这是本文档旧的修订版!
软件版本:O-2018.06
本教程介绍如何使用IVCharacteristics
工具计算分析器件的电流电压特性。这是QuantumATK开发的一类新的Study对象,专门用于多步骤的复杂计算流程的设置、分析。
IVCharacteristics
是一个Study Object(什么是Study Ojbect),用来计算和分析场效应管(FET)器件模型的常见电子性质,例如开关比($\mathrm{I_{on}/I_{off}}$),亚阈值斜率($\mathrm{SS}$),转移电导(transconductance,$\mathrm{g_{m}}$)和漏极诱导势垒降低(drain-induced barrier lowering, $\mathrm{DIBL}$)1)。
本教程介绍如何使用IVCharacteristics
计算并分析silicon-on-insulator(SOI)器件的电子性质,这些性质都有实验结果供参照。教程中使用SOI器件的结构是预先构建好的,用来计算$\mathrm{SS}$和$\mathrm{DIBL}$。
计算使用的SOI器件如下图所示,中间是氢钝化的二维硅片层,两个介电层模拟外面包裹的<chem>SiO2</chem>($\epsilon = 3.9 \epsilon_0$),此外还有一个在沟道中心的金属栅极。
为了计算快速,本教程使用半经验的紧束缚模型计算此模型的电子结构。2)
在此下载包含 DeviceConfiguration 和计算方法的Python脚本输入文件soi_device.zip,将其放置在计算项目的文件夹里,文件会出现在QuantumATK的主界面上。
将文件拖动到Script generator上,将Output setting 下的 Results file 输出文件名改为soi_device_iv1.hdf5
,然后添加下面的计算:
双击打开它,修改参数如下:
这样设置的意思是让 IVCharacteristics 在$\mathrm{V_{gs0}} = -0.3 \mathrm{V}$ 到$\mathrm{V_{gs1}} = 0.0 \mathrm{V}$范围里扫描栅压,栅压点间隔为 $\mathrm{\Delta V_{gs}} = 0.05 \mathrm{V}$、源漏偏压为 $\mathrm{V_{ds}} = 0.05 \mathrm{V}$。
设置结束后,点击OK。将脚本传送至 Job Manager,保存为soi_device_ivc1.py
,点击开始按钮进行计算。计算在24核机器上耗时大约10分钟。完整脚本可以在这下载:soi_device_ivc1.zip。
计算结束后可以将soi_device_ivc1.log
拖动到Editor里查看。你可以注意到类似下面文本的计算流程概要,显示了所有要完成的计算:
+------------------------------------------------------------------------------+ | IV Characteristics Study | +------------------------------------------------------------------------------+ | 14 task(s) will be executed. | | | | * Update configuration | | Gate voltage: -0.25 V | | Left electrode voltage: 0.05 V | | Right electrode voltage: 0.0 V | | * Calculate TransmissionSpectrum | | Gate voltage: -0.3 V | | Left electrode voltage: 0.05 V | | Right electrode voltage: 0.0 V | | * Update configuration |
可以关注一下计算流程是如何显示的:总计14个计算任务逐个显示,每个计算任务用一个星号标记。
还可以注意到每个计算任务在执行过程中,都会先打印一个信息框:
+------------------------------------------------------------------------------+ | Executing task 1 / 14: | | Update configuration | | Gate voltage: 0.0 V | | Left electrode voltage: 0.05 V | | Right electrode voltage: 0.0 V | | Log to: ivcharacteristics_gate_voltage_0.0_Volt.log | +------------------------------------------------------------------------------+
查看输出结束后关掉Editor回到主界面。在LabFloor中选择SOI_device_ivc1.hdf5
中包含的对象,点击右侧 IV-Characteristics Analyzer 插件。
IV-Characteristics Analyzer 的主窗口显示如下。