Physikalisches Wissen um die Bauelementsimulation, qualitatives Verständnis der Grenzen der unterschiedlichen Transportmodelle, Modellierungmöglichkeiten der Transportparameter, Gewinnung eines Überblicks über die wichtigsten numerischen Methoden wie Diskretisierung, Newtonverfahren und Gleichungslöser, Anwendung der vermittelten Methoden in einem realen Bauelementsimulator anhand konkreter Beispiele (Dioden, Bipolar- und MOS-Transistoren).
Die Modellierung des elektrischen Verhaltens moderner Bauelemente ist mit analytischen Modellen nur qualitativ möglich. Um eine wesentlich genauere Beschreibungen zu erhalten werden deshalb die Halbleitergleichungen auf einem geeigneten Simulationsgitter numerisch gelöst. Diese Lehrveranstaltung behandelt die dazu notwendigen physikalischen und mathematischen Grundlagen. Im Übungsteil werden reale Bauelemente mit einem auf diesen Methoden basierenden Bauelementsimulator berechnet. Modellierung: Boltzmanngleichung, Momentenmethode, Drift-Diffusions- und das Energietransport-Modell. Randbedingungen, Kontakte, Grenzflächenmodelle und Heteroübergänge. Selbsterwärmungseffekte und Wärmeleitungsgleichung, thermische Randbedingungen. Modellierung der Bandstrukturparameter, Verspannungseffekte, Legierungseffekte, Beweglichkeit, Streuprozesse, Kanalquantisierung. Numerische Methoden: Diskretisierung partieller Differentialgleichungen (finite Differenzen- und Boxintegrations-Methode), Dämpfung und Konverenz des Newtonverfahrens, linearisierte Kleinsignalanalyse, Einführung in die Monte Carlo Methode. Simulation: Stromloser Fall und kapazitive Bauelement-Eigenschaften, linearer und nichtlinearer Bereich, Durchbruchverhalten. Statische und dynamische Eigenschaften, Verhalten im Frequenzbereich. Unipolare und bipolare Bauelemente, Heterostruktur-Bauelemente, Teilschaltungen, Koppelung mit Schaltungs-Simulation. Koppelung mit Prozess-Simulation, Simulationsumgebungen, Technologie-CAD, Optimierung.
Vorbesprechung: im Rahmen der ersten Vorlesung am 14. März 2016
Zeit: Montag, 9:15-11:00
Ort: Seminarraum des Institutes für Mikroelektronik, CD 0520.
Für eine Teilnahme an der Lehrveranstaltung ist eine Anmeldung in TISS erforderlich.
