چکیده
(در اين مقاله روشي جديد در طراحي و مدل سازي آشكارساز مادون قرمز HgCdTe در مد فوتوولتایی ارايه گرديده است. براي مدلسازي افزاره نیمرسانا باید رفتار حاملهاي الکتریکی آن را شببیه سازي کرد. براي رسیدن به این هدف، حل معادله انتقالی بولتزمن گزینه مناسبی است. براي حل این معادله تقریبهاي مختلفی وجود دارد که به مدل رانش - نفوذ میتوان اشاره کرد. سادگی حل، سرعت مناسب شبیه-سازي، دقت قابل قبول حتی به ازاي میدانهاي الکتریکی قوي و همگرایی مناسب از ویژگیهاي مدل رانش- نفوذ است.در این پژوهش، مدل رانش- نفوذ ارائه شده است که میتواند انتقالی بولتزمن را حل کند و و توزیع غلظت حاملها را در سرتاسر قطعه محاسبه کند.
ل
نتایـج و بحث
در این مقاله با بهره گیري از روش گامل، یک مدل رانش- نفوذ براي شبیه سازي آشکارساز بکار گرفته شد در مدل استفاده شده، معادله هاي پواسون و جریان ناشی از الکترون و حفره پس از گسسته سازي با بهره گیري از تکنیک شافتر- گامل به طور همزمان حل شد. با محاسبه توزیع مکانی شدت میدان الکتریکی قطعه مشاهده شد که شکل کلی میدان در ناحیه تخلیه درست است ونشاندهنده یک سد در مرز PN تشکیل شده است و یک سد پتانسیل وجود دارد.همجنین شکل کلی مربوط به چگالی حاملها نشاندهنده بیشترین تغییرات در ناحیه تخلیه است که این مورد هم با داده های تجربی توافق دارد.
منابـع
-[1] D.Vasileska, S.M.,Goodnick, G.,Klimeck, “Computational Electronics Semiclassical
and Quantum Device Modeling and Simulation”, CRC Press, 2010.
.
[2] M. N. O Sadiku, “Monte Carlo Methods for Electromagnetism”, CRC Press, 2009.
[3] J. E. Sutherland , J. R. Hauser, “A computer analysis of heterojunction and graded
composition solar cells”, J. IEEE Trans. Electron Devices, Vol. ED-24, pp. 363-372, 1972.
[4] J. M. Ortega, W. C. Rheinboldt, “Iteration solution of nonlinear equation in several
variables”, New York, Academic Press, 1970.
[5] P. Deuflhard, A Modified, “ Newton Method for the Solution of Ill-Conditioned
Systems of Nonlinear Equations with Application to Multiple Shooting”, J.
Numer. Mat, Vol. 22, pp: 289-315, 1974.
[6] R. E. Bank, D. J. Rose, “Global Approximate Newton Methods”, J. Numer. Mat,
Vol. 37, pp. 279-295, 1981.
مقدمه
هر چند تلاشهاي مختلفی در زمینه ارائه مدلسازی و طراحی قطعات آشکارسازهای مادون قرمز و سازوکار یونیزاسیون برخوردي انجام شده است اما دستیابی به دقت مناسب در شبیه سازي میدانهاي الکتریکی قوي همراه با سادگی مدل، موضوعی جذاب و پر اهمیت است. در این مقاله مدلی کارا و با دقت مناسب ارائه شود که پیچیدگی زیادي نداشته باشد و بتواند مشخصه هاي آشکارسازهای مادون قرمز بر پایه پیوند P-N را به خوبی محاسبه کند. براي شبیه سازي قطعه های نیمرسانا و حل عددی معادله بولتزمن در همه بخشهای قطعه عددي روشهاي عددي مختلفی مانند مدل رانش- نفوذ (DDM)، و مونت کارلو (MC) وجود دارد. این مدلها معادله انتقالی بولتزمن (BTE) را حل میکنند و توزیع غلظت حاملها را در سرتاسر افزاره محاسبه میکنند[1]. مدل رانش- نفوذ یکی از مدلهاي کاربردي است که در عین سادگی از دقت خوبی نیز برخوردار است. در مدل هیدرودینامیک همگرایی همزمان معادله هاي غلظت، دما و انرژي مهمترین دغدغه است. اگر نواحی مجاور غلظت پله اي داشته باشند واگرایی مدل هیدرودینامیک چالشی بزرگ است. هرچند مدل مونت کارلو از دقت زیادي برخوردار است ولی سرعت کم مدل مونت کارلو و زمانبر بودن زمان اجراي برنامه ها و نیاز به سخت افزار پیچیده باعث شده است که انتخاب روش رانش- نفوذ براي شبیه سازي آشکارسازهاي نوري منطقی و قابل قبول باشد.
اشکال و جداول
شكل1: توزیع مکانی پتانسیل پیوند در یک فوتودیود در دمای K 300 در طول قطعه
شکل 2: توزیع مکانی میدان الکتریکی پیوند د رطول پیوند p-n
شکل 3: تغییرات چگالی الکترون و حفره در طول پیوندP-N
شکل 4: توزیع مکانی چگالی بار د ر طول پیوند P-N
مدلسازی آشکار ساز مادون قرمز HgCdTe درمد فوتوولتایی با استفاده از مدل رانش-نفوذ
شهلا محمودی، علی اصغر شکری، محمد صادق آخوندی و سید علی هاشمی زاده عقداء
1گروه فیزیک، دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 19395-3647 ،تهران ، ایران
shahlamahmoody@gmail.com
PNUPHY2022