Semiconductor device modelling

Snowden, C.M.

doi:10.1088/0034-4885/48/2/002

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“…These models are based on the drift-diffusion equation system [28]. It can be written in the following general form:…”

Section: Models and Simulation Methodsmentioning

confidence: 99%

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Numerical Drift-Diffusion Simulation of GaAs p-i-n and Schottky-Barrier Photodiodes for High-Speed AIIIBV On-Chip Optical Interconnections

Pisarenko

Ryndin

2016

Electronics

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Abstract:In this paper, we consider the problem of the research and development of high-speed semiconductor photodetectors suitable for operation as parts of on-chip optical interconnections together with the high-speed laser modulators based on the A III B V nanoheterostructures. This research is aimed at the development of the models and modelling aids designed for the simulation of carrier transport and accumulation processes taking place in on-chip photosensitive devices during the detection of subpicosecond laser pulses. Another aim of the paper is to apply the aforementioned aids for the investigation of GaAs p-i-n and Schottky-barrier photodiodes. We propose the non-stationary drift-diffusion models, an original numerical simulation technique and the applied software allowing one to simulate the photosensitive devices with different electrophysical, constructive and technological parameters. We have taken into account different kinds of carrier generation and recombination processes, the effects of electron intervalley transition and carrier drift velocity saturation in order to improve the simulation results' adequacy. We have concluded that the influence of these effects on the performance of photodetectors for on-chip optical interconnections is significant. The response time of GaAs p-i-n and Schottky-barrier photodiodes calculated taking into account the drift velocity dependence on electric field intensity is insufficient for the adequate detection of subpicosecond laser pulses. According to the simulation results, it is reasonable to develop the methods aimed at the increase in the drift velocity of charge carriers in the photodetector active region by means of built-in electric field reduction.

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“…These models are based on the drift-diffusion equation system [28]. It can be written in the following general form:…”

Section: Models and Simulation Methodsmentioning

confidence: 99%

“…We consider the finite difference numerical method [28] in this paper. There are various difference methods suitable for the discretization of time derivatives included in continuity Equations (1) and (2).…”

Section: Models and Simulation Methodsmentioning

confidence: 99%

Numerical Drift-Diffusion Simulation of GaAs p-i-n and Schottky-Barrier Photodiodes for High-Speed AIIIBV On-Chip Optical Interconnections

Pisarenko

Ryndin

2016

Electronics

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“…A quasi-two-dimensional (Q2D) modeling approach, used successfully to model compound semiconductor microwave MESFETs and HEMTs [6]- [9], achieves the simplicity, speed and robustness of physical compact models, while providing an accurate model by taking into account the most important physical phenomena occurring in the device. The two main existing approaches to modeling the intrinsic LDMOS transistor are both based on the drift-diffusion approximation (neglecting hot carriers) and centered on either the inversioncharge (IC) or surface-potential (SP) of the MOSFET channel.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Fast physical models for LDMOS power transistor characterization

Everett

Kearney

Johnson³

et al. 2011

2011 IEEE MTT-S International Microwave Symposium

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-A new quasi-two-dimensional (Q2D) model is described for microwave laterally diffused MOS (LDMOS) power transistors. A set of one-dimensional energy transport equations are solved across a two-dimensional cross-section in a "current-driven" form. This process-oriented nonlinear model accounts for thermal effects, avalanche breakdown and gate conduction. It accurately predicts DC and microwave characteristics as demonstrated by comparison with measured DC characteristics, transconductance, forward gain, S 21 , and large-signal gate and drain charges for a LDMOS transistor. The model is fast, taking less than 30 ms to extract a 50 point DC I DS -V DS characteristic and less than 5 ms to produce S-parameters at a single frequency.Index Terms -Field Effect transistor (FET), laterally diffused MOS (LDMOS), quasi-two-dimensional (Q2D), transistor model.

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“…Um dos modelos físicos mais utilizados consiste na resolução das equações de Poisson e da continuidade (Modelo Clássico [6]). Um método comumente utilizado na solução dessas equações consiste em suas discretizações usando o método de diferenças finitas em uma malha uniforme bidimensional.…”

Section: Introductionunclassified

A Importância da Condição Inicial e do Pré-Condicionamento na Simulação de Dispositivos Semicondutores

Vaz¹,

Machado

2004

TEMA - Tendências Em Matemática Aplicada E Computacional

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Resumo. Na simulação de dispositivos semicondutores são obtidos sistemas de equações em que as matrizes possuem dimensões elevadas, são esparsas, assimétricas e mal-condicionadas. Neste trabalho, apresentaremos como a solução desses sistemasé influenciada pelo pré-condicionamento do sistema e qual a melhor condição inicial para garantirmos uma convergência com um número menor de iterações. IntroduçãoAtualmente, um dos dispositivos semicondutores mais utilizados em aplicações analógicas e digitaisé o Transistor de Efeito de Campo de Semicondutor e Metal -MESFET. Este dispositivoé praticamente indispensável em aplicações eletrônicas de alta velocidade, tais como sistemas de comunicações com fibrasópticas e satélites, telefonia celular, etc [3].A necessidade de reduzir o tempo e o custo do desenvolvimento de tais dispositivos tem levado a um crescente interesse em modelá-los e predizer o seu desempenho antes de sua fabricação. Uma categoria de modelo com essas características e que utiliza uma representação mais exata do dispositivoé o modelo do dispositivo físico. Este tipo de modelo descreve o dispositivo em termos da física do transporte de portadores (as equações dos semicondutores), sendo assim possível relacionar a geometria e as propriedades dos materiais ao desempenho elétrico do dispositivo [7].Um dos modelos físicos mais utilizados consiste na resolução das equações de Poisson e da continuidade (Modelo Clássico [6]). Um método comumente utilizado na solução dessas equações consiste em suas discretizações usando o método de diferenças finitas em uma malha uniforme bidimensional. As equações obtidas são então resolvidas através de um processo auto-consistente, alternando a solução de cada equação (Poisson e continuidade) até a convergência ser alcançada dentro de um limite pré-definido (Método de Gummel [4]).

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Semiconductor device modelling

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Numerical Drift-Diffusion Simulation of GaAs p-i-n and Schottky-Barrier Photodiodes for High-Speed AIIIBV On-Chip Optical Interconnections

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Fast physical models for LDMOS power transistor characterization

A Importância da Condição Inicial e do Pré-Condicionamento na Simulação de Dispositivos Semicondutores

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