استقصاء الحل العددي لمعادلة بولتزمان للانتقال في السليكون داخل فضاء الزخم باستخدام منظومات حسابية بأبعاد مختلفة

العناوين الأخرى

Investigating the numerical solution of the boltzmanntransport equation in silicon in momentum space using computational systems of different dimensions

المؤلفون المشاركون

محمود ماجد محمود
حسين، ممتاز محمد صالح

المصدر

التربية و العلم : مجلة علمية للبحوث العلمية الأساسية

العدد

المجلد 29، العدد 4 (31 ديسمبر/كانون الأول 2020)، ص ص. 108-123، 16ص.

الناشر

جامعة الموصل كلية التربية للعلوم الصرفة

تاريخ النشر

2020-12-31

دولة النشر

العراق

عدد الصفحات

16

التخصصات الرئيسية

الفيزياء

الموضوعات

الملخص AR

تعد معادلة الانتقال لبولتزمان المعادلة الأساسية المستخدمة لحل مسائل انتقال حامل الشحنة (الإلكترون، الفجوة) في نبائط أشباه الموصلات و يمكن الحصول على دالة التوزيع من خلال حل هذه المعادلة، تعد دالة التوزيع مهمة في حساب خصائص أشباه الموصلات، التي يمكن استخدمها في حساب متوسط طاقة الإلكترون و تركيز حامل الشحنة و غيرها من الخواص.

في هذا البحث تم حل معادلة الانتقال شبه الكلاسيكية لبولتزمان في السليكون باستخدام طريقة تحليلية / عددية في حالة الاستقرار في فضاء الزخم.

يتطلب الحل التحليلي التعبير عن دالة التوزيع باستخدام متعددات حدود لاجندر و ذلك بأخذ الحدين الأول و الثاني من امتدادات متعددات لاجندر مع الأخذ بنظر الاعتبار تأثير كل من الاستطارة السمعية المرنة و الاستطارة غير المرنة إضافة الى تأثير تركيب حزمة الطاقة غير المكافئ.

و للحصول على الحل العددي لمعادلة بولتزمان نستخدم طريقة الفروق المحددة إذ يتم تحويل المعادلة التفاضلية إلى معادلة الفروق الخطية التي يمكن تمثيلها بالمصفوفات.

تم تصميم عدة منظومات عددية بأبعاد مختلفة لحساب دالة التوزيع لكل منظومة، و تمت المقارنة بين هذه المنظومات من حيث الدقة و لمجالات كهربائية مسلطة مختلفة تمتد من منطقة المجالات الواطئة إلى منطقة المجالات العالية و عند درجتي الحرارة T=(77,300) K، و أظهرت النتائج التي تم الحصول عليها توافقا جيد مع النتائج المنشورة التي استخدمت طرق أخرى مثل طريقة محاكاة مونتي كارلو ولمعظم المنظومات المستخدمة في البحث.

الملخص EN

The Boltzmann transport equation is the basic equation for solving the transport of charge carrier (electrons, holes) problems in semiconductor devices.

The distribution function has been obtained from the solution of this equation.

The distribution function is important in calculating semiconductor properties, which can be used to calculate the average electron energy, the charge carrier concentration, and other properties.

In this work the semi-classical Boltzmann transport equation in silicon was solved using analytical / numerical methods in steady state case in momentum space.

The analytical solution is requires expressing the distribution function using Legendre polynomials expansion the first two terms of the expansion, by taking into account the effect of both acoustic elastic scattering and nonelastic scattering in addition to the effect of non-parabolic energy band structure.

In order to obtain the numerical solution of Boltzmann transport equation the finite difference method is used.

The differential equation is transformed to linear difference equation which can represented by matrices.

Numerical systems with different dimensions are designed to calculate the distribution function with the least possible time to maintain the accuracy of the solution for different applied electric field which represent the low and high field regions at temperatures T= (77, 300) K.

The obtained results showed good agreement with published data that used other calculation methods such as the Monte Carlo simulation method for all the system used in this work.

The Boltzmann transport equation is the basic equation for solving the transport of charge carrier (electrons, holes) problems in semiconductor devices.

The distribution function has been obtained from the solution of this equation.

The distribution function is important in calculating semiconductor properties, which can be used to calculate the average electron energy, the charge carrier concentration, and other properties.

In this work the semi-classical Boltzmann transport equation in silicon was solved using analytical / numerical methods in steady state case in momentum space.

The analytical solution is requires expressing the distribution function using Legendre polynomials expansion the first two terms of the expansion, by taking into account the effect of both acoustic elastic scattering and nonelastic scattering in addition to the effect of non-parabolic energy band structure.

In order to obtain the numerical solution of Boltzmann transport equation the finite difference method is used.

The differential equation is transformed to linear difference equation which can represented by matrices.

Numerical systems with different dimensions are designed to calculate the distribution function with the least possible time to maintain the accuracy of the solution for different applied electric field which represent the low and high field regions at temperatures T= (77, 300) K.

The obtained results showed good agreement with published data that used other calculation methods such as the Monte Carlo simulation method for all the system used in this work.

نمط استشهاد جمعية علماء النفس الأمريكية (APA)

محمود ماجد محمود وحسين، ممتاز محمد صالح. 2020. استقصاء الحل العددي لمعادلة بولتزمان للانتقال في السليكون داخل فضاء الزخم باستخدام منظومات حسابية بأبعاد مختلفة. التربية و العلم : مجلة علمية للبحوث العلمية الأساسية،مج. 29، ع. 4، ص ص. 108-123.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1235531

نمط استشهاد الجمعية الأمريكية للغات الحديثة (MLA)

محمود ماجد محمود وحسين، ممتاز محمد صالح. استقصاء الحل العددي لمعادلة بولتزمان للانتقال في السليكون داخل فضاء الزخم باستخدام منظومات حسابية بأبعاد مختلفة. التربية و العلم : مجلة علمية للبحوث العلمية الأساسية مج. 29، ع. 4 (2020)، ص ص. 108-123.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1235531

نمط استشهاد الجمعية الطبية الأمريكية (AMA)

محمود ماجد محمود وحسين، ممتاز محمد صالح. استقصاء الحل العددي لمعادلة بولتزمان للانتقال في السليكون داخل فضاء الزخم باستخدام منظومات حسابية بأبعاد مختلفة. التربية و العلم : مجلة علمية للبحوث العلمية الأساسية. 2020. مج. 29، ع. 4، ص ص. 108-123.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-1235531

نوع البيانات

مقالات

لغة النص

العربية

الملاحظات

يتضمن مراجع ببليوجرافية : ص. 122-123

رقم السجل

BIM-1235531