ZÜRICH B.lng.(RAU), M.Sc.(UCT) - ETH E

DISS.ETH Nr. 10143
AN IMPLEMENTATION OF THE ADAPTIVE FINITE ELEMENT METHOD
FOR SEMICONDUCTOR SENSOR SIMULATION
A dissertation submitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY
ZÜRICH
for the
degree of
Doctor of Technical Sciences
Presented
by
Jan Gerrit Korvink
B.lng.(RAU), M.Sc.(UCT)
born
on
10
January
1961
Citizen of Great Britain
Accepted
Prof. Dr. E.
on
the recommendation of
Anderheggen, Examinator
Prof. Dr. H. Baltes, Co-Examiner
Prof. Dr. G. Gönnet, Co-Examiner
Zürich, 1993
Summary
-
Kurzfassung
v
Kurzfassung.
Bei der
Entwicklung
von
Sensoren können durch den Einsatz
naher numerischer Simulationen wesentliche
numerischer Modelle soll die
notwendige
zweckmässiger
Kosteneinsparungen
Anzahl Durchläufe
vom
und realitäts¬
erreicht werden.
Prototyp
bis
zum
Mittels
funktions¬
fähigen Sensor reduziert werden, indem gewisse Aspekte des Verhaltens eines Sensors
ausgesagt und das Verständnis des Entwicklers für
vor¬
physikalische Einsichten vertieft werden,
welche beim Betrieb des Sensors versteckt ablaufen.
Um diese
Produktivitätssteigerung
erzielen muß die Simulationssoftware
zu
speziellen
Vor¬
aussetzungen genügen. Konkret müssen folgende Bedingungen erfüllt sein:
Sensorgeometrie im Modell;
der
Q]
exakte
El
Verarbeitung großer, lokal verfeinerbarer Maschen;
E]
lösungsadaptive Anpassung
El
robuste und schnelle
O
flexible und modulare
IU
graphische Benutzeroberfläche
Abbildung
stellung
Lösungsalgorithmen;
Implementation
Programm
zur
seses,
um
Systems unabhängig
Implementation
Halbleitersensoren
von
Algorithmen,
werden im zweiten
hang
physikalischen
ner
mit den
konkreten
Möglichkeiten
einer
Rechenprozesses
und
zur
Dar¬
zu
Kapitel
die
Adaptiven Finite Element Methode,
simulieren.
an
die
Im ersten
Algorithmen
des
Anforderungen erläutert,
Modellen stehen. Im dritten
Schließlich werden im vierten
dieses
der
Kapitel
werden die
adaptiven
finite Ele¬
Anwendung erklärt. Zur genaueren Spezifikation der
Applikation zusammengestellt.
tailliert erörtert.
gekoppelten physikalischen Modelle;
Kontrolle des
generelle Datenstruktur und die Anforderungen
ment
der
der Resultate.
Diese Dissertation beschreibt eine
das
der Masche;
Kapitel
Hier wird die
welche in Zusammen¬
sind die
Anforderungen
Implementation
von seses
ei¬
de¬
Kapitel anhand illustrativer Beispiele einige
Programmsystems präsentiert.
Synopsis
vi
-
Kurzfassung
Synopsis.
The
the
development of sensor devices Stands to gain
use
major advance
a
of accurate and realistic numerical simulations. The numerical modeis
to reduce the number of
effectively predicting
prototype development cycles leading up
place during
device
-
normally
hidden
productivity gain a number of issues must
implements the Simulator. In particular, it must allow for:
mapping
of the device geometry onto
ffl
Effective
d]
The
El
Adaptation
O
Robust, fast Solution algorithms;
GD
Flexible and modular
IS
A
of the discrete mesh to
computed
This dissertation describes
an
zones
implementation
interface that
user
isation of the
general data
-
of
point
the
by
by accelerating
a
internal mechanisms that take
-
a
by
the Software that
model geometry;
implementation
structure and
of the
control of the
examples
are
required;
computation and visual-
adaptive finita
the
sensor
element method, the pro¬
Simulation. The first
algorithmic requirements for
application. To
a
some
are
more
of the
the
adaptive
an
chapter
finita ele¬
algorithmic specifications,
addressed in the second
concreto
of seses is discussed in
which indicate
narrow
modeis
chapter the constraints arising from
implementation
elements
results.
independently from
presents illustrative
more
(new) coupled physical modeis;
implements
requirements that arise from specific physical
ter. In the third
this
functional sensor,
be addressed
where
gram system seses, for the purpose of semiconductor
the
through
intended
ability to handle large, locally refined meshes;
graphical
system
a
are
Operation.
To achieve this
addresses the
to
certain aspects of the behaviour of the device, and
device developer's understanding of the
ment
in cost reduction
application
detail.
are
Finally,
possibilities
chap¬
determined. At
the fourth
chapter
of the program system.

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