Semiconductor Module

Pour une Analyse Détaillée des Composants Semiconducteurs

Semiconductor Module

Fonctionnement d'un transistor lorsque la tension de grille appliquée active le dispositif, puis détermine le courant de saturation du drain.

MOSFET, MESFET et Diodes Schottky

Le Semiconductor Module permet une analyse détaillée du fonctionnement de composants semiconducteurs. Le module repose sur les équations de dérive-diffusion et sur des modèles de transport isothermes et non isothermes. Grâce à lui, vous pouvez simuler une gamme de composants usuels : transistors à effet de champ à semiconducteur métallique (MESFET), transistors bipolaires, transistors à effet de champ à semiconducteur métal-oxyde (MOSFET), diodes Schottky, thyristors et jonctions P-N.

Les effets multiphysiques influencent les performances des composants semiconducteurs. Le fabrication des semiconducteurs s'effectue généralement à de hautes températures. Par conséquent, des contraintes d'origine thermique peuvent apparaitre dans les matériaux. De plus, ces composants à haute puissance peuvent générer une quantité considérable de chaleur. Le Semiconductor Module permet de modéliser un composant semiconducteur dans l'interface de COMSOL et d'intégrer facilement des effets physiques variés. Vous pouvez manipuler les équations des modèles à tout moment et êtes entièrement libre de préciser les effets non prédéfinis dans le module.


Images Supplémentaires

  • Caractéristiques DC d'un transistor MOS démontrant le fonctionnement du transistor lorsque la tension de grille appliquée active le composant, puis détermine le courant de saturation du drain. Caractéristiques DC d'un transistor MOS démontrant le fonctionnement du transistor lorsque la tension de grille appliquée active le composant, puis détermine le courant de saturation du drain.

Utiliser la Discrétisation en Eléments Finis ou en Volumes Finis

Vous pouvez utiliser la méthode des éléments finis ou des volumes finis lorsque vous modélisez le transport des trous et des électrons dans le Semiconductor Module. Chaque méthode présente ses avantages et ses inconvénients :

  • Discrétisation par les Volumes Finis : La discrétisation par la méthodes des volumes finis dans la modélisation des composants semiconducteurs conserve intrinsèquement le courant. Par conséquent, elle offre le résultat le plus précis pour la densité du courant des porteurs de charge. Le Semiconductor Module s'appuie sur un schéma Scharfetter-Gummel en amont pour les équations des porteurs de charge. Il génère une solution qui reste constante dans chaque élément de maillage pour que les flux puissent être construits uniquement sur les faces de maillage adjacentes à deux éléments de maillage. Comme les produits de la suite COMSOL reposent sur la méthode des éléments finis, la configuration de modèles multiphysiques peut se révéler plus complexe.

  • Discrétisation par les Volumes Finis : La méthode des éléments finis est une méthode de conservation d'énergie. De ce fait, la conservation du courant n'est pas implicite dans la technique. Pour obtenir des courants précis, il peut s'avérer nécessaire de réduire les tolérances par défaut du solveur ou d'affiner votre maillage. Afin d'optimiser la stabilité numérique, la méthode de stabilisation par les moindres carrés de Galerkin est appliquée lorsque vous résolvez des problèmes de physique dans des composants semiconducteurs. La modélisation des composants semiconducteurs à l'aide de la méthode des éléments finis permet de coupler facilement votre modèle de semiconducteur avec d'autres physiques, telles que le transfert thermique ou la mécanique des solides.

Vous Pouvez Simuler Tous les Types de Semiconducteurs

Le Semiconductor Module est conçu pour simuler des composants semiconducteurs à des échelles de l'ordre de quelques centaines de nm ou plus, modélisés au travers d'une approche classique de dérive-diffusion avec des équations aux dérivées partielles. Plusieurs interfaces physique spécifiques permettent de préciser données d'entrée, équations et conditions aux limites. Il s'agit d'interfaces servant à modéliser le transport d'électrons et de trous dans les composants semiconducteurs et leur comportement électrostatique. Il est également possible de coupler une simulation de semiconducteurs avec un circuit électrique au format SPICE.

L'interface Semiconducteur permet de résoudre l'équation de Poisson avec les équations de continuité pour les porteurs de charge. Elle résout les concentrations d'électrons et de trous de manière explicite. Vous pouvez résoudre votre modèle à l'aide de la méthode des volumes finis ou des éléments finis. L'interface Semiconducteur offre des modèles de matériau pour les matériaux semiconducteurs et isolants. Elle propose également des conditions aux limites pour les contacts ohmiques, les contacts, les grilles Schottky et un large éventail de conditions aux limites en électrostatique.

Les fonctionnalités de l'interface Semiconducteur utilisent une définition de la mobilité limitée par la diffusion des porteurs de charge dans le matériau. Le Semiconductor Module comprend plusieurs modèles de mobilité prédéfinis et permet de créer des modèles personnalisés et définis par l'utilisateur. Ces modèles peuvent être combinés de façon arbitraire. Chaque modèle de mobilité définit une mobilité pour les électrons de sortie et les trous. La mobilité de sortie est utilisable en donnée d'entrée dans d'autres modèles de mobilité. Les équations permettent de combiner des mobilités, à l'aide de la règle de Matthiessen, par exemple. L'interface Semiconducteur propose également des fonctionnalités pour ajouter une recombinaison d'Auger, directe et de Shockley-Read Hall à un domaine semiconducteur. Vous pouvez aussi définir votre propre taux de recombinaison.

La définition de la distribution du dopage est essentielle dans la modélisation des composants semiconducteurs. A cette fin, le Semiconductor Module propose un modèle de dopage. Vous pouvez configurer des profils de dopage constants et définis par l’utilisateur ou recourir à un profil de dopage Gaussien approximatif. Il est très facile d'importer des données de sources externes dans COMSOL Multiphysics®, qui peuvent être traitées par des fonctions d'interpolation intégrées.

Outre l'interface Semiconducteur, le Semiconductor Module comporte des options en électrostatique, disponibles dans l'interface Semiconducteur et dans l'interface Electrostatique. Les simulations de composants intégrés dasn un dispositif électrique sont possibles grâce à une interface pour les circuits électriques définies au format SPICE. Le Semiconductor Module contient une base de données de matériaux. Chaque modèle est accompagné d'une documentation contenant des informations théoriques et des instructions pas à pas expliquant comment créer le modèle. Les modèles sont disponibles dans COMSOL sous la forme de fichiers MPH que vous pouvez ouvrir pour mieux les étudier. Vous pouvez suivre les instructions pas à pas et utiliser les modèles réels comme modèle de base pour vos propres applications et activités de modélisation.

PN-Diode Circuit

DC Characteristics of a MOS Transistor (MOSFET)

Wavelength Tunable LED

Breakdown in a MOSFET

PN-Junction 1D

DC Characteristics of a MESFET

Lombardi Surface Mobility

Caughey-Thomas Mobility

Bipolar Transistor

Heterojunction 1D