5.6 Diskretisierung der Kontinuitätsgleichung



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5.6 Diskretisierung der Kontinuitätsgleichung

 

Die selbstkonsistente Lösung von Monte-Carlo-Transport und Poissongleichung nach der Methode, die in Abschnitt 6.3 beschrieben wird, erfordert zuzüglich die Lösung der Halbleitergleichungen [93]. Diese setzen sich aus der Poissongleichung und den Kontinuitätsgleichungen für Elektronen und Löcher zusammensetzen. Als Diskretisierungsverfahren für die Kontinuitätsgleichung zusammen mit der klassischen Drift-Diffusionsstromgleichung 4.31 hat sich die Scharfetter-Gummel-Methode [93] hervorragend bewährt. Dabei wird angenommen, daß auf einer Geraden zwischen zwei Gitterpunkten das elektrostatische Potential linear variiert und die Stromdichte konstant ist. Durch Lösen der eindimensionalen Kontinuitätsgleichung in einem Diskretisierungsintervall gelangt man zu einer Interpolationsvorschrift für die Trägerkonzentration.

Von Selberherr [35] stammt eine Erweiterung dieser Methode für nicht konstantes , womit auch die erweiterte Stromgleichung 4.28 behandelt werden kann. Für die Temperaturspannung wird in Analogie zum elektrostatischen Potential eine lineare Variation angenommen, wodurch, im Gegensatz zu manchen publizierten Diskretisierungsverfahren, das Energie-Gradientenfeld konsistent berücksichtigt wird.

Die eindimensionale Stromgleichung lautet für Elektronen

Die y-Koordinate sei konstant. Die Randbedingungen sind gegeben durch

Die oben angeführten Annahmen, unter denen diese Differentialgleichung nach gelöst wird, können in der Form

zusammengefaßt werden.

Die genaue Ableitung, die zu der im folgenden angegebenen diskreten Kontinuitätsgleichung führt, kann in [101] nachgelesen werden. Beschränkt man sich auf zwei Dimensionen, ergibt sich mit den Abkürzungen

für die inneren Punkte bei Vernachlässigung der Paargeneration und -rekombination das Gleichungssystem 0.5

Darin bedeutet die Bernoulli-Funktion

Nun soll noch der Grenzfall untersucht werden, daß die Temperaturspannung an allen Gitterpunkten gleich groß ist. Mit dem Grenzwert

ergibt sich für den von abhängigen Term eines Diskretisierungskoeffizientens

Das Argument in der Bernoulli-Funktion zeigt an, daß sich im Grenzfall genau die Scharfetter-Gummel-Diskretisierung ergibt.



Martin Stiftinger
Wed Oct 12 11:59:33 MET 1994