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Numerical simulation of 2D Silicon MESFET and MOSFET described by the MEP based energy-transport model with a mixed finite elements scheme

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Academic year: 2021

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(1)Numerical simulation of 2D Silicon MESFET and MOSFET described by the MEP based energy-transport model with a mixed finite elements scheme A.M. Anile, Americo Marrocco, V. Romano, J.M. Sellier. To cite this version: A.M. Anile, Americo Marrocco, V. Romano, J.M. Sellier. Numerical simulation of 2D Silicon MESFET and MOSFET described by the MEP based energy-transport model with a mixed finite elements scheme. [Research Report] RR-5095, INRIA. 2004. �inria-00071488�. HAL Id: inria-00071488 https://hal.inria.fr/inria-00071488 Submitted on 23 May 2006. HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés..

(2) INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE ET EN AUTOMATIQUE. Numerical simulation of 2D Silicon MESFET and MOSFET described by the MEP based energy-transport model with a mixed finite elements scheme A.M. Anile and A. Marrocco and V. Romano and J.M.Sellier. N° 5095 Janvier 2004. ISSN 0249-6399. ISRN INRIA/RR--5095--FR+ENG. THÈME 4. apport de recherche.

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(11) . . . Unité de recherche INRIA Rocquencourt Domaine de Voluceau, Rocquencourt, BP 105, 78153 Le Chesnay Cedex (France) Téléphone : +33 1 39 63 55 11 — Télécopie : +33 1 39 63 53 30.

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(57)  K7 os/ƒ B prt~{t2ŠA¯¡ŠÉ€‚|²À “¡y„t t  rty{ ”—†´ Ža*Æü·¿€‚Ä"”‹† } rŠ€‚ˆhprƒ‰t2”É~P€†s/ŠÉ€þƒ ”t ¸Wt t~‰”—‰ty{ r£† tt† ºa†€‚p?Š<t y{  ¾¿y{ž†ØhÃa|rÁüŠÆ!y„¾Uƒ‰ž *‰Á™s'prŒ†€‹Š<”‹yՀ‚’ prtKŠ‹†s/tKŠÉ€‚ ”|r €‹|r”‹ tf†Šl€‹prtK¸n†s/y{~{Ž1ƒ†¸ Ì1pry{šp tˆ™t ŠKƒ‰ Jˆ†”‹†s t €‚t ”‹Š A ºβ cº γ ºry{ŠB—‰y{£†t ,t!’zˆr~{y„y°€‚~°Ž'¼aŽ ¾ #a¤‰Á A = nµ eT ,   ¾ #‰ÃaÁ k T A = nµ eT β γ−ϕ +χ , e ¾ #†u`Á A = A ,      ¾ #až‰Á k T k T A = nµ eT β γ − ϕ + χ + (β − c) , e e †Å t —‰ƒ†¼a Ž¡ †²K ¹ r†tˆr”—†ˆrŽa”Æƒ‰o8ˆr”‚”†yPŒ r€‹Štˆhƒ†špr”€ƒ†y„s twƒ ƒ†¸þt~8€‚p?]†t} 4ˆ¼™†”‹t}†”‹s/t t!ƒ×€‚t £‰”‹t Š”‹º™t €‚pr†tJŠ‘xmÌ"€‚”‹t Œ~„~A€‹€‹†ƒ‰Š 4Š‹²Kƒ†s/ rtt”—†Š‹Žay„s Æ o8ˆr”‚~{†y{» ?t Š‹ˆ™ƒ‰pa”Ž € s ”‹ƒ ƒ   Žmt ~†ƒ‰s ”‡y„€‚pr†t ~ s/ƒ  t~{Š¾¿+x ! ÅÁFÄ´°¶×Ãzº\ · €šŒ t t y{€‡ a€‹pr€‚|rƒ t¨Š1†”‹ˆrt ”] t†ƒ‰Š‹~{|rt ~l a aŠ‹€J€1ƒ†s/€‚ˆpr†t tˆ™ŒttFt ”’?Žˆ?€‚”‹pr¸Wtt]t¨ŠŠ‹€‚ `y{|rƒ‰|r” ¡s tŠ‡ƒ†t¸8”ƒ†y„¸A€‚p?†€‹tpr~ÀtŠ‹ šy{ `prØh|rt |rs/s/Š‹y{t t ƒ‰”‹ y{ ]t s'†£‰~lt Š€‚~„šƒ‰”‹prˆ™yՒ'tt s  ¸Wƒ†t”y{ c|r€‚Š‹pr´ t *t ·2¯¡Ä p†²ÀŠ}“c¼™s tt ƒ  t  ~¿ Ä †ˆz€‚t  y{ ƒ‰”  t”€‚ƒ ¯Iy„Šy°’z”t t  €‚y »] ?Œ€‹y{€‚y„ƒ‰t Ñt º?~„tŠ‹st t t a´ *z€‡º\†¥zˆ?ºlˆr¶ ”‹*ƒ]·l’z¸Wy„ƒ†s/”BŒs/€‚y{ƒ‰ƒ‰” Nt ¾W €‹t pr€‚t†y„~{~„Šš†ÁFŠ‹Ä Šy„]Œ~<˜‘]£myPŒ”€ÆüoBprƒ‰s/†Š RT y{ŠB|rŠ‹t  ¸Wƒ‰”1Š‹ˆr†t Êt~{tˆhs t ”‚tŒ a€‹€‚ƒ‰ŠB”ÉÆü¸WŠ‹ƒ‰ˆr”~{s}y{€‹|r€‹y„~P r€‚—y„ƒ†€‚ ³t špr´Õ¶× r¥Œy ·UmÄ |?tŠB¸Wƒ‰”Šƒ‰~{£my„ ?—}Š‚ ? ~„tˆ™ƒ‰y„ a€"ˆr”‹ƒ‰¼?~„ts ŠB†”y„Šy„ r—w¸W”ƒ‰s›s/yՒ?t  » ry°€‚t  s/ˆ?~„y„ y{€1Ššprts t¾n¼r† ă”  ²K|r~„t ”šÁ1¸Wƒ†”‡€‹y„s t  y„Š‹ ”‹t!€‚y Œ€‚y{ƒ‰ ¡ƒŒ¸þ€‚prtw†”€‹y{» yP†~l€‹”‚† ?Š‹y„t a€ˆr”ƒ‰¼zÆ ~„t s/Š—†t rt ”‚Œ€‹t  ¼aŽƒ†ˆht ”‚Œ€‹ƒ‰”BŠ‹ˆr~{y{€€‚y„ ?—w€‚t špr ry `|rt ŠÄ .á/ù !ø ù . .

(58). 11. n. n. 12. n. n. 21. 12. B n. n. 2. B n. 22. . n. n. B n. 2. n. 0. . . .

(59) ¶ê¤.  . -0$'=> !-"!11?3 :4:43F!- 3 & !-;3F!-

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(61) ¶×Ã. ( & >1 $ :!=$'&)(*= !/2$ 3 -

(62) 3 $'= $ :43 -  +

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(64) +. †  y{ŠB—‰y{£†t ,¼`Ž   t!€‡|rŠB»  U. k+1. Z Z. Ω. k Vi Si,j (x). Š‹|?špI€‚prŒ€.  q , Jk+1 ∈ [L2 (Ω)] × [V0 ]q. V y{£ (J )dx + Z V F (x, U )dx = 0 ∀V ∈ [L (Ω)] , ¾ #‰¥aÁ Z Z  y{£ (W ) U dx − G (x) W · νdΓ = 0 ∀W ∈ [V ] , dx + ¾ #‰ aÁ. Ujk+1 − Ujk dx − ∆t. Bi,j (x, U k+1 ) Wi · Jk+1 j. Z. k+1 i. i. Ω. i. 2. q. Ω. k+1 i. i. k+1. i. i. q. i. 0. Ì1y{€‚p B(x, U ) = [A(x, U )] . sy¿/Ä t†t Ä oB rŠ‹pry{t‡ƒ‰ »† r~zy{Š‹€‹|rt1¼rtŠ~„t ˆs/† t t aŠf€f—‰¸Wtƒ† r”‹s}t ”‚|rŒ€‹~„Œt €‚ y{ƒ‰ƒ× J£‰ty„ŠÀ”fƒ‰¼z€‚€š”†yP†y{ r ?t —‰ |r~P¼aŽ/€‚y„”ƒ†t ˆrT~„†ƒ†y{ r¸ —Ω€‚pr|rt‡Šy„ rŠ‹ˆr—†˜‡t ]Š £zLy„†”(Ω) €ÉÆ oBpr†ƒ† s' †VŠ RT¼`Ž6»t ?~{ty{€‚s t t ayÕ€Æ Ë"ƒ‰ rŠ€ }, L = {v ∈ L (Ω) | ∀K ∈ T , v | = Ω. Ω. ΓD. k+1. k+1. −1. 2. 0. h. h. V0h. 2. h. 0. h. h K.

(65)

(66) α = {ωh ∈ V0 | ∀K ∈ Th , ωh =

(67)

(68) K βK.

(69) 

(70) x + γK

(71)

(72) . y. ̀‚prt  pry{t Š‹”‹ t”‹t ဋt£‰º t β”‹Š‹y{ƒ‰†   ƒ†¸。p?t†”Št}ŽmŠ `€‹|rtss t¾ ”‹#‰y{]¥a†Á!ºl~A¾#‰ƒm ‰t Á" † y{t a€‚ŒŠ ¸ç€‹t´ *”"·UĀ‹pr‘tˆrtˆr~{y„~{s Žmy{y„ r — €‚‘y„ƒ†t! ÌBƒŒ€‚ƒ‰¸8 m€‹ÆÇpr˜‡t†ˆrˆr”pry„s/Šƒ‰† ¹~\£†s/Œt!”‹€‚yPŒpr¼rƒ ~„ t €‚ƒ 1 U Ì"tƒ‰¼?€‚†y„ ,JŠ‹t `|rt r twƒ†¸A~„y{ rt]Œ”ˆr”‹ƒ†¼r~„t s/Š¾Wy„  tF’ lÁ2¸Wƒ‰”€‚p?t  |†~l£Œ†”‹y„†¼r~{t J ƒ‰ r~{Ž Z Z  y°£ (W )δ + ∂ (B ) W · J   y{£ (J )dx B δ W · J dx + Λ ! Z  U −U  ° y £ ¾ *†ŸaÁ = Λ + F dx (W )δ + ∂ (B ) W · J S ∆t Z Z  y{£ (W ) U dx + G W · νdΓ = 0, − ∀W ∈ [V ] . oBprt ,€‚prtˆr”y„s/†~™£Œ†”yP†¼?~„t U y{ŠB”‹t ƒ×£‰t”t  º™t~{ts t a€1¼aŽt~{ts t a€]ºr¼aŽ !   U −U  ° y £ ¾ *z¶êÁ  + F (U ) − U − U  = −Λ S (J )  , α = 1, ..., q = 2,  ∆t Ì1prt”t " #   S (x) ¾ *‰¤‰Á Λ (x, U ) = + ∂ (F (x, U )) . ∆t  ¨ƒ‰”  t”2€‹ƒ}  †ˆ?€f€‚prt‘ m|?s/t ”‹y„†~™Š‹šprt s/t‡€‚ƒw€‹prt‘¸Wƒ‰”s}|r~„Œ€‚y{ƒ‰ 6ƒ†¸l€‚p?t  y°ØÑ|rŠy„ƒ‰ s/Œ€‚”y°’J¸Wƒ‰”À€‚p?t¯¡²À“ s/ƒ  t~UºzÌ2t rtt  »”Š€1€‚prty{ `£†t”Š‹tƒ†¸A€‹prts'€‚”‹yՒ K. K. K. l+1. i,j j,β. l+1 β. i. Ω. α,β. i. α,β. i. Ω. Uα. Ω. i,α. Uα. i,j. l j. i. Ω. i. i,α. l i. i. k β,γ. i,j. l γ. l j. i. k γ. β. i. h. ΓD. l+1. l+1 α. l α. K. α,β. l γ. k β,γ. k γ. β. l. l+1 β. K. α,β. l. −1. k α,β. Uβ. A. B = A−1 ,. .á/ù !ø ù . l+1 β. α. l. q.

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