کوی توماس موبیلیتی

این مثال نحوه استفاده از مدل اشباع میدان بالا Caughey-Thomas را برای تحرک الکترون و حفره نشان می دهد. تحرک وابسته به میدان مسئله ای را که در حال حاضر بسیار غیرخطی است و حتی غیرخطی تر می سازد. رابط فیزیک نیمه هادی به طور خودکار یک دنباله حل پیشنهادی را برای همگرایی بهتر در هنگام استفاده از یک مدل تحرک وابسته به میدان داخلی ایجاد می کند.

معرفی

با افزایش مولفه موازی میدان اعمال شده، حامل ها می توانند انرژی هایی بالاتر از انرژی حرارتی محیط به دست آورند و سپس انرژی به دست آمده از میدان را با انتشار فونون نوری به شبکه انتقال دهند. این اثر منجر به اشباع سرعت حامل ها می شود.

مدل تحرک Caughey-Thomas بر اساس معادلات ارائه شده در Ref. 1 .

تحرک الکترون ( μn ,ct ) و سوراخ ( μp ,ct ) با معادلات زیر تعیین می شود:

در اینجا T دمای شبکه است، μ in، n و μ in، p تحرک ورودی الکترون و حفره هستند، و F n و F p نیروهای محرک برای الکترون ها و حفره ها هستند (چند گزینه موجود است، پیش فرض Fn = است. E || ،n و F p = E || ،p ، که در آن E || ، n بزرگی مؤلفه میدان الکتریکی موازی با جریان الکترون و E || ، p است.مقدار مولفه میدان الکتریکی موازی با جریان سوراخ است). تمام پارامترهای دیگر در مدل خواص مواد هستند (توجه داشته باشید که v 0 ، n و v 0 ، p سرعت اشباع الکترون ها و حفره ها در دمای مرجع T ref هستند و دارای واحدهای m/s هستند). خواص مواد برای سیلیکون نیز از Ref. 1 .

تعریف مدل

این مدل یک منطقه کانال ساده شده یک ماسفت دو بعدی را نشان می‌دهد که درین و منبع n دوپ شده به ترتیب در سمت چپ و راست هندسه قرار دارند. شکل 1 را ببینید . گیت در بالای بخش سیلیکونی دوپ شده p قرار گرفته است که در مرکز دستگاه قرار دارد.

این مدل شامل جارو کردن ولتاژ تخلیه به منبع از 0 ولت تا 1 ولت در زیر یک ولتاژ دروازه به منبع 0 ولت است. جارو کردن ولتاژ تخلیه یک میدان الکتریکی قابل توجهی در سمت چپ دروازه در محل اتصال pn ایجاد می‌کند.

شکل 1: شماتیک دستگاه مدل شده.

مدل‌های تحرک وابسته به میدان بسیار غیرخطی هستند و حل آنها به صورت کاملاً جفت شده دشوار است. رابط فیزیک نیمه هادی به طور خودکار یک دنباله حل پیشنهادی را هنگام استفاده از مدل های تحرک وابسته به میدان داخلی ایجاد می کند. این دنباله حل پیشنهادی به طور متناوب متغیرهای وابسته اصلی را با متغیرهای میدان الکتریکی ثابت حل می کند و سپس متغیرهای میدان الکتریکی را پس از آن با استفاده از حل کننده Segregated به روز می کند. به طور پیش فرض از 3 تکرار استفاده می شود، اما بسته به مدل، ممکن است تکرارهای بیشتری مورد نیاز باشد. برای این مدل از 4 تکرار برای دقت بهتر استفاده خواهیم کرد.

نتایج و بحث

شکل 2 تأثیر مدل تحرک Caughey-Thomas را بر روی محلول نشان می دهد. مقایسه تحرک ثابت (نیروهای محرک Fn و F p در 0 ضرب می‌شوند) و مدل تحرک Caughey-Thomas ( Fn و F p ضرب در 1) یک اثر اشباع بارزتر را برای مدل Caughey-Thomas نشان می‌دهد .

شکل 3 نشان می دهد که تحرک الکترون به طور قابل ملاحظه ای در طول دستگاه متفاوت است. تحرک الکترون 3 مرتبه قدر کمتر در مجاورت محل اتصال زهکشی به دروازه است که در نتیجه میدان الکتریکی بالای ایجاد شده توسط پتانسیل اعمال شده در تماس تخلیه است.

شکل 4 و شکل 5 اثر مدل تحرک را بر سرعت رانش الکترون نشان می دهد. شکل 4 سرعت رانش الکترون را برای مدل تحرک Caughey-Thomas ( Fn و F p ضرب در 1) و شکل 5 برای مدل تحرک ثابت ( Fn و F p ضرب در 0) نشان می دهد. مقایسه این دو شکل به وضوح کاهش مهم سرعت رانش الکترون را با در نظر گرفتن اثر میدان نشان می دهد.

شکل 2: مقایسه جریان ترمینال برای تحرک ثابت و تحرک Caughey-Thomas. جریان کمتر است و با سرعت بیشتری کاهش می یابد، زیرا وقتی میدان الکتریکی زیاد است، تحرک کاهش می یابد.

شکل 3: نمودار تحرک الکترون در ولتاژ منبع تخلیه 1 ولت. تحرک در دامنه مدل سازی 3 مرتبه بزرگی تغییر می کند.

شکل 4: نمودار سرعت رانش الکترون با استفاده از تحرک Caughey-Thomas. سرعت رانش به سختی از 1 × 10 5 متر بر ثانیه تجاوز می کند.

شکل 5: نمودار سرعت رانش الکترون برای حالت تحرک ثابت. از آنجایی که با افزایش میدان الکتریکی تحرک کاهش نمی یابد، سرعت رانش بسیار زیاد می شود.

ارجاع

1. C. Canali, G. Majni, R. Minder, and G. Ottaviani, “Electron and Hole Drift Velocity Measurements in Silicon and their Empirical Relation to Electric Field and Temperature,” IEEE Transactions on Electron Devices , vol. 22، شماره 11، صفحات 1045-1047، 1975.

به تصحیح در: G. Ottaviani، “اصلاح اندازه گیری های سرعت رانش الکترون و حفره در سیلیکون و رابطه تجربی آنها با میدان الکتریکی و دما”، IEEE Transactions on Electron Devices , vol. 23، شماره 9، ص 1113، 1976.

Semiconductor_Module/Transistors/caughey_thomas_mobility

دستورالعمل های مدل سازی

از منوی ، انتخاب کنید .

جدید

در پنجره ، روی

کلیک کنید .

مدل جادوگر

در پنجره

کلیک کنید .

در درخت ، را انتخاب کنید .

کلیک کنید .

در درخت ، انتخاب کنید .

کلیک کنید .

پارامترهای مدل را وارد کنید.

تعاریف جهانی

پارامترهای 1

در پنجره ، در قسمت کلیک کنید .

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:


نام	اصطلاح	ارزش	شرح
Wfin	10[nm]	1E-8 متر	ارتفاع
Lg	100[nm]	1E-7 متر	عرض
سم	1[nm]	1E-9 متر	ضخامت اکسید دروازه
Vds	0 [V]	0 V	ولتاژ منبع تخلیه
Vgs	0 [V]	0 V	ولتاژ منبع گیت
ds	0	0	پارامتر ادامه

هندسه مدل ایجاد کنید که یک منطقه کانال ساده شده یک ترانزیستور اثر میدان را نشان می دهد.

هندسه 1

در پنجره ، در قسمت کلیک کنید .

در پنجره ، بخش را پیدا کنید .

از لیست ، انتخاب کنید .

مستطیل 1 (r1)

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید .

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

در قسمت متن Lg را تایپ کنید .

در قسمت متن Wfin/2 را تایپ کنید .

مستطیل 2 (r2)

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید .

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

در قسمت متن Wfin/2 را تایپ کنید .

پیدا کنید . در قسمت متن -1 را تایپ کنید .

مستطیل 3 (r3)

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید .

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

در قسمت متن Wfin/2 را تایپ کنید .

پیدا کنید . در قسمت متن Lg را تایپ کنید .

کلیک کنید .

خواص مواد سیلیکونی داخلی را اضافه کنید.

مواد را اضافه کنید

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید تا پنجره باز شود .

به پنجره بروید .

در درخت، را انتخاب کنید .

در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید تا پنجره بسته شود .

وارد تنظیمات فیزیک شوید.

نیمه هادی (نیمه)

در پنجره ، در قسمت کلیک کنید .

در پنجره for ، روی قسمت کلیک کنید .

در قسمت متن C p ، ds را تایپ کنید .

مدل تحلیلی دوپینگ 1

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و انتخاب کنید .

فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

از لیست ، را انتخاب کنید .

در قسمت متنی N D 0 ، 1e19[1/cm^3] را تایپ کنید .

دوپینگ تحلیلی مدل 2

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و انتخاب کنید .

فقط دامنه 2 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

در قسمت متنی N A 0 ، 1e15[1/cm^3] را تایپ کنید .

تماس فلزی 1

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و را انتخاب کنید .

فقط مرز 1 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، قسمت را پیدا کنید .

در قسمت متن V 0 ، Vds را تایپ کنید .

کنتاکت فلزی 2

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و را انتخاب کنید .

فقط مرز 10 را انتخاب کنید.

دروازه عایق نازک 1

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و انتخاب کنید .

فقط مرز 6 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، قسمت را پیدا کنید .

در قسمت متن V 0 ، Vgs را تایپ کنید .

را پیدا کنید . در قسمت متن ε ins 3.9 را تایپ کنید .

در قسمت متن d ins ، tox را تایپ کنید .

مواد نیمه هادی مدل 1

در پنجره ، روی کلیک کنید .

مدل تحرک Caughey-Thomas (E) 1

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید و را انتخاب کنید .

در پنجره برای ، برای گسترش بخش کلیک کنید .

از لیست ، گزینه انتخاب کنید .

فراموش نکنید که مدل تحرک را در گره Semiconductor Material Model انتخاب کنید، در غیر این صورت زیرگره مدل تحرک تاثیری ندارد.

مواد نیمه هادی مدل 1

در پنجره ، روی کلیک کنید .

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

از لیست μ n ، را انتخاب کنید .

از لیست μ p ، را انتخاب کنید .

به صورت اختیاری از فرمول ثبت المان محدود برای محاسبه این مدل استفاده کنید.

در پنجره ، روی کلیک کنید .

در پنجره for ، روی قسمت کلیک کنید .

از لیست ، را انتخاب کنید .

یک مش تعریف شده توسط کاربر را تنظیم کنید.

مش 1

نقشه برداری 1

در نوار ابزار ، روی

کلیک کنید .

در پنجره برای ، برای گسترش بخش کلیک کنید .

تیک را انتخاب کنید .

توزیع 1

کلیک راست کرده و انتخاب کنید .

فقط مرزهای 1، 4 و 10 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

از لیست ، انتخاب کنید .

در قسمت متنی 20 را تایپ کنید .

در قسمت متن 5 را تایپ کنید .

از لیست ، انتخاب کنید .

تیک را انتخاب کنید .

توزیع 2

در پنجره کلیک راست کرده و انتخاب کنید .

فقط مرزهای 3 و 9 را انتخاب کنید.

توزیع 3

کلیک راست کرده و انتخاب کنید .

فقط مرز 6 را انتخاب کنید.

در پنجره برای ، بخش را پیدا کنید .

از لیست ، انتخاب کنید .

در قسمت متنی 50 را تایپ کنید .

در قسمت متن 25 را تایپ کنید .

از لیست ، انتخاب کنید .

را انتخاب کنید .

یک جارو کمکی برای پارامتر ds با مقدار 0 برای تحرک ثابت و 1 برای مدل تحرک تنظیم کنید .

مطالعه 1

مرحله 1: ثابت

در پنجره ، در بخش کلیک کنید .

در پنجره برای ، برای گسترش بخش کلیک کنید .

را انتخاب کنید .

کلیک کنید .

در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:


نام پارامتر	لیست مقادیر پارامتر	واحد پارامتر
Vds (ولتاژ منبع تخلیه)		V

کلیک کنید .

در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:


نام پارامتر	لیست مقادیر پارامتر	واحد پارامتر
Vds (ولتاژ منبع تخلیه)	محدوده (0,0.1,1)	V
ds (پارامتر ادامه)	0 1

از لیست ، انتخاب کنید .

از لیست انتخاب کنید .

مدل‌های تحرک وابسته به میدان بسیار غیرخطی هستند و حل آنها به صورت کاملاً جفت شده دشوار است. رابط فیزیک نیمه هادی به طور خودکار یک دنباله حل پیشنهادی را هنگام استفاده از مدل های تحرک وابسته به میدان داخلی ایجاد می کند. این دنباله حل‌کننده پیشنهادی به طور متناوب متغیرهای وابسته اصلی را با متغیرهای میدان الکتریکی ثابت حل می‌کند و سپس متغیرهای میدان الکتریکی را با استفاده از حل‌کننده Segregated به‌روزرسانی می‌کند. به طور پیش فرض از 3 تکرار استفاده می شود، اما بسته به مدل، ممکن است تکرارهای بیشتری مورد نیاز باشد. برای این مدل از 4 تکرار برای دقت بهتر استفاده خواهیم کرد.

راه حل 1 (sol1)

در نوار ابزار ، روی