3d simulation

3d simulation Ziel des Projekts ist die Erweiterung des am WIAS für die 2D-Simulation von Halbleiterbauelementen entwickelten 3d simulation Programmsystems WIAS-TeSCA (Two and three dimensional Semi-Conductor Analysis package) zur räumlich dreidimensionalen Berechnung der funktionsbestimmenden 3d simulation Ladungstransportvorgänge in Detektorstrukturen. Dazu waren und sind analytisch fundierte Algorithmen zu begründen und zu implementieren, die eine hochauflösende, effiziente und zuverlässige 3d simulation numerische Simulation ermöglichen ([3, 4]). Stufenweise galt es, die bewährten Vorzüge von WIAS-TeSCA, wie die hohe Flexibilität in der Geometrie sowie die robuste und schnelle Numerik beim Übergang 3d simulation zu 3D-Gittern, zu erhalten und auszubauen, damit zeitabhängige Simulationen für große Strukturen auch unter Berücksichtigung von 3D-Effekten mit vertretbarem Aufwand erfolgen können. 3d simulation Das Redesign von WIAS-TeSCA als von der Raumdimension des Simulationsgebiets unabhängiges Tool geht im Sinne strukturierter Programmierung objektorientiert ([5]) vor. Die Implementierung 3d simulation erfolgt in C, unter Einbindung vorhandener Fortran-Quellen, mit numerischen Kernen in Fortran. Auf alle die Portabilität behindernden Elemente, darunter auch spezielle C++ Konstrukte, wird 3d simulation verzichtet. Wir verwenden pdelib-Komponenten (siehe [1] und S. wie die offene Schnittstelle zur Gitterverwaltung (sxgrid) und die Schnittstelle zur linearen Algebra (mxlib, itlib). 3d simulation Als interaktive Online-Graphik kommt gltools    zum Einsatz und es gibt eine Schnittstelle zur Eingabesprache lua ([6]). In WIAS-TeSCA erfolgt eine Erweiterung des pdelib-Konzeptes hin 3d simulation zur Behandlung eines im Prinzip offenen Satzes von gekoppelten Gleichungen, die auf jeweils eigenen spezifischen Teilen des Gitters definiert und gelöst werden, sich aber dabei auf das Grundgitter 3d simulation des Simulationsgebietes beziehen und in Hinblick auf die selbstkonsistente Lösung des Gesamtsystems über dieses Grundgitter kommunizieren. Dazu korrespondierend erfolgt die Verwaltung 3d simulation von Materialeigenschaften. Mit diesem Konzept ist zunächst die Lösung der nichtlinearen Poissongleichung zur Berechnung des elektrostatischen Potentials in einer dotierten (dreidimensionalen) 3d simulation Halbleiter-Heterostruktur bei räumlich variabel vorgegebenen Quasi-Fermi-Potentialen der Ladungsträgerdichten realisiert. Dabei wurden die Voraussetzungen geschaffen zur Einbindung der 3d simulation Ladungsträgertransportgleichungen und weiterer optional in das Drift-Diffusions-Modell zu integrierender Modelle wie solche für die räumlich aufgelöste Temperaturentwicklung im Bauelement 3d simulation (siehe S., die Störstellendynamik, das optische Feld (Lasermodelle) (siehe S. und quantenmechanische Bandstrukturberechnungen (siehe S.). Mit dem weiterentwickelten Programmsystem 3d simulation WIAS-TeSCA wurden für das MPI-Halbleiterlabor München erfolgreich 3D-Simulationen von pn-CCD-Schieberegisterstrukturen durchgeführt. Diese pn-CCDs (Charge Coupled Device) 3d simulation werden als Röntgen-Detektoren in den ESA-Satelliten ABRIXAS und XXM (Xray Multi Mirror) eingesetzt. Für die weitere Skalierung -- die Verkleinerung der Pixelgeometrien -- war die Berücksichtigung 3d simulation von 3D-Effekten bei der mathematischen Beschreibung unerlässlich. Diese Halbleiterdetektoren brauchen ein großes Konvertierungsvolumen, um eine gute Energieauflösung und 3d simulation einen breiten Nachweisbereich zu erhalten. Für die Simulation bedeutet das eine große Ausdehnung der Bauelemente bei gleichzeitig sehr feiner Oberflächenstrukturierung. Der 3d simulation Kooperationspartner übergab für die Testrechnungen reale Geometrie- und Dotierungsdaten. Mit Gittern bis zu 150 000 Knoten wurden gute Ergebnisse erzielt. 3d simulation