Мустафаев А.Г., Мустафаев Г.А. Математическое моделирование и численный расчет резонансно-туннельного эффекта

Аннотация: В работе рассмотрен один из физических эффектов наноэлектроники - резонансное туннелирование. Проводится численный расчет конструкции диода, сформированного на МДП-структуре и моделирование его характеристик. Подобной структурой на кремнии обладает структура металл– оксид кремния- полупроводник в режиме сильного обеднения вблизи поверхности легированного полупроводника. Построена зонная диаграмма МДП-структуры, определены энергетические уровни и волновые функции электрона в квантовой яме и при туннелировании, вычислена вероятность туннелирования от величины приложенного напряжения. При проведении расчетов использовалась визуальная среда математического моделирования и инженерных вычислений PTC Mathcad Prime 3.1. В результате компьютерного моделирования определены предельные внешние напряжения, до пробоя диэлектрика. Кроме того, выявлен качественный вид зависимости тока МДП-структуры от высоты и ширины энергетического барьера. Разработанная модель позволяет учитывать совместное влияние нескольких факторов, что подтверждается согласованием расчетных ВАХ с экспериментальными.

Ключевые слова:

Abstract: The research is devoted to one of the physical nanoelectronic effect – resonant tunneling. The authors provide numerical calculations for constructing the MIS-structure based diod and modeling its characteristics. The metal-oxide-silicon semiconductor in the severe depletion mode next to the doped semiconductor has a similar structure. The authors establish the MIS-structure energy band diagram, define energy levels and wave functions of an electron in the quantum well and during tunneling and calcuate the probability of tunneling based on the amounnt of the voltage applied. In the course of calculations the authors use the PTC Mathcad Prime 3.1 visual environment for mathematical modeling and technical computing. The results of the computer modeling allow to define external limit voltage including the amount of voltage that leads to the dielectric breakdown. In addition, the authors define the qualitative dependency between the MIS-structure voltage and the height and width of the energy barrier. The model developed by the authors takes into account the joint influence of several factors which is proved by the coordination of recorded current voltrage characteristic with the experimental characteristics. 

Keywords: