GNU Архимед

Не путать с Архимедом (САПР) .

GNU Архимед

Оригинальный автор(ы)	Жан-Мишель Селье
Разработчик(и)	проект GNU
Стабильная версия	2.0.1   / 30 апреля 2013 г.
Операционная система	Линукс , ЮНИКС
Тип	САПР
Лицензия	2007: GPL-3.0 или новее 2004: GPL-2.0 или более поздняя версия
Веб-сайт	ГНУ .org /программное обеспечение /Архимед /

Archimedes — это пакет TCAD , используемый инженерами для проектирования и моделирования субмикронных и мезоскопических полупроводниковых устройств. Archimedes — свободное программное обеспечение , поэтому его можно копировать, изменять и распространять под лицензией GPL . Архимед использует метод ансамбля Монте-Карло и способен моделировать физические эффекты и перенос электронов и тяжелых дырок в кремнии, германии, GaAs, InSb, AlSb, AlAs, AlxInxSb, AlxIn(1-x)Sb, AlP, AlSb, GaP, GaSb, InP и их соединения (полупроводниковые материалы III-V), а также оксид кремния. Приложенные и/или самосогласованные электростатические и магнитные поля обрабатываются с помощью уравнений Пуассона и Фарадея.

В мае 2012 года проект GNU объявил, что программный пакет Aeneas будет заменен на Archimedes, что сделает его пакетом GNU для моделирования полупроводниковых устройств Монте-Карло.

Введение

Archimedes — это пакет GNU для моделирования полупроводниковых устройств, впервые выпущенный в 2005 году под лицензией GPL. Его создал Жан-Мишель Селье, который с тех пор является руководителем проекта и главным разработчиком. Это бесплатное программное обеспечение, поэтому его можно копировать, изменять и распространять под лицензией GPL.

Archimedes принадлежит к известному семейству программного обеспечения TCAD, то есть инструментов, используемых для помощи в разработке технологически важных продуктов. В частности, этот пакет помогает инженерам проектировать и моделировать субмикронные и мезоскопические полупроводниковые устройства. В ближайшем будущем версия Архимеда также сможет моделировать наноустройства, используя формализм Вигнера Монте-Карло. (экспериментальную версию можно найти по адресу ). Сегодня Archimedes используется в нескольких крупных компаниях для моделирования и производства.

Архимед также полезен в учебных целях, поскольку каждый может получить доступ к источникам, изменять и тестировать их. Сегодня он используется для преподавания курсов в нескольких сотнях университетов по всему миру. Кроме того, на nanoHUB.org доступна упрощенная версия, разработанная для студентов.

Метод ансамблевого Монте-Карло — это метод, который Архимед использует для моделирования и прогнозирования поведения устройств. Поскольку «Монте-Карло» очень стабилен и надежен, «Архимед» можно использовать для определения характеристик устройства еще до того, как оно будет построено.

Физика и геометрия устройства описываются просто скриптом, что делает Архимед в этом смысле мощным инструментом для моделирования довольно общих полупроводниковых устройств.

Архимед способен моделировать множество физических эффектов и перенос электронов и тяжелых дырок в кремнии, германии, GaAs, InSb, AlSb, AlAs, AlxInxSb, AlxIn(1-x)Sb, AlP, AlSb, GaP, GaSb, InP и их соединения (полупроводниковые материалы III-V), а также оксид кремния, приложенные и/или самосогласованные электростатические и магнитные поля с помощью уравнений Пуассона и Фарадея. Он также способен работать с гетероструктурами.

Больцмана

Модель уравнения переноса Больцмана была основным инструментом, используемым при анализе транспорта в полупроводниках. Уравнение заушного слухового аппарата определяется следующим образом:

${\frac {\partial f}{\partial t}}+{\frac {1}{\hbar }}\nabla _{k}E(k)\nabla _{r}f+{\frac {qF(r)}{\hbar }}\nabla _{k}f=\left[{\frac {\partial f}{\partial t}}\right]_{\mathrm {collision} }$

$v={\frac {1}{\hbar }}\nabla _{k}E(k)$

Функция распределения — f это безразмерная функция, которая используется для извлечения всех интересующих наблюдаемых и дает полное описание распределения электронов как в реальном, так и в k-пространстве . Кроме того, он физически представляет вероятность занятия частицей энергии k в положении r и времени t . Кроме того, поскольку это семимерное интегро-дифференциальное уравнение (шесть измерений в фазовом пространстве и одно во времени), решение БТЭ является громоздким и может быть решено в замкнутой аналитической форме при весьма особых ограничениях. Численно решение заушного слухового аппарата используется либо детерминистическим методом, либо стохастическим методом. Решение детерминистического метода основано на численном методе на основе сетки, таком как подход сферических гармоник, тогда как метод Монте-Карло представляет собой стохастический подход, используемый для решения BTE.

Метод Монте-Карло

Квазиклассический метод Монте-Карло — это статистический метод, используемый для получения точного решения уравнения переноса Больцмана, которое включает сложную зонную структуру и рассеяния процессы . Этот подход является полуклассическим по той причине, что механизмы рассеяния рассматриваются квантовомеханически с использованием золотого правила Ферми , тогда как перенос между событиями рассеяния рассматривается с использованием понятия классической частицы. Модель Монте-Карло, по сути, отслеживает траекторию частицы при каждом свободном полете и стохастически выбирает соответствующий механизм рассеяния. Двумя большими преимуществами полуклассического метода Монте-Карло являются его способность обеспечивать точную квантовомеханическую обработку различных механизмов рассеяния в рамках членов рассеяния и отсутствие предположений о форме распределения носителей в энергии или k-пространстве. Квазиклассическое уравнение, описывающее движение электрона, имеет вид

${\frac {dr}{dt}}={\frac {1}{\hbar }}\nabla _{k}E(k)$

${\frac {dk}{dt}}={\frac {qF(r)}{\hbar }}$

где F — электрическое поле, E(k) — закон дисперсии энергии, k — волновой вектор импульса. Чтобы решить приведенное выше уравнение, необходимо хорошо знать зонную структуру (E (k)). Зависимость E(k) описывает, как частица движется внутри устройства, а также отображает полезную информацию, необходимую для транспортировки, такую ​​как плотность состояний (DOS) и скорость частицы. Полнозонное соотношение E(K) может быть получено с использованием полуэмпирического метода псевдопотенциала.

Скриншоты

• 
  Простое 2D-моделирование диода с использованием Archimedes. Диод представляет собой простую структуру n+-n-n+ с длиной канала 0,4 микрона. Диод имеет две области n+ размером 0,3 микрона (т.е. общая длина составляет 1,0 микрона). Плотность в областях легирования равна n+=1,e23/m^3 и n=1,e21/m^3 соответственно. Приложенное напряжение равно 2,0 Вольта.
• 
  2D-моделирование кремниевого MESFET с использованием Archimedes. Архимед учитывает все соответствующие механизмы рассеяния.

Внешние ссылки

• Официальный сайт
• проект полного руководства
• руководство пользователя