 |
ویژگی های DC یک MESFET
این مدل ویژگی‌های ولتاژ جریان یک MESFET را با استفاده از فرمول‌بندی فقط حامل اکثریت مقایسه می‌کند.
معرفی
ماسفت ها و MESFET ها (ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی فلزی) بسیار مشابه عمل می کنند. در MESFET، دروازه یک اتصال یکسو کننده را تشکیل می دهد که باز شدن کانال را با تغییر عرض تخلیه اتصال کنترل می کند.
در این مدل ما پاسخ یک GaAs MESFET n دوپ شده را به ولتاژهای درین و گیت مختلف شبیه سازی می کنیم. برای یک ماده دوپ شده با n غلظت الکترون انتظار می‌رود که مرتبه‌ای بزرگتر از غلظت حفره باشد. بر این اساس، می توان از گزینه حامل اکثریت برای محاسبه یک راه حل دقیق با درجات آزادی کمتر استفاده کرد که معمولاً با استفاده از فرمول الکترون ها و حفره ها مورد نیاز است.
تعریف مدل
این مدل اثر فرمول حامل را بر روی محلول یک MESFET 2 بعدی بایاس با ولتاژهای مختلف گیت ( 0 ، 1 و 2 ولت) و تخلیه (از 0 تا 10 ولت) مقایسه می‌کند.
هندسه از یک بلوک 4 در 0.5 میکرومتر تشکیل شده است . کنتاکت شاتکی (دروازه) دارای طول 1 میکرومتر است . منبع (بالا سمت چپ) و تخلیه (بالا سمت راست) هر دو طولی برابر با 0.5 میکرومتر دارند . شکل 1 هندسه مدل را نشان می دهد.
شکل 1: هندسه MESFET مدل شده.
نتایج و بحث
شکل 2 جریان تخلیه را به عنوان تابعی از ولتاژ تخلیه برای هر دو مطالعه ترسیم می کند (الکترون ها و سوراخ ها و فقط حامل اکثریت). نتیجه یکسان است. توجه داشته باشید که تعداد درجات آزادی استفاده شده برای مطالعه اول (الکترون ها و حفره ها) 1.5 برابر بیشتر از تعداد درجات آزادی استفاده شده برای مطالعه دوم (فقط حامل اکثریت) است.
شکل 2: جریان تخلیه به عنوان تابعی از ولتاژ تخلیه برای الکترون ها و سوراخ ها و فقط برای حامل اکثریت (ستاره).
مسیر کتابخانه برنامه: Semiconductor_Module/Transistors/mesfet
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 . |
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 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
L | 1 یکی] | 1E-6 متر | طول دروازه |
Wd | 4 [یک] | 4E-6 متر | عرض دستگاه |
HD | 0.5 [یک] | 5E-7m | ارتفاع دستگاه |
Ws | 1 یکی] | 1E-6 متر | عرض منبع |
گردن | 1 یکی] | 1E-6 متر | عرض زهکشی |
Vg | 0 [V] | 0 V | ولتاژ دروازه |
Vd | 0 [V] | 0 V | ولتاژ تخلیه |
در مقابل | 0 [V] | 0 V | ولتاژ منبع |
Nd | 1e16[1/cm^3] | 1E22 1/m³ | دوپینگ |
هندسه 1
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 . |
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 ، Wd را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، Hd را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -Wd/2 را تایپ کنید . |
برای تعیین منبع، تخلیه و مخاطبین دروازه، نقاطی را اضافه کنید.
نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  نقطه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، -Wd/2+Ws/2 -L/2 L/2 Wd/2-Ws/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، Hd Hd Hd Hd را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک 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>GaAs – Gallium Arsenide 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)
تماس فلزی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Semiconductor (semi) کلیک راست کرده و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، بخش نوع تماس را پیدا کنید . |
3 | از لیست Type ، Ideal Schottky را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 5 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت ترمینال را پیدا کنید . در قسمت متنی V 0 ، -Vg را تایپ کنید . |
کنتاکت فلزی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، Vs را تایپ کنید . |
کنتاکت فلزی 3
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Metal Contact را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تماس فلزی ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، Vd را تایپ کنید . |
مدل تحلیلی دوپینگ 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Analytic Doping Model را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مدل تحلیلی دوپینگ ، بخش ناخالصی را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع ناخالصی ، دوپینگ اهداکننده (نوع n) را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی N D 0 ، Nd را تایپ کنید . |
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. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Recombination با کمک تله ، بخش Shockley-Read-Hall Recombination را پیدا کنید . |
4 | از لیست τ n ، User defined را انتخاب کنید . از لیست τ p ، User defined را انتخاب کنید . |
مش را کمی تنظیم کنید.
مش 1
اندازه
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 راست کلیک کرده و Edit Physics-Induced Sequence را انتخاب کنید .
سایز ۲
1 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
2 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
3 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
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 | 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 . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
یک جاروی ادامه کمکی برای پارامتر “Vd” تنظیم کنید.
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . |
2 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vg (ولتاژ گیت) | V |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vg (ولتاژ گیت) | 0 1 2 | V |
Vd (ولتاژ تخلیه) | محدوده (0،1،10) | V |
7 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
8 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، Auto را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
گروه طرح 1 بعدی 4
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 4 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_3 – 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_3 | آ | الکترون ها و سوراخ ها |
4 | در نوار ابزار 1D Plot Group 4 ، روی  Plot کلیک کنید . |
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 | 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 . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Study Extensions را پیدا کنید . |
2 | کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vg (ولتاژ گیت) | V |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
Vg (ولتاژ گیت) | 0 1 2 | V |
Vd (ولتاژ تخلیه) | محدوده (0،1،10) | V |
7 | از لیست نوع Sweep ، همه ترکیبات را انتخاب کنید . |
8 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، Auto را انتخاب کنید . |
نیمه هادی (نیمه)
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 راه حل ، فقط حامل های اکثریت را انتخاب کنید . |
مطالعه 2
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
جهانی 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>1D Plot Group 4 روی Global 1 راست کلیک کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
نیمه.I0_3 | آ | فقط حامل های اکثریت |
5 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، ستاره را انتخاب کنید . |
6 | از لیست موقعیت یابی ، Interpolated را انتخاب کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 4
1 | در پنجره Model Builder ، روی 1D Plot Group 4 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مربوطه، ولتاژ تخلیه (Vd) را تایپ کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، ترمینال جریان (A) را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار 1D Plot Group 4 ، روی  Plot کلیک کنید . |
