DEVICE电学仿真常见问题解决方案


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这个帖子主要解决CHARGE仿真时 的收敛性问题。

很多情况下,用户需要多方修改一些仿真参数以便得到收敛的结果或者与文献、实验匹配的结果。如果仿真不收敛,很可能意味着下面一些设置可能布合适,需要做适当修改。

当然, 一些情况下可能需要减小电压和时间步长, 这里暂不讨论。

solver type
gummel : 适合于静电场与载流子传输耦合较弱的情况, 例如,小电流情况下的反向PN结、MOS电容器等。
newton : 较常用的方法,应在大多数情况下使用(缺省)。如果此方法不工作,再改用前者。

global iteration limit
此数值设置为非线性求解器最大的迭代次数。如果是因为收敛满而失败的仿真,增加这个迭代次数可能有帮助。

gradient mixing
当材料具有impact ionization特性,或者(和)使用强场迁移率(high field mobility)模型时,收敛可能比较困难。 此时,可以选此项(Enable),再选用fast or conservative 看看哪个能提供较好的收敛效果。

Update Limiting
它们给出非线性计算中,两次迭代结果允许多大的变化。允许的数值越大,仿真可能更快,但是也可能不稳定,难收敛;而允许的数值越小,仿真越慢,可能更稳定,更容易收敛。 如果仿真不收敛,试着使用更小的数值 (Vth=kT~26meV)。个别情况甚至需要 小至1 kT。

init step size
如果初始的扫描电压非零,为了改善第一个偏压点的收敛情况,初始化时要根据非平衡点(non-equilibrium)的猜测计算。 如果初始化失败,请减小 这个数值(类似与全局的Update Limiting)

常见的例子
Photodetector bandwidth convergence issues

Solar cell with carrier selective contacts
issue:

  • convergence under illumination

resolution:

  • use newton solver type and increase global iteration limit

Vertical photodetector bandwidth
issue:

  • convergence with high field mobility model

resolution:

  • enable gradient mixing

EO modulator (related case)
issue:

  • convergence in transient simulation with time-dependent voltage

resolution:

  • reduce time step size

Mach-Zehnder modulator
issue:

  • convergence in steady state simulation in forward bias

resolution:

  • reduce voltage step size (increase number of points for the same range)
  • set newton solver rather than gummel

LiNbO3 ferroelectric modulator
issue:

  • convergence

resolution:

  • define reasonable material properties for mobility and trap-assisted recombination rates in the newly defined material LiNbO3

Multiple devices
issue:

  • steady state convergence with and without high field mobility model
  • initialization convergence

resolution:

  • enable gradient mixing
  • ensure doping is applied properly by visualizing it
  • relax convergence tolerance (provided the reduced accuracy in results is acceptable)
  • increase number of iterations

CdTe grating
issue:

  • mesh refinement
  • initialization step convergence

resolution:

  • increase max refinement steps in Mesh settings
  • reduce init step size