GNU Archimedes

Nicht zu verwechseln mit Archimedes (CAD).
Gnu archimedes
Heckert GNU white.svg
Originalautor (en) Jean Michel Sellier
Entwickler (en) GNU -Projekt
Stabile Version
2.0.1[1] Edit this on Wikidata / 30. April 2013
Betriebssystem Linux, Unix
Typ Tcad
Lizenz 2007: GPL-3.0-oder-Later[a]
2004: GPL-2.0-or-Later[b]
Webseite Gnu.org/Software/archimedes/

Archimedes ist ein Tcad Paket für die Verwendung durch Ingenieure zum Entwerfen und Simulieren von Submikron- und mesoskopischen Halbleitergeräten. Archimedes ist gratis Software und so kann es kopiert, modifiziert und neu verteilt werden Gpl. Archimedes verwendet das Ensemble Monte Carlo Methode und ist in der Lage, physikalische Effekte zu simulieren und für Elektronen und schwere Löcher in Silizium, Germanium, Gaas, INSB, ALSB, ALAS, Alxinxsb, Alxin (1-X) SB, ALP, ALSB, GAP, GASB, INP und ihren Verbindungen (III-V-Halbleitermaterialien) zusammen mit Siliziumoxid. Aufgetragene und/oder selbstkonsistente elektrostatische und Magnetfelder werden mit dem behandelt Poisson und Faraday -Gleichungen.

Das GNU -Projekt hat im Mai 2012 angekündigt, dass das Softwarepaket Äneas[2] wird durch Archimedes ersetzt und macht dieses GNU -Paket für Monte -Carlo -Semikonduktor -Gerätesimulationen.[3]

Einführung

Archimedes ist das GNU -Paket für Halbleiter -Gerätesimulationen, das erstmals unter GPL am 2005 veröffentlicht wurde. Es wurde von Jean Michel Sellier erstellt, der seitdem der Leiter des Projekts und der Hauptentwickler ist. Es ist eine kostenlose Software und kann daher unter GPL kopiert, geändert und neu verteilt werden. Dies ist einer der großen Vorteile der Verwendung von Archimedes.

Archimedes gehört zur bekannten Familie der TCAD-Software, d. H. Tools zur Unterstützung der Entwicklung technologisch relevanter Produkte. Insbesondere hilft dieses Paket Ingenieure beim Entwerfen und Simulieren von Submicron und simulieren mesoskopisch Halbleiterbauelemente. In einer Next-Future-Version kann Archimedes auch Nanodevices mit dem Wigner Monte Carlo Formalismus simulieren[4] (Eine experimentelle Freisetzung kann bei gefunden werden[5]). Heute wird Archimedes in mehreren großen Unternehmen zu Simulations- und Produktionszwecken eingesetzt.

Archimedes ist auch für Unterrichtszwecke nützlich, da jeder auf die Quellen zugreifen, diese ändern und testen kann. Heute wird es zum Unterrichten von Kursen an mehreren hundert Universitäten auf der ganzen Welt verwendet. Darüber hinaus ist eine vereinfachte Version, die für Studenten entwickelt wurde, auf nanohub.org erhältlich.

Das Ensemble Monte Carlo -Methode ist die Methode, die Archimedes verwendet, um das Verhalten eines Geräte zu simulieren und vorherzusagen. Archimedes ist der sehr stabile und zuverlässige Monte Carlo und kann verwendet werden, um die Eigenschaften eines Geräts zu kennen, noch bevor dieses letzte Mal gebaut wurde.

Die Physik und Geometrie eines Geräts wird einfach durch ein Skript beschrieben, was in diesem Sinne ein leistungsstarkes Werkzeug für die Simulation recht allgemeiner Halbleitergeräte macht.

Archimedes ist in der Lage, viele physikalische Effekte und Transportmittel für Elektronen und schwere Löcher in Silizium, Germanium, Gaas, INSB, ALSB, Alas, Alxinxsb, Alxin (1-X) SB, ALP, ALSB, GAP, GASB, INP und INP und INP zu simulieren Ihre Verbindungen (III-V-Halbleitermaterialien) sowie Siliziumoxid, die angelegten und/oder selbstkonsistenten elektrostatischen und magnetischen Felder mittels Poisson und Faraday-Gleichung. Es ist auch in der Lage, mit Heterostrukturen umzugehen.

Boltzmann Transportgleichung

Das Boltzmann Transportgleichung Das Modell war das Hauptwerkzeug für die Analyse des Transports in Halbleitern. Die BTE -Gleichung ist gegeben durch:

Das Verteilungsfunktion, f, ist eine dimensionslose Funktion, die verwendet wird, um alle interessierenden Observablen zu extrahieren und eine vollständige Darstellung der Elektronenverteilung sowohl in real als auch in reales und zu verleihen K-Raum. Darüber hinaus repräsentiert es physisch die Wahrscheinlichkeit der Partikelbesetzung von Energie k an Position r und Zeitt. Aufgrund einer siebendimensionalen integrierten Gleichung (sechs Dimensionen im Phasenraum und einer zeitlich) ist die Lösung für das BTE umständlich und kann in geschlossener analytischer Form unter ganz besonderen Beschränkungen gelöst werden. Numerisch wird die Lösung des BTE entweder mit einer deterministischen Methode oder einer stochastischen Methode verwendet. Die deterministische Methodenlösung basiert auf einer gitterbasierten numerischen Methode wie dem Ansatz der sphärischen Harmonischen, während das Monte-Carlo der stochastische Ansatz ist, der zur Lösung des BTE verwendet wird.

Monte Carlo -Methode

Die semiklassische Monte Carlo -Methode ist eine statistische Methode, mit der die Boltzmann -Transportgleichung eine genaue Lösung erbringt, die Komplex umfasst Bandstruktur und Streuung Prozesse. Dieser Ansatz ist semiklassizig Fermis goldene Regelwährend der Transport zwischen Streuereignissen unter Verwendung des klassischen Partikelbegriffs behandelt wird. Das Monte -Carlo -Modell verfolgt im Wesentlichen die Partikel -Flugbahn bei jedem freien Flug und wählt einen entsprechenden Streumechanismus stochastisch. Zwei der großen Vorteile von semiklassischem Monte-Carlo sind die Fähigkeit, eine genaue quantenmechanische Behandlung verschiedener verschiedener Streumechanismen innerhalb der Streubegriffe zu ermöglichen, und das Fehlen einer Annahme über die Form der Trägerverteilung in Energie oder K-Raum. Die semiklassische Gleichung, die die Bewegung eines Elektrons beschreibt, ist

Wo f das elektrische Feld ist, ist E (k) die Energiedispersionsbeziehung und K der Impulswellenvektor. Um die obige Gleichung zu lösen, braucht man starke Kenntnisse der Bandstruktur (E (k)). Die E (k) -Relation beschreibt, wie sich das Partikel innerhalb des Geräts bewegt, zusätzlich zu nützlichen Informationen, die für den Transport erforderlich sind, wie die Dichte der Zustände (Dos) und die Partikelgeschwindigkeit. Eine Vollband-E (k) -Relation kann unter Verwendung der semi-empirischen Pseudopotentialmethode erhalten werden.[6]

Screenshots

  • A simple 2D diode simulation using Archimedes. The diode is a simple n+-n-n+ structure, the channel length being equal to 0.4 micron. The diode has two n+ regions of 0.3 micron (i.e. the total length is 1.0 micron ). The density in the doping regions are n+=1.e23/m^3 and n=1.e21/m^3 respectively. The applied voltage is equal to 2.0 Volts.

    Eine einfache 2D -Diodensimulation mit Archimedes. Die Diode ist eine einfache N+ -N-N+ -Struktur, wobei die Kanallänge 0,4 Mikron entspricht. Die Diode hat zwei N+ -Regionen von 0,3 Mikron (d. H. Die Gesamtlänge beträgt 1,0 Mikrone). Die Dichte in den Dopingregionen beträgt n+= 1.e23/m^3 bzw. n = 1.e21/m^3. Die angelegte Spannung beträgt 2,0 Volt.

  • 4-graphs plot of a Silicon MESFET simulated using Archimedes.

    Eine 2D -Silizium -Mesfet -Simulation mit Archimedes. Archimedes berücksichtigt alle relevanten Streumechanismen.

Anmerkungen

  1. ^ GPL-3.0-oder-Later seit 2007-08-25 (0,0,8).
  2. ^ GPL-2.0-oder-Later von 2004 bis 10-12 (0,0,1) bis 2007-01-10 (0,0,7).

Verweise

  1. ^ "Archimedes 2.0.1 wurde veröffentlicht". 30. April 2013.
  2. ^ «Aeneas», gnu.org, Mai 2012.
  3. ^ Sellier, Jean Michel (2012-05-13). "Aeneas New Release" (Mailingliste).Info-Gnu. Abgerufen 2012-05-13.
  4. ^ E. Wigner, bei der Quantenkorrektur für das thermodynamische Gleichgewicht (1932)
  5. ^ J. M. Sellier, http://www.nano-archimedes.com
  6. ^ K. Hess, Monte -Carlo -Gerätesimulation: Volles Band und darüber hinaus, Technologie (1991)

Externe Links