3 Die Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen im Segmentsinneren



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3 Die Diskretisierung der Erhaltungsgleichungen im Segmentsinneren

 

Der folgende Abschnitt stellt eine Übersicht über die implementierten Differentialgleichungen in den Segmenten dar. Bezüglich einer Herleitung und des Einsatzes dieser Gleichungen sei auf die umfangreiche Literatur verwiesen [47][5][7][68]. Der Schwerpunkt dieses Texts liegt bei der Implementierung. Die Diskretisierung der Flußterme, die in den Kontinuitäts- und Energiestromgleichungen enthalten sind, wird gesondert im Kapitel 4 betrachtet. Die Behandlung der Segmentsübergänge und Kontakte wird im Kapitel 6 beschrieben.

Die Implementierung der klassischen Halbleitergleichungen in einem Simulator, der den Anspruch auf Allgemeinheit der Strukturen und leichte Integrierbarkeit in eine computergestützte Entwurfsumgebung erheben will, muß es sorgfältig vermeiden, durch material-, geometrie-, oder problemspezifische Formulierungen die Universalität der Gesamtlösung zu untergraben. Darum wurde zum Beispiel bei der Implementierung der Ladungsträgergleichungen (Kontinuitäts- und Energiestromgleichung) konsequent eine Formulierung für beliebig viele Trägersorten gewählt.

Viele Materialien erfordern nur die spezifische Behandlung eines Elektronen- und eines Löcherbandes. Das ist bei Silizium möglich, wo sich die sechs energetisch gleichwertigen Täler des Leitungsbandes durch geeignete Wahl der gemittelten effektiven Masse und der Transportkoeffizienten (Beweglichkeit) problemlos zu einem Ladungsträgertyp zusammenfassen lassen.

Bei Galliumarsenid läßt sich in guter Näherung die Aufteilung der Elektronen auf -, X- und L-Tal als lokale Abhängigkeit von der Elektronentemperatur darstellen, und man kann ebenfalls mit einer Elektronensorte auskommen (indem man gewichtete Mittelwerte über die einzelnen Täler bildet). Die Beispiele in dieser Arbeit sind mit dieser Methode gerechnet.

Dennoch ist der Simulator für Mehrband-Formulierungen intrinsisch ausgerüstet. Die Bänder, bzw. die Typen von Ladungsträgern, werden in der Formulierung der Gleichungen durch den Index unterschieden; alle Größen, die sich auf einen Ladungsträgertyp beziehen, tragen diesen Index, zum Beispiel die Stromdichte, die Temperatur oder der Energiestromfluß.

Einen ähnlichen Index gibt es zur Unterscheidung der einzelnen Dopandenmaterialien, weil auch diese als Ergebnis der Prozeßsimulation in beliebiger Anzahl vorhanden sein können.





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Martin Stiftinger
Fri Oct 21 18:22:52 MET 1994