一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法，针对不同对象的网格优化与偏微分方程组求解交替进行，将网格优化分成通用网格优化与隧穿网格优化两个过程，提高了非局域量子隧穿关联项的数值计算精度，具体思想是依据量子隧穿器件中能带曲率、晶格温度曲率与内建电场分布情况，通过选择合适的不同的网格离散控制标准与控制函数，先后在不同区域进行网格重整，重新分布能带区域与晶格温度区域数值高和量子隧穿区域的网格分布，使得网格分布即能够充分保证电荷分布、载流子输运与晶格温度分布数值精度，又能使得能带之间、能带与深能级缺陷之间量子隧穿几率的数值精确度大大提高。

A High Numerical Accuracy Quantum Tunneling Device Simulation Method

【技术实现步骤摘要】
一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法
本专利技术涉及一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法。技术背景量子隧穿二极管做为极性转换与快速开关器件广泛应用于多结太阳电池(MJSC)与隧穿场效应二极管(TFET)为代表的固态半导体集成电路器件中，其数值模拟与特性分析受到越来越广泛的重视。量子隧穿的数值分析主要有局域与非局域两种，目前综合实验结果认为，非局域模型更能准确反映隧穿二极管的一些基本特性。非局域量子隧穿的基本机制主要分成两种：1)不同空间位置的导带电子与价带等能空穴之间的直接带对带量子隧穿(BTB)；2)不同空间位置的带隙间缺陷态电子/空穴与导带/价带之间的缺陷态对能带量子隧穿(DTB)。BTB机制决定了峰值隧穿电流强度，DTB机制决定了谷底剩余电流密度。通常量子隧穿二极管主要由简并掺杂的IV、III-V族同质或异质材料组成，如TFET中的p++-Si/n-Si，p++-GaSb/n++-InAs等，MJSC中的p++-GaAs/n++-GaAs、p++-AlGaAs/n++-AlGaInP等，量子隧穿通常发生在电场强度很高的区域，同质结构内部电场强度分布比较均匀，隧穿几率空间变化缓慢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，针对不同对象的网格优化与偏微分方程组求解交替进行，该方法包含：S1、初始化器件几何区域网格，并猜测初始网格的格点变量的初始值，格点变量值包括静电势、电子/空穴准Fermi势、电子/空穴系综温度；S2、运行热平衡泊松方程求解过程与网格优化过程，获得优化网格及格点值；S3、处理外加器件工作参数，使其适合器件模拟应用。例如偏压的归一化、施加方向修正等；S4、结合器件外加工作参数，在当前网格上运行工作条件求解过程，生成优化网格及相应格点变量值，并计算相应电学特性参数；S5、判断是否有新工作条件；如有，则返回到S3；没有，则输出电学性能曲线。

【技术特征摘要】
1.一种高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，针对不同对象的网格优化与偏微分方程组求解交替进行，该方法包含：S1、初始化器件几何区域网格，并猜测初始网格的格点变量的初始值，格点变量值包括静电势、电子/空穴准Fermi势、电子/空穴系综温度；S2、运行热平衡泊松方程求解过程与网格优化过程，获得优化网格及格点值；S3、处理外加器件工作参数，使其适合器件模拟应用。例如偏压的归一化、施加方向修正等；S4、结合器件外加工作参数，在当前网格上运行工作条件求解过程，生成优化网格及相应格点变量值，并计算相应电学特性参数；S5、判断是否有新工作条件；如有，则返回到S3；没有，则输出电学性能曲线。2.如权利要求1所述的高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，在S2中，热平衡泊松方程求解与网格优化过程的运行步骤，包含：S2.0、给定网格G0及其格点变量的初始猜测值X0，设置迭代次数计数k＝1。S2.1、运行一般泊松方程求解过程与通用网格优化过程，获得优化网格及其格点静电势值。S2.2、判断是否存在BTB隧穿区间；如果是，则转到步骤S2.3；否则，直接进入步骤S2.4。S2.3、运行非局域量子隧穿修正泊松方程求解与隧穿网格优化过程，获得优化网格及其格点静电势值。S2.4、依据网格优化过程信息进行阶段程序信息处理。3.如权利要求2所述的高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，所述步骤S2.1中，一般泊松方程求解过程与通用网格优化过程运行流程如图3所示，步骤包含：S2.1.1、运行一般泊松方程求解过程，获得格点静电势值。S2.1.2、输入网格及格点变量值，选取静电势格点值为参考变量，运行通用网格优化过程，获得优化网格及格点静电势值。S2.1.3、测试网格优化过程是否满足终止条件；如果满足，则进入步骤S2.1.4；否则返回步骤S2.1.1，开始新一次迭代求解。S2.1.4、输出过程信息、网格及其格点变量值。4.如权利要求3所述的高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，所述通用网格优化过程是以网格上格点变量值的二次导数与网格直径之积做为控制函数的优化过程。5.如权利要求3所述的高数值精度量子隧穿器件模拟方法，其特征在于，所述步骤S2.3中，需要交替运行隧穿网格优化过程与非局域量子隧穿修正泊松方程求解过程，获得优化网格及格点静电势值，其流程如图6所示，包括：S2.3.1、运行隧穿网格优化过程，优化隧穿区域网格格点空间位置。S2.3.2、运行非局域量子隧穿修正泊松方程求解过程，获得新网格格点变量值。S2.3.3、测试网格优化过程是否满足终止条件；如果满足，则进入步骤S2.3.4，否则返回步骤S2.3.1，开始新一次网格优化过程。S2.3.4、输出网格优化过程信息、优化网格及其格点变量值。6.如权利要求5所述的高数值...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，陆宏波，李欣益，李戈，
申请(专利权)人：上海空间电源研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31