژ و جریان اشباع دقیق نیستند، اما ولتاژهای اشباع اندازه ای مشابه با آنهایی هستند که توسط نظریه ساده ارائه شده در Ref پیش بینی شده است. 1. اشباع فعلی به دلیل پدیده ای به نام pinch-off رخ می دهد. با افزایش ولتاژ تخلیه، جریان بیشتری در طول کانال جریان می یابد و افت پتانسیل در طول کانال افزایش می یابد. بنابراین ولتاژ بین دروازه و نیمه هادی به عنوان تابعی از موقعیت در امتداد کانال تغییر می کند و عرض لایه وارونگی دیگر ثابت نیست. شکل 6 غلظت الکترون و پتانسیل الکتریکی را در مقادیر مختلف ولتاژ تخلیه برای ولتاژ گیت 4 ولت نشان می دهد .
شکل 5: جریان تخلیه در مقابل ولتاژ تخلیه برای مقادیر مختلف ولتاژ دروازه.
شکل 6: چپ: غلظت الکترون و راست: پتانسیل الکتریکی برای ماسفت با ولتاژ گیت اعمال شده 4 ولت و با ولتاژهای تخلیه اعمالی مختلف، V d . بالا: V d = 5 ولت، وسط: V d = 1 ولت، پایین: V d = 0 ولت. اثر قطع شدن از نمودارها آشکار است.
ارجاع
1. SM Sze و KK Ng, Physics of Semiconductor Devices, 3rd ed. , جان وایلی و پسران , ص . 305-306،
مسیر کتابخانه برنامه: Semiconductor_Module/Transistors/mosfet
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 مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهایی را برای ولتاژ تخلیه و گیت تعریف کنید که بعداً هنگام انجام جاروهای پارامتریک از آنها استفاده خواهید کرد.
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 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
Vd | 10 [mV] | 0.01 V | ولتاژ تخلیه |
Vg | 2 [V] | 2 V | ولتاژ دروازه |
هندسه 1
هندسه را می توان با استفاده از ابزارهای داخلی COMSOL مشخص کرد. ابتدا اجسام هندسی را با استفاده از واحدهای میکرومتر تعریف 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 . |
سپس یک مستطیل برای تعریف گستره های هندسی ایجاد کنید.
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 . |
یک چند ضلعی اضافه کنید که شامل نقاطی برای تعریف منبع، تخلیه و مخاطبین دروازه باشد. همچنین شامل یک خط برای کمک به ایجاد مش است.
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 | 0.67 |
0 | 0.7 |
0.5 | 0.7 |
0.7 | 0.7 |
2.3 | 0.7 |
2.5 | 0.7 |
3 | 0.7 |
3 | 0.67 |
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.)
3 | روی Mesh Control Edges 1 (mce1) راست کلیک کرده و Build All Objects را انتخاب کنید . |
در صورت تمایل از دکمه Zoom Extents برای بزرگنمایی کامل هندسی استفاده کنید.
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مواد
سپس خواص مواد به مدل اضافه می شود.
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 . |
نیمه هادی (نیمه)
بعد باید تنظیمات فیزیک تعریف شود. با تعریف دوپینگ شروع کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Semiconductor (Semi) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Semiconductor ، بخش Model Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست آمار حامل ، Fermi-Dirac را انتخاب کنید . |
مدل تحلیلی دوپینگ 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
ابتدا یک غلظت پذیرنده پس زمینه ثابت تعریف می شود.
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش ناخالصی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی N A 0 ، 1e17[1/cm^3] را تایپ کنید . |
4 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
برای تعریف نمایه دوپینگ کاشته شده برای منبع، یک ویژگی دوپینگ دوم اضافه کنید.
دوپینگ تحلیلی مدل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . از لیست، جعبه را انتخاب کنید . |
هنگام تعریف توزیع دوپینگ گاوسی، یک ناحیه مستطیلی از دوپینگ ثابت تعریف می شود. افت گاوسی دور از لبه های این ناحیه مستطیل شکل رخ می دهد.
ابتدا محل گوشه سمت چپ پایین ناحیه دوپینگ یکنواخت را مشخص کنید.
5 | بخش Uniform Region را پیدا کنید . بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
0 [یک] | ایکس |
0.6 [یک] | Y |
سپس عرض و ارتفاع ناحیه دوپینگ یکنواخت را مشخص کنید.
6 | در قسمت متن W ، 0.6[um] را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن D ، 0.1[um] را تایپ کنید . |
نوع دوپانت و سطح دوپینگ را در ناحیه دوپینگ یکنواخت انتخاب کنید.
8 | قسمت Impurity را پیدا کنید . از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متنی N D 0 ، 1e20[1/cm^3] را تایپ کنید . |
سپس مقیاس طولی را که افت گاوسی روی آن اتفاق می‌افتد را مشخص کنید. اگر به توزیع ناخالص پس‌زمینه از نوع مخالف دوپینگ شود (مانند این مورد)، این تنظیم عمق اتصال را مشخص می‌کند. در این مدل از مقیاس های طول مختلف در جهت x و y استفاده شده است .
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 |
در نهایت سطح دوپینگ پس زمینه ثابت را مشخص کنید.
12 | از لیست N b ، غلظت گیرنده (semi/adm1) را انتخاب کنید . |
یک پروفایل دوپینگ گاوسی مشابه برای درین اضافه کنید.
مدل تحلیلی دوپینگ 3
1 | بر روی Analytic Doping Model 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش Uniform Region را پیدا کنید . |
3 | بردار r 0 را به عنوان مشخص کنید |
2.4 [یک] | ایکس |
0.6 [یک] | Y |
سپس شرایط مرزی را برای مخاطبین و دروازه تنظیم کنید.
ابتدا یک مخاطب برای منبع اضافه کنید.
تماس فلزی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
ویژگی تماس فلزی برای تعریف رابط های فلزی-نیمه هادی در انواع مختلف استفاده می شود. در این مثال، از کنتاکت اهمی پیش‌فرض Ideal برای تعریف منبع استفاده کنید.
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
توجه داشته باشید که ویژگی Metal Contact در COMSOL Multiphysics اصطلاحاً شرط مرزی ترمینال است. به طور پیش فرض یک پتانسیل ثابت 0 ولت اعمال می شود، که در این مثال مناسب است، زیرا منبع زمین است. ترمینال همچنین می تواند برای تعیین جریان ورودی، توان ورودی یا اتصال به یک منبع ولتاژ یا جریان از یک مدار خارجی تنظیم شود.
ویژگی دوم Metal Contact را برای تعریف تخلیه اضافه کنید.
کنتاکت فلزی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید. |
ولتاژ تخلیه را تنظیم کنید تا با پارامتر تعریف شده قبلی تعیین شود.
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، Vd را تایپ کنید . |
سومین کنتاکت فلزی را اضافه کنید تا ولتاژ بدنه را روی 0 ولت تنظیم کنید.
کنتاکت فلزی 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
دروازه را تنظیم کنید. دی الکتریک گیت به صراحت در مدل نشان داده نشده است، در عوض شرایط مرزی دروازه عایق نازک هم تماس دروازه و هم لایه نازک اکسید را نشان می دهد.
دروازه عایق نازک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Thin Insulator Gate را انتخاب کنید . |
ویژگی Thin Insulator Gate نیز یک ترمینال است، اما در این مورد می توان ولتاژ یا شارژ ترمینال را ثابت کرد و همچنین آن را به مدار متصل کرد. توجه داشته باشید که تنظیم شارژ، بار روی هادی را تعیین می کند و به بار محبوس شده در رابط اکسید-نیمه هادی مربوط نمی شود.
ولتاژ اعمال شده به گیت با پارامتری که قبلا اضافه شده است تعیین می شود.
2 | در پنجره تنظیمات برای دروازه عایق نازک ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن V 0 ، Vg را تایپ کنید . |
4 | بخش تماس با دروازه را پیدا کنید . در قسمت متن ε ins ، 4.5 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن d ins ، 30[nm] را تایپ کنید . |
6 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
طیف وسیعی از مکانیسم‌های نوترکیب/تولید در دسترس هستند تا به مدل اضافه شوند. در این مورد، به سادگی با استفاده از مدل پیش‌فرض Shockley-Read-Hall، نوترکیبی به کمک تله را اضافه کنید.
نوترکیبی به کمک تله 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Trap-Assisted Recombination را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Recombination با کمک تله ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه دامنه ها را انتخاب کنید . |
مواد نیمه هادی مدل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Semiconductor Material Model 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مدل مواد نیمه هادی ، برای گسترش بخش باند شکاف کلیک کنید . |
3 | از لیست کاهش فاصله باند ، مدل جین رولستون را انتخاب کنید . |
برای این مدل از مش تعریف شده توسط کاربر استفاده خواهیم کرد.
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 متنی حداکثر نرخ رشد عنصر ، 1.05 را تایپ کنید . |
سایز 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size 1 کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید .
سایز ۲
در پنجره Model Builder ، روی Size 2 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 3-7 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 2 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 9 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 ، روی قسمت Control Entities کلیک کنید . |
3 | کادر تیک Smooth seranserî نهادهای کنترل حذف شده را پاک کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مش تعریف شده توسط کاربر در تصویر زیر نشان داده شده است. مش نقشه برداری شده با توزیع خاص به ایجاد لایه هایی از عناصر نازک در زیر دروازه کمک می کند، جایی که گرادیان بزرگ غلظت حامل باید توسط مش حل شود.
مطالعه 1
قبل از تنظیم مطالعه، بررسی کنید که دوپینگ به درستی تنظیم شده است. برای این کار ابتدا مقدار اولیه مطالعه را بدست آورید.
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
توطئه های پیش فرض را غیرفعال کنید زیرا به آنها نیازی نیست.
4 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی دریافت مقدار اولیه کلیک کنید . |
نتایج
برای بررسی توزیع ناخالصی در مدل، یک گروه طرح دو بعدی اضافه کنید.
گروه طرح دو بعدی 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید .سطح 1
1 | روی 2D Plot Group 1 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
غلظت ناخالص علامت دار (Nd-Na) را رسم کنید. این مقدار برای دوپینگ خالص اهداکننده مثبت و برای دوپینگ پذیرنده خالص منفی است.
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، semi.Nd-semi.Na را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Unit ، 1/cm^3 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار 2D Plot Group 1 ، روی  Plot کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
توزیع دوپینگ در زیر نشان داده شده است.
غلظت دوپانت امضا شده
1 | در پنجره Model Builder ، روی 2D Plot Group 1 کلیک راست کرده و Rename را انتخاب کنید . |
2 | در کادر محاوره‌ای Rename 2D Plot Group ، Signed Dopant Concentration را در قسمت متن برچسب جدید تایپ کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
اکنون یک مطالعه ثابت برای تعیین ولتاژ روشن شدن ترانزیستور تنظیم کنید. در این مطالعه، Vd را روی 10 میلی ولت تنظیم کنید و Vg را جارو کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
پانل پسوند مطالعه را می توان برای تنظیم یک جارو پارامتریک استفاده کرد.
3 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
همه ترکیب‌ها را برای جارو کردن روی هر ترکیبی از پارامترهای مشخص شده انتخاب کنید.
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vd (ولتاژ تخلیه) | 0.01 | V |
ولتاژ تخلیه در یک مقدار ثابت ثابت می شود.
7 |  روی افزودن کلیک کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vg (ولتاژ گیت) | محدوده (0،0.2،1.4) 2 3 4 | V |
ولتاژ گیت بین 0 تا 4 ولت با اندازه های گام ناهموار برای کاهش زمان محاسبات و اندازه فایل جابجا می شود.
اجرای ادامه برای پارامتر Vg، حل کننده را پیکربندی می کند تا از راه حل برای مرحله پارامتر ادامه قبلی به عنوان حدس اولیه برای راه حل استفاده کند. همچنین به حل‌کننده اجازه می‌دهد در صورت لزوم، گام‌های میانی را در مقادیر Vg که در لیست مشخص نشده‌اند، بردارد.
9 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
برای رسم جریان منبع در مقابل ولتاژ گیت، یک گروه طرح 1 بعدی اضافه کنید.
گروه طرح 1 بعدی 2
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 ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی 1D Plot Group 2 کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
منوهای پس پردازش شامل طیف وسیعی از مقادیر موجود برای رسم هستند. جریان ورودی به ترمینال 2 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 ترمینال |
4 | در نوار ابزار 1D Plot Group 2 ، روی  Plot کلیک کنید . |
از نمودار مشخص است که ولتاژ روشن ترانزیستور تقریباً 1.2 ولت است.
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
Id vs. Vg (Vd=10mV)
1 | In the Model Builder window, right-click 1D Plot Group 2 and choose Rename. |
2 | In the Rename 1D Plot Group dialog box, type Id vs. Vg (Vd=10mV) in the New label text field. |
3 | Click OK. |
ROOT
Now add an additional study to plot the source current as a function of drain voltage at a range of different gate voltages.
ADD STUDY
1 | In the Home toolbar, click  Add Study to open the Add Study window. |
2 | Go to the Add Study window. |
3 | Find the Studies subsection. In the Select Study tree, select General Studies>Stationary. |
4 | Click Add Study in the window toolbar. |
5 | In the Home toolbar, click  Add Study to close the Add Study window. |
STUDY 2
Step 1: Stationary
1 | In the Settings window for Stationary, click to expand the Values of Dependent Variables section. |
2 | Find the Initial values of variables solved for subsection. From the Settings list, choose User controlled. |
3 | From the Method list, choose Solution. |
4 | From the Study list, choose Study 1, Stationary. |
5 | از لیست مقدار پارامتر (Vg ( V), Vd (V)) 9 را انتخاب کنید: Vg=2 V، Vd=0.01 V. |
6 | قسمت Study Extensions را پیدا کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
7 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
8 |  روی افزودن کلیک کنید . |
در جدول، Vg را به عنوان پارامتر کمکی انتخاب کنید.
اکنون مطالعه را طوری تنظیم کنید که Vg را جارو کند.
9 |  روی Range کلیک کنید . |
10 | در کادر محاوره‌ای Range ، 2 را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
11 | در قسمت متن Step ، 1 را تایپ کنید . |
12 | در قسمت متن توقف ، 4 را تایپ کنید . |
13 | روی Replace کلیک کنید . |
14 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Study Extensions را پیدا کنید . |
15 |  روی افزودن کلیک کنید . |
در این حالت پارامتر کمکی پیش‌فرض، Vd، پارامتر مورد نظر برای جارو است.
16 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vd (ولتاژ تخلیه) | محدوده (0,0.25,1.5) 2 3 4 5 | V |
جابجایی داخلی بر روی Vd ، آخرین پارامتر، باید برای حل کننده ادامه استفاده شود، زیرا راه حل فقط کمی بین مقادیر نزدیک Vd تغییر می کند. حل کننده را طوری پیکربندی کنید که راه حل را از آخرین مرحله جابجایی پارامتر ادامه به عنوان مقدار اولیه برای مرحله بعدی برای پارامتر جابجایی بیرونی Vg دوباره استفاده کند .
17 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، Auto را انتخاب کنید . |
18 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
غلظت الکترون (نیمه)
با نگاه کردن به غلظت الکترون در مقادیر Vd 0، 1 و 5 ولت، قطع شدن کانال به وضوح قابل مشاهده است.
1 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
به طور پیش فرض نمودار نتایج را برای حالت Vd = 5 V و Vg = 4 V نشان می دهد.
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . مقدار پارامتر Vd را به 1 ولت و سپس به 0 ولت تغییر دهید ، هر بار روی دکمه Plot کلیک کنید تا ببینید نتایج چگونه تغییر می کند. |
3 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Electric Potential (نیمه) کلیک کنید . |
یک بار دیگر به نمودار برای مقادیر Vd 5 V، 1 V و 0 V نگاه کنید.
برای رسم جریان تخلیه در مقابل ولتاژ تخلیه، یک گروه طرح 1 بعدی دیگر اضافه کنید.
گروه طرح 1 بعدی 6
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، مرکز را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | روی 1D Plot Group 6 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 ترمینال |
4 | در نوار ابزار 1D Plot Group 6 ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار جریان تخلیه در مقابل ولتاژ تخلیه شکل معمولی دارد. اثرات کانال کوتاه را می توان در ولتاژهای گیت بزرگتر مشاهده کرد.
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
ID در مقابل Vd
1 | در پنجره Model Builder ، روی 1D Plot Group 6 کلیک راست کرده و Rename را انتخاب کنید . |
2 | در کادر محاوره‌ای Rename 1D Plot Group ، Id vs. Vd را در قسمت متن برچسب جدید تایپ کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
