The simulation of novel optoelectronic devices is a great challenge for the engineering community. The enoromous progress in device fabrication technology allowed such a massive downscaling that geometrical feature in the nanoscale play a crucial role. Furthermore we have a great effort in exploring alternative solutions respect to more traditional semiconductor devices. It involves molecular electronic, semiconductive polymers, self-assembled structures, quasi-one dimensional and two dimensional materials. In such scenario it's crucial to develop modular simulation tools able to connect different physical models on different length scales. Quantum effect play an important role and we need to take them into account, avoiding anyway an explosion of the computational complexity. Thus it's needed to go in the direction of a multiscale approach, which is already applied with success in mechanical science. The goal of this work is to include atomistic description and atomistic models in TiberCAD, a Technology CAD code for simulation of optoelectronic devices which can rely on excellent instruments for interfacing different models in a multyphisics/multiscale environment. Atomistic models for the calculation of strain, structure geometry and electronic states have been included. A novel technique for describing quantum transport with an efficient algorithm is also presented. These work wants to push TiberCAD to be a reference tool for calculation of complex optoeletronic devices at the nanoscale.

La simulazione dei moderni dispositivi elettronici è una grande sfida per la comunità ingegneristica. L'enorme progresso nei processi di fabbricazione ha permesso una riduzione della dimensione dei dispositivi talmente spinta che fenomeni tipici della scala di lunghezza nanometrica giocano un ruolo cruciale. Inoltre stiamo assistendo a un grande sforzo teso ad esplorare soluzioni tecnologiche alternatice ai tradizionali dispositivi a semiconduttore. Questo sforzo è rivolto verso la frontiera dell'elettronica molecolare, dei polimeri semiconduttori, delle strutture autoassemblanti, dei materiali quasi-unidimensionali e bidimensionali. In uno scenario simile è cruciale sviluppare strumenti di simulazione modulari, capaci di connettere modelli fisici differenti su scale geometriche differenti. Gli effetti quantistici giocano un ruolo fondamentale ed è necessario includere modelli che li descrivano, evitando però la tipica esplosione di complessità nell'implementazione di suddetti modelli. Per realizzare ciò è necessario andare verso un approccio multiscala, approccio già utilizzato con successo in meccanica statica. Lo scopo di questo lavoro è includere descrizioni e modelli atomistici in TiberCAD, un codice TCAD per la simulazione di dispositivi optoelettronici che può vantare eccellenti strumenti per interfacciare diversi modelli fisici in un ambiente multifisica/multiscala. I modelli atomistici inclusi sono utili al calcolo delle deformazioni elastiche, della geometria della struttura e degli stati elettronici. Infine, viene presentata anche una tecnica inedita per una descrizione quantistica efficiente del trasporto di carica. Questo lavoro vuole contrubuire a rendere TiberCAD uno strumento di riferimento per la simulazione di dispositivi optoelettronici su nanoscala.

Penazzi, G. (2010). Development of an atomistic/continous simulation tool for nanoelectronic devices.

Development of an atomistic/continous simulation tool for nanoelectronic devices

PENAZZI, GABRIELE
2010-07-14

Abstract

The simulation of novel optoelectronic devices is a great challenge for the engineering community. The enoromous progress in device fabrication technology allowed such a massive downscaling that geometrical feature in the nanoscale play a crucial role. Furthermore we have a great effort in exploring alternative solutions respect to more traditional semiconductor devices. It involves molecular electronic, semiconductive polymers, self-assembled structures, quasi-one dimensional and two dimensional materials. In such scenario it's crucial to develop modular simulation tools able to connect different physical models on different length scales. Quantum effect play an important role and we need to take them into account, avoiding anyway an explosion of the computational complexity. Thus it's needed to go in the direction of a multiscale approach, which is already applied with success in mechanical science. The goal of this work is to include atomistic description and atomistic models in TiberCAD, a Technology CAD code for simulation of optoelectronic devices which can rely on excellent instruments for interfacing different models in a multyphisics/multiscale environment. Atomistic models for the calculation of strain, structure geometry and electronic states have been included. A novel technique for describing quantum transport with an efficient algorithm is also presented. These work wants to push TiberCAD to be a reference tool for calculation of complex optoeletronic devices at the nanoscale.
14-lug-2010
A.A. 2009/2010
Ingegneria dei sistemi sensoriali e di apprendimento
22.
La simulazione dei moderni dispositivi elettronici è una grande sfida per la comunità ingegneristica. L'enorme progresso nei processi di fabbricazione ha permesso una riduzione della dimensione dei dispositivi talmente spinta che fenomeni tipici della scala di lunghezza nanometrica giocano un ruolo cruciale. Inoltre stiamo assistendo a un grande sforzo teso ad esplorare soluzioni tecnologiche alternatice ai tradizionali dispositivi a semiconduttore. Questo sforzo è rivolto verso la frontiera dell'elettronica molecolare, dei polimeri semiconduttori, delle strutture autoassemblanti, dei materiali quasi-unidimensionali e bidimensionali. In uno scenario simile è cruciale sviluppare strumenti di simulazione modulari, capaci di connettere modelli fisici differenti su scale geometriche differenti. Gli effetti quantistici giocano un ruolo fondamentale ed è necessario includere modelli che li descrivano, evitando però la tipica esplosione di complessità nell'implementazione di suddetti modelli. Per realizzare ciò è necessario andare verso un approccio multiscala, approccio già utilizzato con successo in meccanica statica. Lo scopo di questo lavoro è includere descrizioni e modelli atomistici in TiberCAD, un codice TCAD per la simulazione di dispositivi optoelettronici che può vantare eccellenti strumenti per interfacciare diversi modelli fisici in un ambiente multifisica/multiscala. I modelli atomistici inclusi sono utili al calcolo delle deformazioni elastiche, della geometria della struttura e degli stati elettronici. Infine, viene presentata anche una tecnica inedita per una descrizione quantistica efficiente del trasporto di carica. Questo lavoro vuole contrubuire a rendere TiberCAD uno strumento di riferimento per la simulazione di dispositivi optoelettronici su nanoscala.
NEGF; multiscale; optoelectronic; nanoelectronic; nanotechnology; device
Settore ING-INF/01 - ELETTRONICA
English
Tesi di dottorato
Penazzi, G. (2010). Development of an atomistic/continous simulation tool for nanoelectronic devices.
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