器件建模光小目位调制器

　　件建模的目的就是在一定的限定条件下，通过模拟优化，使器件性能满足我们的要求。因为器件的特性不可能全部得到优化，它们之间存在相互制约的关系，所以在进行建模之前，我们首先要根据实际需要，确定设计目标，比如说我们是想要更快的速度还是要更小的功耗，等等。对于利用等离子色散效应的调制器来说，建模是一个比较复杂的问题。因为它不仅是电学或光学的模型，而是一个光电混合的模型。对于这类器件，没有现成的软件包，需要利用电学或光学的软件来分别模拟其电特性和光特性，然后对其进行一些分析计算，得出自己想要的结果。

　　对于电特性的模拟来说，一般常用的软件有TMA公司的MEDICI软件和SILVACO公司的Silvaco软件。两个模拟器利用的物理方程和数值方法等相近，一般给出的结果也基本相同。下面就以Silvaco为例来介绍一下电特性模拟的基本要点。

　　Silvaco是一个功能十分强大的软件。它具有丰富的模型库。对于工艺模拟我们不详述，因为这涉及到很多材料不同条件下的具体参数设定，以及工艺设备的参数设置等内容。我们这里主要介绍一下进行器件模拟的软件ATLAS。

　　ATLAS是SILVACO公司开发的一种用来对半导体器件的各种电学特性和光学特性进行定量分析的数值模拟软件。ATLAS中的数值计算基于一系列由麦克斯韦定律推导出的用来描述半导体中各物理量之间的相互关系的偏微分方程，通过这些方程，可以把材料中的静电势和载流子密度等变量联系起来。这些方程包括：

　　（1）洎松方程

　　洎松方程表示的是材料中静电势和空间电荷密度之间的关系。式中，Ψ为静电势；ε为局域介电常数；p为局域空间电荷密度，是所有固定和自由电荷的总和，包括电子、空穴和离子化的杂质。电场可由电势的梯度求得：

　　（2）载流子连续性方程

　　电子和空穴的连续性方程由下式定义：

　　式中，n和p分别是电子和空穴的浓度；jn和jp分别为电子和空穴的电流密度；Gn和GP分别为电子和空穴的产生率：凡和，Rp分别为电子和空穴的复合率；日是电子电量。它描述载流子传输机制、产生机制、复合机制和电子、空穴密度的关系。   

　　（3）载流子传输方程

　　方程（4-108）至方程（4-111）已经给出了器件模拟的基本框架。而对于具体物理模型Jn、Jp、Gp、Rn、Rp等的确定则需要二阶方程。电流密度方程或者电荷传输模型通常是对玻耳兹曼方程的近似和简化求得的。而这些假设就可以产生很多具体的模型。如漂移－扩散模型、能量平衡模型和流体动力学模型等。电荷传输模型的选择对于产生复合模型的选择有很大的影响。

　　最简单的电荷传输模型就是漂移¨扩散模型。这个模型只引进三个独立的变量Ψ、n和p。漂移－扩散模型对于大多数器件来说都是适用的。然而对于小尺寸的器件，如深亚微米器件来说，能量平衡模型和流体动力学模型具有更好的近似效果。