4.1.1 Überblick der numerischen Methoden



next up previous contents
Next: 4.1.2 Struktur und Modellhierarchie Up: 4.1 MINIMOS Previous: 4.1 MINIMOS

4.1.1 Überblick der numerischen Methoden

MINIMOS löst die diskreten stationären Halbleitergleichungen der erweiterten Drift-Diffusionsnäherung (vgl.Kap. 3.1) auf einem nichtäquidistanten Rechteckgitter. Das Simulationsgebiet ist daher immer ein Rechteck oder ein Quader. Die Grenzlinien bzw. Grenzflächen zwischen verschiedenen Materialien (Halbleiter-Kontakt, Halbleiter-Isolation, Kontakt-Isolation) müssen allerdings nicht mit Gitterlinien übereinstimmen. Dadurch wird die Simulation nichtplanarer Strukturen - ein wichtiger Punkt für `recessed gate' oder `T-gate' MESFETs - ermöglicht. Um in diesem Fall die diskreten Halbleitergleichungen zu gewinnen, wird die Boxintegrationsmethode verwendet [17][77][86].

Für die Lösung des daraus resultierenden nichtlinearen Gleichungssystems wird der Gummel-Algorithmus verwendet, wobei die diskrete Poissongleichung und die diskretisierten Kontinuitätsgleichungen für Elektronen und Löcher einzeln hintereinander in einer Schleife bis zur Konvergenz des Gesamtsystems gelöst werden [45][77].

Für die Lösung der einzelnen linearen Gleichungssysteme stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, deren optimale Einsatzbereiche einerseits vom Rang des linearen Gleichungssystems, andererseits von der Architektur des verwendeten Computers abhängen. In diesem Zusammenhang sei auf die umfangreiche Literatur zu diesem Thema verwiesen [21][24][64][67]. Für die zweidimensionale Simulation auf einem skalaren Computer mit typischen Gittergrößen von einigen tausend Punkten hat sich für die Lösung der diskreten Poissongleichung ein iterativer Algorithmus, die Methode der konjugierten Gradienten, als optimal erwiesen. Für die diskreten Kontinuitätsgleichungen ist in diesem Falle die Gaußsche Elimination in Verbindung mit einem Umordnungsalgorithmus am effizientesten. Sowohl auf Vektorcomputern als auch auf massiv parallelen Systemen sind auch für die diskreten Kontinuitätsgleichungen iterative Methoden überlegen. Bei den linearen Gleichungssystemen in der dreidimensionalen Simulation, wo sich die Anzahl der Gitterpunkte zwischen und bewegt, sind nur mehr iterative Methoden, sowohl für die diskrete Poissongleichung als auch für die diskreten Kontinuitätsgleichungen, effizient einsetzbar. Einen Vergleich verschiedener Lösungsmethoden findet man in [29].



Martin Stiftinger
Fri Oct 14 19:00:51 MET 1994