2.7 Aspekte der Implementation



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2.7 Aspekte der Implementation

 

Die Matrix-Assemblierung zur Lösung der diskreten Euler-Lagrangegleichungen (2.25)-(2.26) bzw. (2.40) gewinnt an Effizienz, wenn die Symmetrie der Koeffizientenmatrix berücksichtigt wird.
Für die Euler-Lagrangegleichungen der Elektronen- und Löcher-Gewichtsfunktionen in der Methode von Nanz können grundsätzlich dieselben Unterprogramme benutzt werden. Der einzige Unterschied in den Matrixkoeffizienten entsteht, abgesehen von den Dichten und , durch das negative Vorzeichen des Potentialinkrementes bei der Löchergleichung in (2.36).
Das lineare Gleichungssystem mit spärlich besetzter Koeffizientenmatrix kann iterativ gelöst werden. Das robusteste und auf Skalarrechnern zweifellos effizienteste iterative Lösungs-Verfahren hiezu ist ICCG [63]. Ein entsprechendes Unterprogramm für die Lösung der ebenfalls symmetrischen diskreten Poissongleichung steht in der Regel im Bauelement-Simulator zur Verfügung. Von wesentlichem Interesse ist die Frage nach der Bedingung für den Abbruch der linearen Iteration. Während direkte Lösungs-Verfahren gutkonditionierte lineare Gleichungssysteme - um solche handelt es sich - bis auf Maschinengenauigkeit lösen, bricht ein iteratives Lösungs-Verfahren nach Erreichen einer vorgegebenen Residuennorm ab. Auf die Frage nach der Auswirkung eines Residuums vorgegebener Norm der Gewichtsfunktion auf die Genauigkeit der Kontaktstrom-Berechnung wurde in der vorliegenden Arbeit nicht eingegangen. Qualitativ ist zu bemerken, daß das Residuum des linearen Gleichungssystems Maxima an den Singularitäten aufweist. Gerade an diesen Stellen treten in der Regel hohe Stromdichten auf, was insbesondere für den Verschiebungsstrom gilt (Spitzenwirkung). Eine gewisse Empfindlichkeit der Kontaktströme bezüglich der Genauigkeit der Gewichtsfunktionen sollte daher bemerkbar sein. Aufgrund der Schwierigkeit der Analyse solcher Effekte werden in der vorliegenden Arbeit die Euler-Lagrangegleichungen direkt, durch Gaußsche Elimination, gelöst. Für moderat komplexe Rechengitter in zwei Dimensionen ist ein iteratives Verfahren nicht wesentlich schneller, unter Umständen - abhängig vom Abbruchkriterium - sogar langsamer. Das gilt nicht für den dreidimensionalen Fall, wo zur iterativen Lösung der auftretenden linearen Gleichungssysteme extrem hohen Ranges zur Zeit keine Alternative existiert.
Eine Gewichtsfunktion pro Teilstromdichte ergibt sich aus der Vollständigkeitsrelation (2.7). Das hat neben der Rechenzeitersparnis den Nebeneffekt, daß die Bedingung (2.7) exakt erfüllt ist. Der Frage, für welchen Kontakt die Gewichtsfunktion aus der Bedingung (2.7) berechnet werden soll, kommt keine wesentliche Bedeutung zu. Aus Symmetriegründen kann z.B. für Substrat-MOSFETs die Gewichtsfunktion für den Substratkontakt auf diese Art gewonnen werden. Noch einfacher ist, auf die Berechnung dieser Gewichtsfunktion zu verzichten und den in Frage stehenden Kontaktstrom aus der Stromsummenbedingung gemäß (2.17)-(2.19) zu berechnen.



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Martin Stiftinger
Fri Oct 14 21:33:54 MET 1994