半导体模块

漂流-扩散方程

半导体接口用于求解漂移-扩散方程与泊松方程的组合方程，支持对半导体器件中的绝缘域和半导体域进行精确建模，是“半导体模块”的基石。其重要应用之一是使用费米-狄拉克或麦克斯韦-玻尔兹曼统计来模拟器件的基本原理。

漂移-扩散方程支持多种分析类型，包括热平衡、稳态、瞬态响应和小信号分析。

掺杂和材料模型

在半导体器件建模中，准确描述材料的掺杂分布至关重要。“半导体模块”包含的一系列功能可以实现几乎所有的掺杂分布，并提供包括不完全电离，以及用于高掺杂水平带隙变窄在内的高级选项。

掺杂分布的内置选项包括线性、高斯和误差函数，您可以通过键入数学表达式或使用另一个仿真的输出结果作为掺杂分布的基础，来描述掺杂分布。

此外，还可以直接根据导入的查找表来定义掺杂分布。这种策略在无法通过分析来定义所需的分布时（例如，当掺杂分布来自外部仿真输出时）非常有用。

金属-半导体接触

您可以使用专门的金属接触边界特征对金属-半导体接触进行建模，这种终端类型支持电压、电流、功率，并可与外部电路连接。

理想的肖特基接触类型可用于模拟简单的整流金属-半导体结，其中电流-电压特性取决于结上形成的势垒。如需在模型中同时包含表面复合效应和来自表面陷阱的表面电荷密度，可以将陷阱辅助表面复合边界条件添加到与金属接触条件相同的边界选择中，从而更全面地模拟金属-半导体接触的行为。

薛定谔方程

薛定谔方程接口用于求解外部电势中单个粒子的薛定谔方程，对于求解一般的量子力学问题和量子限制系统非常有用，例如针对量子阱、线和点（具有包络函数近似）的情况。

接口中预置了适当的边界条件和研究类型，以便用户轻松建立模型以计算各种情况下的相关量，例如束缚态的特征能量、准束缚态的衰减率、透射和反射系数、共振隧穿条件，以及超晶格结构的有效带隙等。通过使用该接口，您可以快速模拟和分析各种量子力学系统。

光跃迁

光跃迁特征可用于模拟半导体内的光吸收，以及受激发射和自发发射现象。在具有振荡电场（通常由传播的电磁波产生）的情况下，当两个量子态之间发生跃迁时，就会发生受激发射或吸收。同时，当从高能量子态跃迁到低能量子态时，就会发生自发发射。

连接到电路

电路接口用于创建集总系统以模拟电路中的电流和电压行为，非常适用于模拟典型的电压和电流源、电阻器、电容器、电感器以及其他半导体器件。同时，电路模型还可以连接到二维和三维的分布式场模型。并且，电路拓扑结构还能以 SPICE 网表格式进行导出和导入，例如，您可以将电路模型与半导体器件的物理场模型相结合，用于模拟实际负载情况。

载流子迁移率模型

在使用漂移-扩散方法模拟半导体器件时，载流子迁移率的真实模型非常重要，这些模型能够准确描述材料内部载流子的迁移率受到散射的限制。“半导体模块”提供了多个预定义的迁移率模型，用户也可以任意定义自己的迁移率模型，以满足不同的需求。

预定义的迁移率模型包含声子、杂质和载流子-载流子散射、高场速度饱和以及表面散射的选项。

通过在用户定义的特征中键入适当的表达式，无需编写脚本或进行编码，即可轻松指定用户定义的迁移率模型。这些模型可以与软件内置的预定义迁移率模型任意组合使用，以提供更大的精度和灵活性。

产生与复合

使用半导体接口的模型可以包含俄歇复合、直接复合、碰撞电离产生和陷阱辅助复合等产生与复合过程，其中还提供用户定义的复合与产生特征，让您能够手动设置这些过程的速率。

陷阱辅助复合模型用于设置间接带隙半导体的电子和空穴复合率。默认情况下，可以使用Shockley-Read-Hall陷阱模型对稳态复合进行建模，其中考虑禁带中央的状态。同时，还提供了显式陷阱分布模型，用于指定带隙内能量处的离散陷阱或连续陷阱态密度。

绝缘体-半导体接触

半导体接口包含的特征可用于模拟半导体与金属之间的薄绝缘材料（氧化物），并支持小信号分析，这对于计算 I-V 曲线非常有用。

如果需要模拟一般的绝缘体，您可以在半导体接口中添加电荷守恒域特征，其添加方式与使用静电的通用接口建模时添加特征的方式类似。您可以使用多种边界条件来模拟绝缘域，包括：

• 半导体-绝缘体界面（默认设置）
• 外表面电荷累积
• 电位移场
• 悬浮电位

薛定谔-泊松方程

薛定谔-泊松方程多物理场接口将薛定谔方程与静电接口相结合，对量子限制系统中的载流子进行建模，适用于模拟量子阱、线和点等各种量子限制器件，并提供多分量波函数来模拟多带系统和自旋粒子。此外，该接口还可以模拟一般的量子系统，例如玻色-爱因斯坦凝聚体中涡格的形成。

使用薛定谔-泊松方程接口时，电势会影响薛定谔方程中的势能项，而特征态中概率密度的统计加权和则会影响空间电荷密度。其中提供专用的研究类型，可以自动生成双向耦合系统的自洽解所需的求解器设置。

接口中包含的选项可以对具有入射波和出射波的开放边界进行建模，以模拟共振隧穿条件。此外，您还可以使用周期性边界条件对超晶格进行建模。

半导体光电子学

“半导体模块”包含两个多物理场接口，用于模拟电磁波与半导体的相互作用。此功能基于“波动光学模块”中的频域和波束包络接口，因此需要耦合波动光学模块。

半导体与电磁波接口之间的耦合通过“半导体模块”中的光跃迁特征实现，其中在半导体接口中的域上引入了适用于直接带隙材料的受激发射产生项，与电磁波接口中相应特征的光强成正比。此外，光跃迁特征还可用于分析直接带隙材料的自发发射现象。

本模块通过复介电常数或折射率的相应变化来说明光吸收或发射的影响。