异质结构中载流子输运的二维自洽全能带系综蒙特卡罗模拟

本文展示了一个用于异质结构模拟的二维全能带系综蒙特卡罗模拟器,它通过自洽求解二维泊松和波尔兹曼方程,同时处理了载流子在两种不同半导体材料以及其其界面处的输运。本文给出了该蒙特卡罗模拟器的内部结构,包括通过赝势方法计算得到全能带结构、包含的不同散射机制和对载流子在两种不同半导体材料边界输运的适当处理。作为验证,我们对两种不同掺杂的Si-Ge异质结—p-p同型异质结和n-p异型异质结进行了模拟,给出了其I-V特性以及电势和载流子浓度分布,这些结果验证了我们的异质器件蒙特卡罗模拟器的有效性。     

Si和Si-Ge结中不同带带隧穿模型的对比研究

We compared several different band-to-band tunneling(BTBT) models with both Sentaurus and the two-dimensional full-band Monte Carlo simulator in Si homo-junctions and Si-Ge hetero-junctions. It was shown that in Si homo-junctions, different models could achieve similar results. However, in the Si-Ge hetero-junctions, there were significant differences among these models at high reverse biases(over 2 V). Compared to the nonlocal model, the local models in Sentaurus underrated the BTBT rate distinctly, and the Monte Carlo method was shown to give a better approximation. Additionally, it was found that in the Si region near the interface of the Si-Ge hetero-junctions, the direct tunneling rates increased largely due to the interaction of the band structures of Si and Ge.     

Nonequilibrium electron dynamics in bipolar transistors

Experiments and calculations are used to illustrate the role of nonequilibrium electron transport in determining the performance of InP/In_0.53Ga_0.47As heterostructure bipolar transistors. The intrinsic small signal response of devices operated under low voltage bias conditions is subpicosecond. However, with increasing bias the intrinsic speed of devices decreases because of scattering into low velocity subsidiary X- and L-valleys.     

用三维蒙特卡罗模拟栅-源/漏不对准对体硅FinFET器件性能的影响

We investigate the influence of gate-source/drain(G-S/D) misalignment on the performance of bulk fin field effect transistors(FinFETs) through the three-dimensional(3D) full band Monte Carlo simulator.Several scattering mechanisms,such as acoustic and optical phonon scattering,ionized impurity scattering,impact ionization scattering and surface roughness scattering are considered in our simulator.The influence of G-S/D overlap and underlap on the on-states performance and carrier transport of bulk FinFETs are mainly discussed in our work.Our results show that the on-states currents increase with the increment of G-D/S overlap length and the positions of a potential barrier and average electron energy maximum vary with the G-D/S overlap length.The carrier transport phenomena in bulk FinFETs are due to the effect of scattering and the electric field in the overlap/underlap regime.     

Lateral space-charge effects on ballistic electron transport across graded heterojunctions

Hot electron transport across graded compound semiconductor heterojunctions has been explored using a two-dimensional formulation of the self-consistent ensemble Monte Carlo method. The Al_xGa_1-xAs/GaAs heterojunction imbedded into a vertical field effect transistor with two ohmic contacts (source, drain) and two lateral Schottky gates has been used as an example. Lateral space charges modulated by the gates are shown to control ballistic injection of electrons over the heterojunction under steady state conditions. The transient response to a gate pulse is found to be determined by carrier transit from the heavily doped source contact region into the channel. A conceptual one-dimensional section model is used to explain the Monte Carlo results.     

垂直电场作用下的钎锌矿相GaN电子输运特性的Monte Carlo研究

在GaN NMOSFET中,沟道电子由于受垂直于其运动方向电场的作用而产生界面散射,从而影响MOSFET特性.研究采用Monte Carlo体模拟方法计算钎锌矿相GaN材料在界面散射下的电子输运特性.模拟中在电子漂移方向加一个水平电场,同时在与其垂直的方向加另外一个电场,在垂直电场作用下,电子发生界面散射.采用基于指数...     

用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性结果的比较

报道了分别用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性的结果,并对基于两种模型的模拟结果进行了比较.在低场区,基于两种模型获得的输运特性基本相同,但在高场区却表现出明显的差别.这是因为在高场区,电子平均能量较高,多数电子处于能带图中的高能态位置,电子能量与波矢量的关系表现出明显的非椭圆特性.由于三带模型假定了能量与波矢量简单关系,故算得的平均能量,高于由全带蒙特卡罗模拟算得的能量.从而导致其它特性的差别.全带模型包含了基于能带理论算得的能带结构的所有特性,故模拟结果更加精确.     

用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性结果的比较

报道了分别用三带和全带模型蒙特卡罗方法模拟纤锌矿相GaN体材料输运特性的结果,并对基于两种模型的模拟结果进行了比较.在低场区,基于两种模型获得的输运特性基本相同,但在高场区却表现出明显的差别.这是因为在高场区,电子平均能量较高,多数电子处于能带图中的高能态位置,电子能量与波矢量的关系表现出明显的非椭圆特性.由于三带模型假定了能量与波矢量简单关系,故算得的平均能量,高于由全带蒙特卡罗模拟算得的能量.从而导致其它特性的差别.全带模型包含了基于能带理论算得的能带结构的所有特性,故模拟结果更加精确.     

考虑各项异性散射的锗中电子输运的全能带蒙特卡洛模拟

在考虑各向异性散射的基础上,对锗中电子输运特性进行了全能带蒙特卡洛模拟.计算过程如下:锗的全能带由nonlocal empirical pseudopotential 方法求得;态密度的相对值通过不同能量的状态数得到;声子色散谱由adiabatic bond-charge模型求出;电子-声子散射率在低能量时采用费米黄金律得出的非抛物线散射率,高能量则通过态密度对其修正而得到;散射后的状态满足能量守恒和动量守恒.通过比较计算结果与实验报道,证实了该模型算法的正确性,由于该模型能正确反映锗中电子的速度与能量特性,同时又能大大降低散射率的计算成本,故可运用在器件模拟中.     

PTPD/Alq_3器件ETL厚度对发光和复合的影响

以新型的空穴传输材料三苯基二胺衍生物聚合(PTPD)制成了氧化铟锡(ITO)/PTPD/(Alq3)(8-羟基喹啉铝)/Mg:Ag异质结发光器件,考察了器件发光性能随Alq3电子传输层(ETL)厚度变化的规律,研究了聚合物/小分子异质结发光器件的电场对载流子复合区域的影响。基于能带理论和隧穿理论认为,这是由于器件上电场的重新分布和电场作用下载流子输运及隧穿势垒作用的综合结果。     

Weighted ensemble Monte Carlo

A new approach to the Monte Carlo method for the solution of electron transport problems in semiconductors is presented and applied to some special cases of interest. The method is based on an iterative expansion of the Boltzmann equation in Chambers form and yields a simulative algorithm where the scattering events are chosen with arbitrary probabilities. In this way it is possible to analyse in great details regions of real and/or momentum space that would rarely be visited in a standard simulation. Applications are shown to the problems of high energy tails, of the surmounting of a high energy barrier, and of the low-field contact region.     

表面照射下激光与生物组织的光热作用分析

建立了表面照射下激光与生物组织光热作用的二维变物性数学模型,采用Monte Carlo模拟方法数值求解了表面照射下组织内激光能量的分布,进而采用有限差分方法数值求解Pennes生物传热方程得到了组织内的温度分布。计算结果表明：假设组织热物性为常数,将高估组织的温升;假设激光能量在组织内按指数规律衰减,计算得到的光束范围内的组织温升高于采用Monte Carlo方法的模拟结果;在功率相同的情况下,光束半径越大,光束范围内组织的温升越小,径向温升区域越大。     

非均匀植被地表散射的Monte Carlo数值模拟与实验观测

用Monte Carlo方法数值模拟电磁波在非均匀植被地表和目标的多次散射,得到随散射计空间移动观测下进而均匀植被地表的散射模拟结果,并与X波段散射计辐射计组合系统的观测试验的测量结果作了对比。     

10～20MeV中子引起单粒子翻转的微分析

我们用Monte Carlo方法模拟了10～20MeV中子引起的单粒子翻转。计算了引起电离能量沉积的五种概率。对于一个临界电荷分别为0．05、0．10和0．15pC的16K静态RAM存储器硅片,我们计算了引起单粒子翻转的入射中子平均注量及由(n,α)反应引起的单粒子翻转的概率。给出了三次接近入射中子平均注量的中子引起的单粒子翻转中,在灵敏单元内与电离能量沉积相关的一系列物理量的计算结果。这些结果能够为10～20MeV中子引起的单粒子翻转提供统计的和微观描述的信息。     

辉光放电等离子体鞘层的计算机模拟

本文利用蒙特卡罗方法,模拟了氩气辉光放电鞘层内离子的运动过程,得到了不同气压和不同放电电压下离子入射阴极的能量分布和角度分布。模拟基于离子与中性原子的电荷转移碰撞和弹性散射两种物理过程,并且分别考虑了碰撞截面与能量相关和不相关两种情况。同时较为系统地研究了放电参数对离子能量分布和角度分布的影响。     

薄膜电致发光器件中电子的输运规律

本文用Monte Carlo法,研究了电场、温度和带电中心对薄膜电致发光器件中电子输运过程的影响。随着电场的增加以及温度的带电中心浓度的降低,电场对电子的加速效果将更加显著。     

微气体流量计的模拟与优化

温差法测流量是一种新型气体流量计的基本原理 ,温度传感器的布置对流量计的性能影响很大。本文使用基于分子运动理论的直接模拟MonteCarlo法对这种微气体流量计通道内的气体流动进行了数值模拟 ,对比了有无传感器时速度场和温度场的分布 ,指出传感器的布置对温度场的影响很小 ,并根据温差分布规律提出了传感器布置的优化方案。     

用蒙特卡罗法研究面光源在血液中的传播

用蒙特卡罗法模拟了光斑半径为0.1cm的633nm激光光源的玻璃-血液=玻璃3层样品结构中的传播,详细地讨论了漫反射率和总透过率与血液厚度的关系以及不同厚度血液其漫反射和总透过的径向强度分布。结果表明：血液的漫反射率很小且厚度达到0.08cm后,漫反射率就基本稳定;总透过率随血液厚度的增大而减小,当血液厚度达到0.10cm后,血液就基本不透光了;漫反射和总透过的径向强度主要分布的高斯光斑范围内。     

多隧道结单电子动态存储器的Monte Carlo模拟

本文采用Monte Carlo方法模拟了多隧道结单电子动态存储器的存储特性,考察了隧道结的个数、隧道结电容、隧道结电阻、脉冲电压幅度等参数对存储器的存储时间和饱和充电电荷的影响,并与宏观RC电路进行了比较。