lovejing0326
基于P2N 结的太阳能电池伏安特性的分析与模拟摘 要 通过分析实际P2N 结与理想模型之间的差别,建立了P2N 结二极管及太阳能电池的数学模型;利用Matlab 中的系统仿真模块库建立仿真模型,设置参量,求解模型方程并绘制了图形1 对太阳能电池在一定光照下旁路电阻及串联电阻取不同数值时对其开路电压、短路电流及填充因子的影响做了模拟,并与实际测得的硅太阳能电池伏安特性进行了比较1 模型分析与实验测量的结果表明:等效的旁路电阻和串联电阻分别影响电池的开路电压和短路电流1 仿真结果与实验测量结果一致1关键词 P2N 结;伏安特性;等效电路模型;太阳能电池中图分类号 O475 文献标识码 A0 引言P2N结是许多微电子和光电子器件的核心部分1这些半导体器件的电学特性及光电特性由P2N 结的性质所决定,掌握P2N 结的性质是分析这些器件特性的基础1 半导体导电是通过两种载流子的漂移、扩散及产生与复合实现的[1 ]1 由于P2N 结的非线性特性,其电流电压关系无法通过一个简单的解析模型来确定1 虽然肖克莱方程给出了理想P2N结的电流电压关系,但与实际器件的性质差别很大1在实际器件中,由于表面效应、势垒区载流子的产生及复合、电阻效应等因素的影响,其电流电压特性只在很小的范围内接近理想值1 正向电压增大时, I2V曲线由指数关系转变为线性关系1 反向电压增大时,在一定范围内也是线性关系,反向电压过大还会发生P2N 结的击穿1本文通过一个简单的电路模型模拟了实际的P2N 结,讨论了各实际参量对伏安特性的影响1 并针对太阳能电池在一定光照下其实际参量如旁路电阻和串联电阻对其开路电压、短路电流及填充因子的影响,利用计算机对其伏安特性进行建模分析,以获得接近实际器件的特性11 P2N结的伏安特性分析及等效电路理想P2N 结模型满足小注入、突变耗尽层及玻耳兹曼边界条件,且不考虑耗尽层中载流子的产生和复合作用[2 ]1 其电流电压关系可由肖克莱方程给出,即J = J s expqVk T- 1 (1)式中,V 为P2N 结两端的电压, J 为通过P2N 结的电流密度, J s 为反向饱和电流1 当正向偏压较大时,括号中的指数项远大于1 ,因而第二项可以忽略,电流密度与电压呈指数增加关系1 反向偏压时,当q| V | m k T 时, 指数项趋于0 , 电流不随电压改变,趋于饱和值J s1实验测量发现,肖克莱方程与实际P2N 结的伏安特性偏离较大,主要表现在两个方面:1) 正向电压较小时,理论值比实验值小,正向电压较大时,J2V关系变为线性关系;2) 反向偏压时,反向电流比理论值大许多,反向电流不饱和,随反向偏压的增大略有增加1 这说明理想模型不能真实反映实际器件的特性,需要建立更为完善的P2N 结模型[3 ]1 在实际器件中,载流子的产生、传输和复合会对P2N 结中的空间电荷场产生影响[4 ] ,从而导致P2N 结电流电压特性偏离理想方程1正向偏压时,注入势垒区的载流子有一部分形成复合电流,其大小与exp ( qV/ 2 k T) 成正比, 总电流密度为扩散电流密度与复合电流密度之和1 对于硅,在较低正向偏压下, 复合电流占主要地位, 因而总电流大于理想条件下的电流,正向偏压较高时,复合电流可以忽略具体的去我们论坛看看吧！！
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在第27届 IEEE IPCF 会议上，IMEC发表了与欧洲名校KU Leuven和TU Wien的联合研究成果，其团队拓展了HCD（热载流子退化）效应的研究模型，综合考虑了HCD效应与自热效应两种现象之间的关联和相互影响，并在对纳米线晶体管的实测中获得了验证。
在先进集成电路器件中，器件尺寸的缩小幅度大于工作电压和偏置应力电压的减小幅度，从而造成高电场；除此之外，晶体管的通道长度与载流子的平均自由程相当或更短，载流子因散射耗散的能量随之大减。综上因素因素会导致载流子的大幅加速，进而导致显著的 热载流子退化* （Hot-carrier degradation，以下简称HCD）。在 纳米线（Nanowire） 晶体管器件和FinFET等10nm和亚10nm尺寸的集成电路器件中，HCD效应因自热效应（Self-Heating Effect）而进一步加剧，被认为是最为损害器件可靠性的问题。
而与HCD密切相关的 偏置温度不稳定性 （Bias Temperature Instability，以下简称BTI）现象，在晶体管中相比HCD破坏性要小。在近年的研究中，控制和缓解BTI的技术手段被提出并得到了验证，这些工作大多基于两点，一是通过 调整功函数 将缺陷带转移到载流子无法达到的能量区域，二是在 SiO层 和 high-k 层之间引入偶极子。然而，到目前为止，尚无能有效减缓HCD效应的手段，更好地了解导致HCD的物理机制将有助于 探索 减缓HCD效应的手段。
自热增强了HCD效应，一个精确的HCD预测模型应该考虑自热效应的影响，但目前模拟自热对HCD影响的模型都基于实验经验和孤立猜想和假设，存在片面性。为加深对HCD诱发机制的理解，建立更接近电路实际工作条件的研究模型， IMEC 与 鲁汶大学 （ KU Leuven ）和 维也纳工业大学 （ TU Wien ）联合实验团队提出并验证了新的物理模型。相关成果以“ Physical Modeling the Impact of Self-Heating on Hot-Carrier Degradation in pNWFETs ”为题发表于2020年举办的第27届IEEE国际集成电路物理与失效分析会议（IPFA, International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits），来自IMEC及两所欧洲名校的Stanislav Tyaginov, Alexander Makarov等10名研究成员为本文共同作者，项目受到“ 欧盟地平线2020 ”科研规划下的“ 玛丽居里学者 ”项目资助。
*热载流子退化 ：Hot-carrier degradation，也称热载流子降解，指器件内部的部分载流子受外部影响成为高能热载流子。这些热载流子会打断Si-H 键从而产生界面态，最终导致载流子平均自由时间减少，降低电子迁移率，从而使器件的源漏电流减小。器件关键电学特性的退化随着工作时间的增长而越来越明显，当退化量大于一定程度时便会引起器件乃至整个芯片的失效，带来严重的可靠性问题。
pNWFETs ：p型纳米线（nanowire）场效应晶体管，GAA环栅晶体管器件结构的一种。
研究团队提出并验证了一个基于物理学基本原理的自热与热载流子退化（HCD）的建模框架。研究表明，自热对HCD的影响因素是多方面叠加的：一是分布式温度下载流子输运特性，二是温度对化学键振动寿命的依赖关系，三是键解离的热贡献。为了求解自热效应引起的晶格温度变化，团队综合求解了漂移-扩散方程和热流两公式；而温度的非均匀分布对载流子输运的影响表明了使载流子能量分布函数趋向高能量区。本研究团队所扩展得到的框架能够精确再现实验环境下pNWFETs的热载流子退化过程，同时也发现，如果忽视自热效应的影响，那么模型计算所得的HCD效应的严重程度将会大大低于实际观测值。
*Minimos-NT ，是一款通用型半导体器件模拟软件，可提供任意二维和三维器件几何形状的稳态、瞬态和小信号分析。该软件由维也纳工业大学微电子研究所自主研发，用于集成电路器件的物理特性研究。
IMEC与知名高校KU Leuven和TU Wien通过建立创新物理模型，深入研究纳米线晶体管的自热效应与热载流子退化物理机制间的联系，Nanowire晶体管即将进入量产阶段，预计该成果将会对于未来纳米线晶体管的良率与器件可靠性提升有重要意义，基于该成果的拓展性研发也将会惠及未来Nanosheet和Forksheet器件的工艺研发。
团队带头人Stanislav Tyaginov博士出生于俄罗斯圣彼得堡，于2006年获物理学博士学位，IIRW和IRPS的技术计划委员会成员。他曾主导建设TU Wien微电子研究所的HCD模型开发小组，在科学期刊和会议论文集上发表论文100余篇。目前Tyaginov博士的研究领域包括：晶体管物理模型仿真、基于Si和碳化硅晶体管中的HCD效应研究、BTI和经时击穿的建模以及MOS器件中的隧穿现象。
IMEC，全称：Interuniversity Microelectronics Centre，即比利时微电子研究中心，是一家成立于 1984 年的 科技 研发中心， 总部设在比利时鲁汶。IMEC 的战略定位为纳米电子和数字技术领域全球领先的前瞻性重大创新中心，IMEC 从 2004 年起参与了从45nm到7nm的芯片前沿技术的研发。
维也纳工业大学（TU Wien），前身是维也纳帝国皇家理工学院，是一所作为奥匈帝国皇家学院的 科技 学院建立起来的综合性大学，是德语国家中的第一所 科技 型学府大学。在教学领域和研究领域都得到国际和国内的认可，是欧洲顶尖学府之一。
鲁汶大学（KU Leuven），是比利时最高学府、世界百强名校、欧洲十大名校之一，集成电路相关学科在欧洲名列前茅，与同在比利时的IMEC在集成电路技术研发方面有着深入、全面的合作。
论文原文链接：
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mini灵灵 6人参与回答 2023-12-10 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯
小陆是吃货 3人参与回答 2023-12-06 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯
垚垚姐姐。 3人参与回答 2023-12-06 半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯
双子座的小蛇 3人参与回答 2023-12-11 论文题目是全文给读者和编辑和第一印象，文题的好坏对论文能否利用具有举足轻重的作用。如何进行物理学 毕业 论文的选题呢？下面我给大家带来优秀物理学毕业论文题目
耀眼的小日 2人参与回答 2023-12-11 
