Performance issues for iterative solvers in device simulation

Due to memory limitations, iterative methods have become the method of choice for large scale semiconductor device simulation. However, it is well known that these methods still suffer from reliability problems. The linear systems which appear in numerical simulation of semiconductor devices are notoriously ill-conditioned. In order to produce robust algorithms for practical problems, careful attention must be given to many implementation issues. This paper concentrates on strategies for developing robust preconditioners. In addition, effective data structures and convergence check issues are also discussed. These algorithms are compared with a standard direct sparse matrix solver on a variety of problems

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ТОПОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУР В СЛОЯХ ВАКУУМНОГО РЕЗИСТА

The modeling of formation of topological structures with 3D elements of various sizes and configurations in а vacuum resist exposed to pulsed laser radiation with different energy density was carried out. It was found experimentally that the simulation allows predicting the actual parameters of lithography laser systems for high-quality formation of 3D topology elements in layers of vacuum resist when creating masks. Изучены методом моделирования процессы формирования топологичеких структур с 3D-элементами различных размеров и конфигурации в слоях вакуумного резиста импульсным лазерным излучением с разной плотностью энергии. Экспериментально установлено, что моделирование позволяет прогнозировать реальные параметры работы установок лазерной вакуумной микролитографии для качественного формирования 3D-элементов топологии в слоях вакуумного резиста при создании масок.

High Performance Organic Transistors for Organic Electronic Applications

Thin-film transistor (TFT) devices using organic semiconducting materials have attracted widespread attentions due to their low cost, flexible form factor, and easy fabrication. However, organic materials’ poor performance as compared to inorganic semiconductor such as silicon limits their applications. Specially, high-frequency operation in organic transistors has never been achieved with organic semiconducting material. One very attractive application for organic electronics is low-cost and flexible Radio Frequency Identification Tag (RFID), which requires relatively high frequency operation. Because of low mobility and high operating bias voltage, the current organic TFT is not appropriate for the most of applications including RFID. The objective of this research is to develop the high performance organic transistor structures which are suitable for organic electronic applications. In designing, two major performance metrics of devices are focused to be improved, which are the on-current level with high on-off ratio and the cutoff frequency of the transistors. They are determined mainly by the carrier mobility, the injection of carrier at the metal/semiconductor boundary, and the passive parasitic components introduced by device geometry. In this study, three new structures are investigated, namely dual-organic layer Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor (MESFET), depletion mode organic Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET), and organic Heterojunction Bipolar Transistor (HBT). Each of these devices is optimized to enhance the performance of the devices based on comprehensive theoretical modeling, and validated by simulation using TCAD. The devices with channel length of longer than 4 µm exhibit a few µA of on-current and ~10 MHz cutoff frequency. The results obtained in this work show those novel transistor structures can overcome the weakness of conventional organic TFTs and have great potential in realizing organic circuit applications in the future

Theoretical and practical aspects of parallel numerical algorithms for initial value problems, with applications

Includes bibliographical references (p. 80-82).Supported by IBM Corp., and by a AEA/Dynatech faculty development fellowship. Supported by the Defense Advanced Research Projects Agency, under the Office of Naval Research. N00014-91-J-1698 Supported by a National Science Foundation. MIP-88-14612Andrew Lumsdaine

Estudio de dispositivos semiconductores modernos mediante simulaciones numéricas: modelización de celdas solares de puntos cuánticos basadas en materiales III-V

En los últimos años, la celda solar de puntos cuánticos ha atraído la atención de la comunidad científica como una de las más prometedoras implementaciones del concepto de celda solar de banda intermedia, que de acuerdo a predicciones teóricas basadas en el principio del balance detallado, podría alcanzar una eficiencia superior al 63% bajo máxima concentración de luz solar. Capas de puntos cuánticos embebidas en la región intrínseca de una celda solar p-i-n introducen estados energéticos en la banda prohibida, que actúan como niveles intermedios e incrementan la captación de luz a partir de la absorción de fotones de baja energía. La extracción de los portadores fotogenerados en los estados confinados y la subsiguiente colección en los contactos conducen a un aumento de la corriente de cortocircuito de la celda solar que, según reportes experimentales, es siempre acompañado de una reducción notable de la tensión de circuito abierto, que impide lograr una mejora en la eficiencia con respecto a dispositivos convencionales. La pobre performance lograda por las celdas solares de puntos cuánticos hasta el momento ha impulsado la investigación de estos dispositivos desde el punto de vista de la modelización y simulación. Los modelos aplicados usualmente se basan en la teoría de la banda intermedia y no son capaces de brindar resultados confiables, ya que desestiman los procesos de transferencia de portadores inter-subbanda que involucran a los estados de los puntos cuánticos. En esta tesis se desarrolla un modelo físico para la simulación de celdas solares de puntos cuánticos y se lo aplica al estudio detallado de su performance, haciendo foco particularmente en celdas basadas en materiales semiconductores III-V. Se analiza minuciosamente la dependencia de las características eléctricas y ópticas de estos dispositivos con diferentes parámetros físicos, condiciones de operación y variantes en el diseño. El modelo combina ecuaciones de arrastre-difusión para el transporte en el bulk y ecuaciones fenomenológicas de tasas para la dinámica de los portadores en los puntos cuánticos. A diferencia de otras formulaciones existentes, el modelo desarrollado tiene en cuenta la transición de portadores entre los estados confinados introducidos por las nanoestructuras, y además considera espectros de absorción razonables, lo que conduce a resultados de simulaciones más realistas. Esto está respaldado por la muy buena concordancia con datos experimentales publicados en la literatura.Facultad de Ingenierí