Details

Numerično modeliranje polprevodniških struktur z metodo končnih elementov
ID Gregorič, Peter (Author), ID Lipovšek, Benjamin (Mentor) More about this mentor... This link opens in a new window

.pdfPDF - Presentation file, Download (4,85 MB)
MD5: A23B7DB058CC014916BBEDD96596DCCC

Abstract
V diplomski nalogi smo obravnavali numerično modeliranje osnovnih polprevodniških elementov s pomočjo metode končnih elementov (FEM) v okolju COMSOL Multiphysics. Analitični modeli nam omogočajo razumevanje osnovnih značilnosti delovanja polprevodnikov, vendar zaradi številnih poenostavitev pogosto ne opisujejo realnega obnašanja naprav. Namen naloge je bil zato preučiti možnosti in prednosti numeričnega modeliranja pri analizi polprevodniških struktur. V prvem delu smo predstavili temeljne transportne enačbe za elektrone in vrzeli, kontinuitetne enačbe ter Poissonovo enačbo, ki skupaj tvorijo osnovo za analitično in numerično obravnavo polprevodnikov. Poleg tega smo na kratko opisali značilne simulatorje, kot so PC1D, Sentaurus TCAD in ASPIN3, ter njihove prednosti in omejitve. Osrednji del naloge je bil namenjen simulaciji treh izbranih polprevodniških elementov: pn-diode, bipolarnega tranzistorja (BJT) in MOSFET-a. Za vsako strukturo smo oblikovali geometrijo, določili dopiranje in mreženje, robne pogoje in rekombinacijske mehanizme ter izvedli numerične simulacije. Rezultati so prikazani v obliki energijskih diagramov, porazdelitev koncentracij nosilcev naboja, električnega polja ter tokovno-napetostnih (I–V) karakteristik. Numerična analiza nam omogoča, da vidimo realen potek grafov in odstopanja od idealiziranih oblik, kar predstavlja pomembno prednost pred klasičnimi analitičnimi pristopi. Na podlagi analize smo ugotovili, da numerični rezultati omogočajo natančnejši vpogled v delovanje naprav kot idealizirani analitični modeli. Prav tako smo izvedli občutljivostno analizo, s katero smo pokazali vpliv različnih parametrov, kot so dopiranje, temperatura, napetosti, dimenzije struktur in življenjski čas nosilcev, na karakteristike naprav. S tem smo prepoznali ključne dejavnike, ki vplivajo na optimizacijo polprevodniških elementov. Rezultati potrjujejo, da je metoda končnih elementov učinkovito orodje za simulacijo in analizo polprevodniških struktur ter predstavlja pomembno podporo pri načrtovanju in raziskavah sodobne elektronike.

Language:Slovenian
Keywords:polprevodniki, numerično modeliranje, metoda končnih elementov, COMSOL Multiphysics, dioda, bipolarni tranzistor (BJT), MOSFET, dopiranje, tokovno-napetostna karakteristika
Work type:Bachelor thesis/paper
Organization:FE - Faculty of Electrical Engineering
Year:2025
PID:20.500.12556/RUL-172817 This link opens in a new window
Publication date in RUL:11.09.2025
Views:158
Downloads:20
Metadata:XML DC-XML DC-RDF
:
Copy citation
Share:Bookmark and Share

Secondary language

Language:English
Title:Numerical modelling of semiconductor structures by using the finite element method
Abstract:
The first part introduces the fundamental transport equations for electrons and holes, the continuity equations, and Poisson’s equation, which together form the basis for both analytical and numerical approaches. In addition, typical simulators such as PC1D, Sentaurus TCAD, and ASPIN3 are briefly presented, along with their main advantages and limitations. The core of the work focuses on the simulation of three selected semiconductor devices: the pn-diode, the bipolar junction transistor (BJT), and the MOSFET. For each structure, the geometry, doping profile, boundary conditions, and recombination mechanisms were defined, and numerical simulations were performed. The results are presented in the form of energy band diagrams, carrier concentration distributions, electric fields, and current–voltage (I–V) characteristics. Numerical analysis allows us to observe the real shape of the graphs, including deviations from idealized models, which represents a significant advantage compared to classical analytical approaches. Based on the analysis, it was found that numerical results provide a more accurate insight into device behaviour than idealized analytical models. Furthermore, a sensitivity analysis was carried out to demonstrate the influence of parameters such as doping, structural dimensions, and carrier lifetime on device performance. This identified the key factors affecting the characteristics of semiconductor devices and offered guidelines for their optimization. The results confirm that the finite element method is an effective tool for the simulation and analysis of semiconductor structures and provides valuable support in the design and research of modern electronics.

Keywords:semiconductors, numerical modeling, finite element method, COMSOL Multiphysics, diode, bipolar junction transistor (BJT), MOSFET, doping, current-voltage characteristic

Similar documents

Similar works from RUL:
Similar works from other Slovenian collections:

Back