COMSOL Multiphysics® 5.3

Release Highlights

Semiconductor Module Updates

Semiconductor 모듈의 사용자를 위해, COMSOL Multiphyics® 5.3버전은 양자 역학 문제와 여러 새로운 모델을 위한 새로운 Schrödinger Equation 물리 인터페이스를 제공합니다. 더 자세한 내용은 아래의 Semiconductor 모듈 업데이트 살펴보십시오.

New Physics Interface: Schrödinger Equation


새롭게 추가된 Schrödinger Equation 인터페이스는 1차원, 2차원, 그리고 3차원에서 일반적 양자 역학 문제뿐만 아니라 엔빌로프 함수 추정법(envelope function approximation)하에 양자로 제한된 시스템에 전자와 홀 파동 함수(hole wave functions)에 대한 단일 입자 슈레딩거 식(Schrödinger Equation)을 해석합니다. 모델을 쉽게 설정하고, 결합된 상태의 고유에너지와 붕괴 준위, 투과 및 반사 계수, 공명 터널 조건, 그리고 초 격자 구조의 유효 밴드 갭(Band gap)과 같이 다양한 상황에서 관련 수치를 계산하는데 적당한 경계 조건과 해석 종류가 사용됩니다. 이렇게 다양한 내장 기능들의 사용 설명에 도움을 주기 위해서 두 새로운 예제가 Semiconductor 모듈에 포함되어 있습니다.

양자선에서 준 결합 상태의 붕괴.
조화 전위의 파속.
초격자에서 블로흐파(Bloch wave) 함수.
1차원 이중장벽을 통한 공명 터널.

스크린샷 보기

Schrödinger equation 예제 모델링에 대한 Application Library 경로

Semiconductor_Module/Verification_Examples/double_barrier_1d

Other Performance Improvements

Current-Driven Metal Contacts
새로운 공식은 전류 구동 금속 접촉 경계조건을 가진 모델에서 더 쉽게 수렴되도록 합니다.

More Options for Trap Density Specification
각 트랩 종 종류에 대해, 트랩 밀도들의 합 이외에도, 각 개별 기여도는 해당 드롭-다운 메뉴에서 옵션으로 사용할 수 있습니다.

User-Defined Impact Ionization Model
사용자 정의 모델은 충돌 이온화 기능을 이용할 수 있습니다.

New Application: Superlattice Band Gap Tool

초 격자 밴드 갭(band gap) 도구는 두 개의 교대 반도체 재료로 만들어진 주기적인 구조의 설계를 지원합니다. 이 도구는 주어진 초 격자 구조물에서 전자와 홀 바닥 상태 에너지 준위를 추정하기 위해 유효 질량 슈레딩거 식을 사용합니다. 소자 엔지니어는 주어진 주기적 구조물에 대해서 유효 밴드 갭을 빠르게 계산하기 위해서거나 원하는 밴드 갭 값에 도달할 때까지 설계 매개변수를 반복하기 위해 이 도구를 사용할 수 있습니다.

앱을 사용하기 위해, 장벽 층과 구덩이(well)의 길이, 이러한 층의 전자와 홀에 대한 유효 질량, 밴드 갭, 그리고 전도띠 오프셋(Conduction band offset)을 포함하여 원하는 초 격자 매개변수를 입력합니다. 원자가띠 오프셋(Valence band offset)은 자동적으로 업데이트되며, 앱 사용자가 양성 여부를 확인해야만 합니다. 사용자는 또한 해석에서 사용될 최대 메시 요소 크기를 조절할 수 있습니다. Compute 버튼을 클릭하면 유효 밴드 갭과 전도띠 및 원자가띠 끝(Conduction and valance band edge)의 변화를 계산할 수 있습니다. 전자와 홀 파동 함수는 그래픽 창에서 그림을 나타낼 수 있습니다.

스크린샷 보기

Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Applications/superlattice_band_gap_tool

New Tutorial Model: Double Barrier 1D

이중 장벽 구조는 공명 터널 다이오드 같이 반도체 장비에서 응용분야이기 때문에 중요합니다.

이 검증 예제는 준 결합 상태와 시간 변화, 공명 터널링 현상, 그리고 에너지 함수로서 전달을 해석하기 위해 간단한 1차원 GaAs/AlGaAs 이중 장벽 구조를 설정하는 Schrödinger Equation 인터페이스를 보여줍니다. 모델 결과는 공명 터널 조건과 준 결합 상태에 대해 계산된 고유에너지뿐만 아니라 계산된 투과 계수에 대해 해석 결과가 매우 잘 맞는 것을 보여줍니다.

1차원 이중 장벽에서 준 결합 상태의 붕괴
Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Verification_Examples/double_barrier_1d

New Multiphysics Tutorial Model: ISFET


감이온 전계효과 트렌지스터(ISFET)는 MOSFET 의 게이트 접점을 관심 있는 전해질로 대체하여 구성됩니다. 전해질에서 특정 이온 종의 농도는 게이트 유전체와 이온 사이에 상호작용 때문에 게이트 전위에서 변화를 측정하여 정의될 수 있습니다. ISFET pH 센서의 예제는 전해질 모델과 반도체 모델 사이에 연동을 설정하는 과정을 설명합니다. 또한 실제 피드백 회로를 명시적으로 모델링할 필요 없이 간단한 전역 식을 사용하여 운전 매개변수를 추출하는 기술을 보여줍니다.

주의: Semiconductor 모듈과 함께 예제를 위해 다음 중에 하나는 필요합니다: Batteries & Fuel Cells 모듈, Chemical Reaction Engineering 모듈, Corrosion 모듈, Electrochemistry 모듈, Electrodeposition 모듈, 또는 Microfluidics 모듈.

ISFET에서 전기 전위

ISFET에서 전기 전위

Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Devices/isfet

New Tutorial Model: MOSCAP 1D

모스(metal-silicon-oxide, MOS) 구조는 많은 실리콘 평면 소자의 기본 구성 요소입니다. 이것의 정전용량 측정은 이러한 장치의 작동 원리에 대한 풍부한 통찰력을 제공합니다. 이 예제는 모스 캐패시터(MOSCAP)를 간단히 1D으로 구성하고, 저주파와 고주파 C-V 곡선 모두를 계산합니다.

MOSCAP의 저주파와 고주파 C-V 곡선

MOSCAP의 저주파와 고주파 C-V 곡선

Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Devices/moscap_1d

New Tutorial Model: Si Solar Cell 1D

이 예제 모델은 Semiconductor 모듈로 반도체 해석을 설정하고 수행하기 위한 기본적인 단계를 설명하는 실리콘 태양 전지의 간단한 1차원 모델을 사용합니다. 사용자 정의 식은 광 생성 속도를 위해 사용되며, 결과는 태양전지의 일반적인 I-V 와 P-V 곡선을 보여줍니다.

광전지 효과로부터 캐리어 생성 메커니즘은 상세히 모델링 되지 않았습니다. 대신에, 간략화하여, 임의의 사용자 정의 식이 생성 속도에 사용됩니다. 게다가, 쇼클리-리드-홀(Shockley-Read-Hall) 모델은 주된 재결합 효과를 얻기 위해 사용됩니다. 일반적인 운전 조건하에, 광 발생 캐리어는 p-n 접합부의 고갈 영역의 각 측면에 휩쓸리게 됩니다. 작은 순방향 바이어스(bias) 전위는 광전류의 제품에서 주어지고 전위에 적용된 전력을 추출하기 위해 적용되었습니다.

스크린샷 보기

Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Devices/si_solar_cell_1d

Updated Tutorial Model: Bipolar Transistor Thermal

Thermal Analysis of a Bipolar Transistor model를 업데이트하여, 반도체 소자 전체에 걸쳐 일정하지 않은 온도의 영향을 해석합니다. Semiconductor 인터페이스는 Heat Transfer in Solids 인터페이스에서 사용된 열원을 제공하며, Semiconductor 인터페이스에서 사용된 온도 분포는 Heat Transfer in Solids 인터페이스에서 계산됩니다. 해석은 고출력에서 더 높은 온도에 도달할 수 있으므로 열 효과가 더 가시적으로 나타나는 해석을 할 수 있습니다.

양극성 트랜지스터에서 전위(위쪽) 그리고 온도(아래쪽) 분포.

양극성 트랜지스터에서 전위(위쪽) 그리고 온도(아래쪽) 분포.

Application Library 경로:

Semiconductor_Module/Devices/bipolar_transistor_thermal