Development of a 3D Particle-Based Device Simulator: A Self-Consistent Monte Carlo Approach Using Tetrahedral Grids

Essensielt for optimering av halvlederkomponenter er å kunne simulere dem med realistiske geometri- og material-egenskaper. Et nytt simuleringsprogram presenteres som kombinerer en partikkelbasert simuleringsmetode med bruk av tetraedriske rutenett for å simulere høyenergi-ladningstransport i komponenter med kompleks 3D-geometri. Denne rapporten beskriver hvordan de ulike komponentene til programmet er koblet og virker sammen. Sentrale punkt i oppgaven omhandler å 1) diskretisere komponenter med Gmsh, 2) beregne felt med en endelig element løser, 3) simulere ladningstransport med bruk av fullbånds Monte Carlo metode, og 4) forbinde partiklers grensebetingelser til et ustrukturert rutenett. Deretter demonstreres programmets egenskaper ved å simulere responsen fra å påsette en −7 V spenning på en 30 μm x 10 μm x 1 μm avalanche-fotodiode laget av en HgCdTe-legering. Det vises at programmet er i stand til å simulere de geometrisk komplekse egenskapene til et bredt spekter av mikroskala halvlederkomponenter. Videre diskuteres metoder for å øke programmets kjørehastighet – for eksempel parallellisering – som kan gi nøyaktige resultater til et rimelig tidsforbruk