數值半導體元件模式

本課程旨在介紹半導體元件的基礎觀念、數學模式、物理參數、數值方法以及電腦模擬技術。修課學生將學習如何解半導體元件的偏微分方程的數值方法,動手用程式語言撰寫半導體元件模擬程式。 特別說明:本課程不使用現成的商用模擬軟體,欲學習TCAD模擬器操作的同學請修老師的另一門課:「元件設計與模擬實驗」。 This course aims to introduce the basic concepts, mathematical models, physical parameters, numerical methods and computer simulation techniques of semiconductor devices. Students in the course will learn how to solve the partial differential equations of semiconductor devices numerically, and write semiconductor device simulation programs in various programming languages. Notably, this course does not use any commercial available simulation software. Students who want to learn the operation of the TCAD simulator should take the teacher's another course entitled: "Device Design and Simulation Lab.".

無 / No need prerequisites

無備註

一、採投影片教學,修課同學課前預習、課後複習與習作 二、修課相關資訊皆公告於e3課程網站,同學需上網瀏覽。 三、保障修課學生權益,本課程不開放旁聽。

作業、考試、評量之比重如下: 一、作業與隨堂表現 20% 二、一次期中考 35% (筆試測驗) 三、期末專題 45% (撰寫程式)

• 課程簡介

  簡介半導體元件的物理模式與數值解法,以及電腦模擬技術。

  講授：

  3

  備註：課程簡介

• 基本觀念與物理模式

  簡介元件中Maxwell與Poisson方程式 之推導及其物理背景說明。

  講授：

  4

  備註：預備知識

• 泊松模式數值解

  解古典非線性Poisson方程式:有限差分、有限元素,以及有限體積法的離散方法, 解非線性系統方法, 解線性系統方法, C/C++/Matlab程式範例說明, 與個案應用。

  講授：

  4

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習元件模擬的泊松模式、古典電位模擬實驗。

• 量子力學修正

  為何需要量子修正, 顯形式暨隱形式量子修正模式, 解Density-gradient方程式的數值方法, 程式說明, 個案應用。

  講授：

  4

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習量子力學修正的的元件模擬、量子效應模擬實驗1/3。

• 水丁格-泊松模式

  Schrodinger-Poisson方程式推導與物理背景說明。

  講授：

  4

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習量子力學修正的的元件模擬、量子效應模擬實驗2/3。

• 水丁格-泊松模式數值解

  解Schrodinger-Poisson方程式的方法、固有值問題、邊界值問題的數值解法。

  講授：

  4

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習量子力學修正的的元件模擬、量子效應模擬實驗3/3。

• 古典傳輸模式

  波爾茲曼(Boltzmann)方程式、流體動力學(Hydrodynamic)方程式、能量傳輸(Energy transport)方程式、飄移擴散(Drift-diffusion)方程式, 與熱傳導(Heat flow)方程式推導與物理背景說明。

  講授：

  4

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習元件模擬原理、元件模擬程式實驗1/3。

• 飄移擴散模式數值解

  物理參數模型, 方程式解離方法, 離散方法, 解非線性系統方法, 解線性系統方法, 程式範例說明, 個案應用。

  講授：

  3

  示範：

  1

  實作：

  1

  備註：學習元件模擬原理、元件模擬程式實驗2/3。

• 流體動力學模式數值解

  物理參數模型, 方程式解離方法, 離散方法, 解非線性系統方法, 解線性系統方法, 程式範例說明, 個案應用。

  講授：

  3

  備註：學習元件模擬原理、元件模擬程式實驗3/3。

• 量子傳輸模式

  量子傳輸(Quantum Transport)物理、非平衡格林函數模式與數值解法。

  講授：

  3

一、自編講義 (Hardcopy lecture notes will be distributed for all enrolled students) 二、參考書目 (Reference books): 1. D. Vasileska, S. Goodnick, and G. Klimeck, "Computational Electronics," CRC Press, 2010. 2. Siegfried Selberherr, "Analysis and simulation of semiconductor devices," Springer-Verlag, 1984.

地點

老師辦公室:電資812室 (電子資訊大樓荷花池那一棟)

時間

每週三下午一點半,或與另約師生晤談時間( 以老師的email 或 辦公室電話預約)。

聯絡方式

Email: y m l i @ m a i l . y m l a b . o r g 辦公室電話: 0 3 --- 5 7 1 2 1 2 1 轉 5 2 9 7 4