微等离子体场效应管的仿真

· 项目背景

近年来,微等离子体器件已被用于照明、等离子体显示器、环境传感器、化学分析、臭氧发生等领域。微等离子体场效应晶体管(MOPFET)类似于金属氧化物半导体场效应晶体管,包括源极、漏极和栅极。MOSFET采用半导体衬底来传导电流。它有一个栅极,其电压决定了器件的导电性。这种随着施加电压的量而改变电导率的能力可用于放大或切换电子信号。MOPFET使用等离子体作为导电介质。本项目中采用Ar作为工作气体,对微等离子体场效应管的特性进行仿真。

· 仿真方法

1、Ar等离子体机理

本项目中根据相关文献,将Ar放电过程整理为7个反应组成的反应体系,其中电子碰撞反应5个,化学反应2个,主要的离子来源于Ar+。并考虑各种激发态粒子和离子在表面的反应。

2、等离子体流体模型

根据漂移-扩散理论建立电子输运方程、电子能量守恒方程和重粒子输运方程,静电场的计算采用泊松方程。其中电子能量分布函数(EEDF)采用麦克斯韦分布,通过对碰撞截面积分计算相关反应速率。

3、等离子体与电路耦合

在等离子体模型中将外加电极与外部电路耦合求解,得到等离子体场效应管放电参数变化。

· 仿真结果

等离子体场效应管

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