شبیه سازی رفتار آشکارساز نوری pn با استفاده از معادلات هیدرودینامیک
چکیده
در این پژوهش رفتار حامل ها به ازای تحریک نوری با کمک رابطه های بقای انرژی، اندازه حرکت و بار الکتریکی که با نام معادله هیدرودینامیک شناخته می شوند، در حالت ماندگار شبیه سازی شده است. رابطه ها برای پیوند pn از جنس سیلیسیم تشکیل شده و در آنها زمان واهلش حامل ها بر اساس تحرک پذیری میدان ضعیف، و ضریب رسانش گرمایی به صورت تابعی از رسانش الکتریکی انتخاب شده اند. برای حل معادله ها از روش تفاضل محدود، برای گسسته سازی رابطه های غیر خطی، از روش مشتق گیری آپویند و برای خطی سازی و حل رابطه ها از روش نیوتن-رافسون استفاده شده است. برای اطمینان از درستی مدل و روش حل، درآغاز ساختار تک حاملی nin که به دیود بالستیک مشهور شده، شبیه سازی شده و با نتایج معتبر مقایسه شده است. مقایسه نتایج این شبیه سازی با مدل مونت کارلو نشان می دهد که مدل ارائه شده با انتخاب ضریب رسانش مناسب می تواند رفتار افزاره را با دقت مناسبی پیش بینی کند. برای شبیه سازی پیوند pn بازترکیب های اوژه و شاکلی-رید-هال و یونیزاسیون برخوردی به مدل اضافه شده اند. آشکارساز نوری pn به ازای تحریک نوری در ولتاژهای گوناگون شبیه سازی شده و نتایج بدست آمده با نتایج شبیه سازی و عملی موجود مقایسه شده اند و تطابق خوبی دارند. روش ارائه شده سرعت همگرایی خوبی برای ساختارهای تک حاملی دارد، اما برای ساختارهای دوحاملی بخاطر شیب تند چگالی حامل ها در محل پیوند و سازوکارهای تولید و بازترکیب، همگرایی آهسته خواهد بود، بخصوص در شبیه سازی در حوزه زمان که برای هر پله زمانی یک همگرایی لازم است.