Transiente Simulation von Silizium-MOSFETs
Die vorliegende Arbeit befaßt sich mit der Simulation von
zeitvarianten Vorgängen in Silizium-MOSFETs.
Die ersten beiden Kapitel behandeln
algorithmische Aspekte transienter Simulationen.
Zuerst wird ein neuer Algorithmus
zur entkoppelten Lösung der
zeitvarianten Halbleitergleichungen vorgestellt
und seine Funktionsfähigkeit an einigen
praktischen transienten Simulationen demonstriert.
Das anschließende Kapitel ist mit der Problematik der
Kontaktstromintegration befaßt. Nach einer
eingehenden Analyse verschiedener Einflüsse der
endlichen Zahlenarithmetik auf das Ergebnis der
Kontaktstromintegration wird ein neues
Verfahren vorgestellt, das hochgenaue
Ergebnisse sowohl im stationären wie auch im
transienten Fall liefert.
Das dritte Kapitel ist der Analyse und Simulation
des Nichtgleichgewichtszustandes
von im verbotenen Energieband verteilten Störstellen,
die der Shockley-Read-Hall-Statistik unterliegen,
gewidmet. Nichtstationäre Emissionsvorgänge
an MOS-Grenzflächen werden simuliert und
mit eindimensionalen analytischen Modellen
verglichen.
Auf den Resultaten dieses Kapitels aufbauend,
wird im vierten Kapitel das Charge-Pumping-Experiment
in Dünnfilm SOI 
-Dioden durch numerische
Simulation analysiert, wobei die
Simulationen im Verein mit experimentellen Daten
erfolgen.
Die Resultate führen zum Verständnis verschiedener
parasitärer Effekte, die beim CP-Experiment
in solchen Strukturen auftreten.
Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Gebiet
linearer algebraischer Methoden, die bei der
dreidimensionalen Bauelement-Simulation Anwendung finden.
Zentraler Gegenstand sind hier lineare Gleichungssysteme,
die bei der Lösung der Halbleitergleichungen ständig auftreten.
Eine Reihe von iterativen Verfahren zur Lösung
großer, spärlich besetzter Gleichungssysteme wird vorgestellt.
Resultate von Simulationsläufen auf
verschiedenen Hochleistungs-Rechnern werden präsentiert.
Alle numerischen Ergebnisse wurden mit dem Simulator MINIMOS,
der im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelt wurde, erzielt.
Transient Simulation of Silicon MOSFETs
This thesis is concerned with the simulation of the
transient electrical behavior of silicon MOSFETs.
In the first chapter a new algorithm for the decoupled
solution of the time-dependent semiconductor equations is
presented, along with some results of transient simulations.
The following chapter concentrates on the analysis
of accuracy problems which can occur during the
contact current integration step. A new efficient procedure
which yields very accurate results both in the stationary
and the time-dependent case is devised and analyzed.
The third chapter is concerned
with the non-steady-state behavior of distributed traps at
the silicon-insulator interface in MOS structures.
Self-consistent transient numerical simulations
within the framework of Shockley-Read-Hall statistics
are presented for the emission and the capture process.
The results of this chapter are used to analyze the
complex, two-dimensional nature of the charge-pumping
experiment carried out in thin-film SOI -diodes.
In conjunction with experimental results it is possible
to explain various parasitic effects which are likely
to occur in such structures during the CP-experiment.
The second part of this thesis is devoted to linear algebraic
methods for three-dimensional device simulation.
The focus of this part is on
linear systems of equations, which arise
frequently during the solution process
of the semiconductor equations.
Various iterative methods
for the solutions of large, sparse systems of equations
are investigated and simulation results on high performance
computing systems are presented.
All simulation results within this work have been obtained using
the device simulator MINIMOS.