CHƯƠNG 3. TỔNG QUAN PHẦN MỀM ATLAS

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 31/77



Hình 3-33: Sơ đồ khối của DeckBuild trong ATLAS [15]



Như sơ đồ khối ở hình trên thì muốn chạy mơ phỏng và nhận được kết quả trong

phần mềm ATLAS được chia thành hai phần quan trọng phải có:

 Dữ liệu vào.

 Tổng hợp và hiển thị kết quả.

Theo như sơ đồ cấu trúc ở phía trên có hai kiểu dữ liệu vào bao gồm từ DevEdit,

ATHENA.

 ATHENA

Bao gồm các cấu trúc để viết nên mơ hình các điểm để vẽ ra cấu trúc để kết hợp

với hợp chất để mô phỏng và cho ra kết quả.

 Tệp tin cấu trúc

Tệp tin cấu trúc này là những tệp tin được định nghĩa sẵn của phần mềm từ nhà

phát triển từ đó có thể chạy mơ phỏng kết quả.

3.2 Tổng hợp và hiển thị kết quả

Sau khi chương trình đã chạy xong mơ phỏng thì sẽ xuất ra ba loại tệp tin chứa dữ

liệu của kết quả.

MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 32/77



-



Các loại tệp tin chứa kết quả xuất ra kết quả bao gồm:

- Loại một là tệp tin hiển thị thời gian hồn thành q trình mơ phỏng,

q trình xử lý dữ liệu, hiển thị các lỗi và các cảnh báo trong q trình

-



mơ phỏng.

Loại hai là tệp tin được lưu trữ những sự thay đổi dòng điện và điện



-



áp trong quá trình mơ phỏng sự hoạt động của vật liệu bán dẫn.

Loại ba là tệp tin lưu trữ các giá trị sau khi hồn thành q trình mơ

phỏng bao gồm các dữ liệu hoạt động của vật liệu trong không gian

hai chiều và ba chiều.



1.9 Cấu trúc lệnh trong chương trình

Tệp tin lưu trữ chương trình mơ phỏng được quy định cấu trúc như sau



Hình 3-34: Cách viết ngơn ngữ miêu tả của chương trình [18]



Như hình ảnh 3-2 thì muốn cho chương trình hiểu được và chạy mơ phỏng thì

chúng ta phải tuân thủ các viết chương trình. Ở đây thì muốn miêu tả thì một dòng

chương trình được định nghĩa hai phần song song cùng nằm trên cùng một dòng

chính là: STATEMENT, PARAMETER

 MESH

Ví dụ: z.mesh l=0 spacing=0.01.

Là lệnh được dùng để vẽ cấu trúc hai chiều hoặc ba chiều của vật được cấu tạo bởi

vật liệu để chạy chương trình mơ phỏng với đơn vị là micromet. Lệnh MESH này

trong phần mềm ATLAS thì thường dùng hai lệnh LOCATION, SPACING và cùng

với vẽ cấu trúc hình trục trong khơng gian ba chiều thì phải thêm lệnh

CYLINDRICAL THREE.D.

-



LOCATION, SPACING được ATLAS hiểu như là khi có một điểm

với một khoảng cách thì sẽ tạo ra một đường thẳng. Từ đó ta có thể



vẽ được hình muốn vẽ.

 REGION

MƠ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 33/77



Ví dụ: region num=1 material=GaAs acceptor=2e10 a.min=0 a.max=360 z.min=0

z.max=1.10 r.min=0 r.max=0.19.

Trong ATLAS thì lệnh này được dùng để xác định vị trí và bao phủ của vật liệu bán

dẫn và những lệnh để miêu tả vùng REGION thì có các lệnh sau:

-



NUMBER được chương trình hiểu là sẽ phân vùng REGION trong

phần mềm ATLAS để tiện cho việc kiểm soát những chất bán dẫn ở

từng vùng như là cấu tạo, cấu trúc phân tử để cho ra mô phỏng mong



-



muốn.

MATERIAL là dùng để cho chất bán dẫn nằm ở vùng đó.

ACCEPTOR được chương trình hiểu chất bán dẫn ở vùng này là chất



bán dẫn loại P chứa nhiều lỗ trống.

- MIN, MAX được biết là biết trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất.

 ELECTRODE

Ví dụ: electrode name=anode a.min=0 a.max=360 r.min=0 r.max=0.19 z.min=0

z.max=0.

Là lệnh được xác định vùng vị trí điện cực trong mơ phỏng

-



NAME trong ELECTRON là tên của vùng điện cực trong mô phỏng

dùng để cho việc lưu trữ dữ liệu đầu ra của mơ phỏng cũng như

chương trình sẽ hiểu được vùng điện cực nằm ở vị trí nào trong mơ

phỏng.



MƠ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 34/77



 DOPING

Ví dụ: doping region=1 uniform p.type conc=1e+10.

Là lệnh nhận được vật chất khác pha với chất bán dẫn cũng nhưng cấu tạo trong

vùng chất bán dẫn trong q trình mơ phỏng cũng như mực độ cấu trúc phân tử của

chất bán dẫn trong mơ phỏng được chương trình hiểu qua các lệnh sau REGION,

UNIFORM, CONC.

-



REGION sẽ được chương trình hiểu sẽ có sự thay vùng đó sẽ có sự



-



pha tạp của chất bán dẫn với hợp chất khác.

UNIFORM được hiểu như là mơ hình phân tử của chất bán dẫn mà

UNIFORM ở đây chương trình hiểu như là cấu trúc bình thường của



chất bán dẫn.

- CONC lệnh này được xem như là mật độ phân tử trong bán dẫn.

 MATERIAL

Ví dụ: material material=GaAs taun0=1.e-9 taup0=1.e-9 copt=1.5e-10.

Là lệnh được chương trình hiểu như là chất bán dẫn nào được dùng trong q trình

mơ phỏng cũng như nồng độ pha tạp của chất bán dẫn trong q trình mơ phỏng

MESH.

-



MATERIAL như là bài mô phỏng này được dùng chất bán dẫn nào



-



trong tồn bộ q trình mơ phỏng từ đầu đến cuối.

TAURN, TAURP là mật độ di chuyển của điện tích và lỗ trống trong



-



q trình mơ phỏng.

COPT là mật độ kết hợp trở lại của lỗ trống và điện tích trong chất



bán dẫn.

 BEAM

Ví dụ: beam num=1 z.origin=-2.0 raytrace=solarex14_1.str \

x.origin=0 y.origin=0 phi=0.0 theta=90 nx=10 nz=10

power.file=solarex14.spec.

Là lệnh tạo và điều chỉnh nguồn sáng chiếu vào vật liệu bán dẫn cũng nhưng là

công suất của tia sáng trong q trình mơ phỏng cho thấy sự hấp thụ tia năng lượng

MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 35/77



của chất bán dẫn. Lệnh này cho phép điều chỉnh tia sáng trong không gian ba chiều

của q trình mơ phỏng.

-



NUM, ORIGIN, RAYTRACE, THETA, NX, NZ những lệnh này là

được dùng để điều khiển tia sáng của chiếu vào chất bán dẫn theo

hướng nào. Với góc tới nằm ở khoảng bao nhiêu theo THETA trong

khơng gian ba chiều thì là theo trục Z, cũng như là số lượng chùm tia

ánh sáng trong một tia sáng thực tế là tích của NX và NZ và mức năng



lượng của chùm tia sáng ấy theo tệp tin cho vào.

 MODELS

Ví dụ: models fermi ni.fermi cvt srh.

Được biết đến sẽ sử dụng cách thức trong việc để tính tốn cơ chế vật lý của vật liệu

trong q trình mơ phỏng cũng như là số lượng điện tích và lỗ trống được tạo ra

trong chất bán dẫn.

-



Là những lệnh để cho chương trình ATLAS thực hiện cơng thức để



tính tốn trong q trình mơ phỏng chất bán dẫn.

 METHOD

Ví dụ: method BICGST

Lệnh này sẽ cho chương trình thực hiện các phương thức tính tốn trong q trình

mơ phỏng.

-



BICGST là phương thức tốn học nhằm để làm cho q trình tính tốn

trở nên một cách chính xác và tối ưu nhất, những cơng thức trên dùng



cơng thức tốn học cũng như dùng trong tính tốn chất bán dẫn.

 SOLVE

Ví dụ: solve init

log outf=solarex14_0.log

solve previous

solve vstep=0.02 vfinal=0.55 name=anode



MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 36/77



Lệnh này được ra lệnh cho ATLAS thực hiện các cách để liên kết các kết quả với

hoặc cho thể hiểu như là cho mức ranh giới để thực hiện q trình mơ phỏng.

-



LOG, PREVIOUS, OFF, INIT là tệp lệnh thực hiện tạo một tệp tin lưu

trữ kết quả mô phỏng từ giá trị đầu tới giá trị cuối là so sánh với tệp



-



tin lưu trữ lúc đầu.

SOLVE = 1 được hiểu như là chương trình sẽ mơ phỏng vật liệu bán



dẫn khi có sự chiếu sáng của năng lượng mặt trời.

 TONYPLOT, TONYPLOT3D

Ví dụ: tonyplot -overlay solarex14_0.log solarex14_1.log -set solarex14_0.set

tonyplot3d solarex14_1.str -set solarex14_1.set

Lệnh này sẽ kêu chương trình sẽ biểu đồ và hình trong không gian ba chiều của vật

với những dữ liệu mà trong q trình mơ phỏng thực hiện được.

 EXTRACT

Ví dụ: extract init inf="solarex14_1.log"

extract name="Jsc" y.val from curve(v."anode", i."cathode") where x.val=0.0

extract name="Voc" x.val from curve(v."anode", i."cathode") where y.val=0.0

extract name="Pm" max(curve(v."anode", (v."anode" * i."cathode")))

extract name="Vm" x.val from curve(v."anode", (v."anode"*i."cathode") ) \

where y.val=$"Pm"

extract name="Im" $"Pm"/$"Vm"

Lệnh này sẽ lấy các kết quả trong tệp tin lưu trữ dữ liệu cho tra các kết quả mà

chúng ta mong muốn và được tính tốn theo cơng thức được nhập vào như hình 3-3.

1.10



MƠ PHỎNG



1.1.11 Sơ đồ giải thuật



MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 37/77



Hình 3-35: Sơ đồ giải thuật của mơ phỏng



1.1.12 Cấu trúc code mô phỏng

- Tạo vùng không gian cấu tạo của vật.

- Phân vùng chất bán dẫn nằm ở vị trí nào.

- Phân điện cực để đo kết quả mô phỏng.

- Thiết lập mật độ pha tạp cho bán dẫn N, P.

- Thiết lập công suất của chùm tia ánh sáng chiếu tới.

MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 38/77



-



Cho chạy kết khi trong mức giới hạn điện áp ước định để thực hiện mô



-



phỏng.

Vẽ biểu đồ số liệu mô phỏng và hiển thị kết quả mô phỏng trong không gian



-



ba chiều.

Xuất ra kết quả của q trình mơ phỏng mà đã thiết lập cơng thức từ trước.



Vẽ vật cần mơ phỏng



Hình 3-36: Lệnh vẽ cấu tạo của vật cần mô phỏng



Với những lệnh MESH thì sẽ vẽ nên khối hình trụ hay là khối hình tròn với khơng

gian và khoảng cách của cách điểm.



MƠ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 39/77



Chất bán dẫn nằm ở phần nào trong cấu tạo và phân điện cực



Hình 3-37: Vùng phần chất bán dẫn nằm ở vị trí nào và phân điện cực



Như đã thấy ở hình 4-3 thì REGION là sẽ phần vùng chất bán dẫn nằm ở vị trí nào

và mật độ nằm ở đó là khoảng bao nhiêu và có thể phân được là bán dẫn loại P hoặc

bán dẫn N. Cùng với đó vùng điện cực được dùng để đo.

Phân vùng và mật độ pha tạp của chất bán dẫn



Hình 3-38: Phân bố mật độ cũng như cấu tạo phân tử của bán dẫn



Như hình 4-4 cùng với nội dung ở chương 3 thì việc phân bố mật độ với một hình

thể cấu trúc phân tử bình thường với cùng một mật độ.

Hướng ánh sáng chiếu vào nanowire



Hình 3-39: Về hướng mà tia ánh sáng chiếu cũng như công thức được dùng trong q trình

mơ phỏng



Với phần MODEL thì các cơng thức được lần lượt áp dụng là fermi, ni.fermi, cvt,

SRH.

MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 40/77



 fermi: trong phần mềm là dùng để tính tốn sự dịch chuyển của điện tích dựa

trên nhiệt độ.

 ni.fermi: tính tốn mật độ điện tích và lỗ trống được tạo ra từ sự thay đổi

nhiệt độ của chất bán.

 Shockley-Read-Hall (SRH): được dùng để thiết lập lại bề mặt có sự dịch

chuyển của điện tích hay lỗ trống thường dùng trong các mô phỏng.

 Lombardi (CVT) Model (CVT): được dùng để tính tốn vùng điện trường,

mật độ pha tạp và nhiệt độ được tính tốn dựa trên cơng thức Matthiessen.



MƠ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS



ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 41/77



CHƯƠNG 4.

1.11



Phân tích kết quả mơ phỏng



Mơ phỏng nanowire dạng hình trụ



1.1.13 Cấu tạo vật lý

Các thơng số cơ bản



Hình 4-40: Sự thay đổi các thơng số cơ bản



Hình 4-41: Cấu tạo hình trụ nanowire trong mơ phỏng khơng gian ba chiều



MÔ PHỎNG HIỆU SUẤT CỦA PIN MẶT TRỜI

SỬ DỤNG DÂY NANO (NANOWIRE SOLAR CELL)

BẰNG PHẦN MỀM ATLAS