Semiconductor Device Modelling

مدل‌سازی دستگاه‌های نیمه‌رسانا در سال‌های اخیر از حوزه‌ای که صرفاً در حوزه فیزیکدانان دستگاه‌ها بود، به رشته‌های فناوری گسترده‌تری درگیر در طراحی و توسعه دستگاه‌ها و مدارهای الکترونیکی تبدیل شده است. ظهور سریع فناوری مدارهای مجتمع با سرعت بسیار بالا و چگالی بالا و حرکت به سمت ارتباطات با سرعت بالا به این معنی است که ساختارهای دستگاه در مقیاس بسیار کوچک در طراحی های معاصر استفاده می شود. خصوصیات و تجزیه و تحلیل این دستگاه ها را دیگر نمی توان تنها با اندازه گیری های الکتریکی ارضا کرد. مدل‌های مدار معادل سنتی و مدل‌های تحلیلی شکل بسته همیشه نمی‌توانند نتایج کاملاً دقیقی را برای همه حالت‌های عملکرد این دستگاه‌های بسیار کوچک ارائه دهند. علاوه بر این، ماهیت بسیار رقابتی صنعت نیمه هادی منجر به نیاز به به حداقل رساندن هزینه های توسعه و زمان سرب مرتبط با معرفی طرح های جدید شده است. این بدان معناست که تقاضای بیشتری برای مدل‌هایی وجود دارد که می‌توانند درک ما را از نحوه عملکرد این دستگاه‌ها افزایش دهند و بتوانند نتایج کمی دقیق را پیش‌بینی کنند. تمایل به حرکت به سمت طراحی به کمک رایانه و سیستم‌های خبره نیاز به مدل‌هایی را تقویت کرده است که بتوانند عملکرد دستگاه را تحت عملکرد DC، سیگنال کوچک، سیگنال بزرگ و فرکانس بالا نشان دهند. همچنین مطلوب است که ساختار فیزیکی دستگاه با عملکرد الکتریکی مرتبط شود. این تقاضا برای مدل‌های بهتر منجر به معرفی مدل‌های مدار معادل بهبود یافته و افزایش علاقه به استفاده از مدل‌های فیزیکی شده است.

Semiconductor device modelling has developed in recent years from being solely the domain of device physicists to span broader technological disciplines involved in device and electronic circuit design and develop­ ment. The rapid emergence of very high speed, high density integrated circuit technology and the drive towards high speed communications has meant that extremely small-scale device structures are used in contempor­ ary designs. The characterisation and analysis of these devices can no longer be satisfied by electrical measurements alone. Traditional equivalent circuit models and closed-form analytical models cannot always provide consis­ tently accurate results for all modes of operation of these very small devices. Furthermore, the highly competitive nature of the semiconductor industry has led to the need to minimise development costs and lead-time associated with introducing new designs. This has meant that there has been a greater demand for models capable of increasing our understanding of how these devices operate and capable of predicting accurate quantitative results. The desire to move towards computer aided design and expert systems has reinforced the need for models capable of representing device operation under DC, small-signal, large-signal and high frequency operation. It is also desirable to relate the physical structure of the device to the electrical performance. This demand for better models has led to the introduction of improved equivalent circuit models and a upsurge in interest in using physical models.