Deterministische Simulation des Elektronentransports in III-V Bauelement
III-V Materialien haben eine höhere gesättige Elektronengeschwindigkeit und eine höhere Elektronenbeweglichkeit als Silizium. Transistoren aus diesen Materialien werden in vielen Hochfrequenz-Elektronikgeräten z.B. für Hochgeschwindigkeitskommunikation, Nahfeld-Radar (Adaptive Cruise Control), Sicherheitsanwendungen oder Spektralanalyse (Gasdetektion) verwendet.
Aufgrund der immer stärkeren Verkleinerung der Bauelemete können die üblichen Drift-Diffusions-Modelle sie nicht mehr genau beschreiben. Stattdessen sind detailliertere, aber auch anspruchsvollere Simulationsansätze auf Basis der Boltzmann-Transportgleichung nötig.
Die übliche Herangehensweise, um die Boltzmann-Transportgleichung zu lösen, ist die Monte-Carlo-Methode. Diese Methode hat Nachteile aufgrund ihrer stochastischen Natur. Neue deterministische Methoden wurden entwickelt, um die Boltzmann-Transportgleichung ohne stochastische Fehler zu lösen.
Eine dieser nicht-stochastischen Methoden ist die Entwicklung des k-Raums in Fourierreihen. Dieser Ansatz wurde bereits erfolgreich zur Simulation von Siliziumbauelementen angewendet.
Für III-V-Materialien benötigen wir jedoch Entwicklungen der Fourierreihen bis hin zu hohen Ordnungen, was den Rechenaufwand deutlich erhöht. Zudem können in Siliziumbauelementen die wichtigsten Streuprozesse als isotrop genähert werden; diese Vereinfachung ist in III-V-Materialien nicht mehr möglich. Dies verursacht zusätzlichen Aufwand, um numerische Stabilität der diskretisierten Boltzmann-Transportgleichungs-Lösung zu erreichen.
Kleinsignal- und Rauschanalysen sind wichtige Methoden, um die RF-Leistung der Bauelement zu bewerten. Im Gegensatz zum stochastischen Monte-Carlo-Ansatz erlaubt ein deterministischer Löser unmittelbar und ohne Schwierigkeiten die Implementierung von Kleinsignalsimulation im gesamten Frequenzbereich.
Ziel des Projektes ist die Erstellung eines umfassenden Simulator für die III-V Halbleiter für DC-, AC- und Rauschanalyse, der alle relevanten Zeitskalen von Femtosekunden (Elektronenstreuung), über Pikosekunden (Phononenstreuung) bis Millisekunden (langsame Fallen).
Es besteht die Möglichkeit, innerhalb einer Bachelor- oder Masterarbeit an diesem Projekt mitzuarbeiten.