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Deterministische Simulation der fundamentalen Transport- und Rauschprozesse in Halbleiterbauelementen

Deterministische Simulation der fundamentalen Transport- und Rauschprozesse in Halbleiterbauelementen

Partner: Institut Computational Mathematics, TU Braunschweig

Zusammenfassung:

Schon aktuelle Transistoren haben entweder Kanallängen oder Basisdicken von weniger als 30 Nanometern, wobei dieser Wert in der Zukunft noch weiter abnehmen wird (in 2010 etwa 10nm Kanallänge), und diese Bauelemente werden extrem kurze Schaltzeiten und Grenzfrequenzen von deutlich über 300GHz aufweisen.
Eine Simulation mit makroskopischen Transportmodellen ist dann nicht mehr ausreichend, und es soll daher erstmals ein Simulationsprogramm basierend auf der semiklassischen Boltzmanntransportgleichung (BTG) entwickelt werden, in dem auch das Pauli-Prinzip exakt berücksichtigt wird und mit dem man die Kleinsignalparameter und das elektronische Rauschen im technisch relevanten Frequenzbereich von 1 bis 1012 Hz bestimmen kann.
Mit der üblicherweise verwendeten Monte-Carlo-Methode ist dies nicht möglich und es soll ein deterministisches Lösungsverfahren verwendet werden, bei dem die BTG mit Kugelfunktionen und finiten Differenzen über dem zweidimensionalen Ortsraum diskretisiert wird. Es sollen Verfahren zur numerischen Stabilisierung der diskretisierten Gleichungen und zum speichereffizienten Lösen entwickelt werden. Nach Implementierung aller notwendigen physikalischen Prozesse soll das Modell zur Simulation von sehr schnellen SiGe-HBTs eingesetzt und die prinzipbedingten Geschwindigkeitsgrenzen dieser Transistoren untersucht werden. Desweiteren sollen fundamentale Transport- und Rauschprozesse in Dekananometertransistoren detailliert studiert werden.