Lumerical CHARGE的案例
Lumerical fdtd和charge聯(lián)合仿真電學(xué)可調(diào)諧的MOS結(jié)構(gòu)吸收器
其中MOS型結(jié)構(gòu)中加電壓前后載流子濃度變化引起的折射率變化如下公式:
在本文的例子中，我們先通過(guò)Lumerical Charge軟件仿真結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性，外加電壓為正負(fù)5V，仿真ITO薄膜的載流子濃度隨外加電壓0V、5V、-5V載流子濃度的變化，由于載流子濃度的變化會(huì)導(dǎo)致薄膜等離子頻率的變化，因此會(huì)導(dǎo)致光譜的變化，所以把電學(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)Lumerical FDTD軟件求解器件的光學(xué)性質(zhì)變化，證明電光開關(guān)的可行性。
通過(guò)在ITO薄膜上加載流子濃度的監(jiān)視器，可以得到ITO薄膜中的載流子濃度隨偏置電壓的變化，外加-5V電壓時(shí)，左側(cè)（ITO和TiO2交界處）形成載流子耗盡層，外加5V電壓時(shí)，形成載流子累積層。
圖2 ITO薄膜在外加電壓下的載流子濃度分布
對(duì)具有不同載流子濃度分布ITO薄膜的器件進(jìn)行反射率光譜仿真，外加偏振光斜入射，得到如圖3所示的光譜，可以證明MOS結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電偏置的吸收調(diào)諧器。
圖3 MOS結(jié)構(gòu)在外加電壓下的光譜分布
為了更好地理解MOS器件吸收的性質(zhì)，我們模擬了TiO2和ITO薄膜的電場(chǎng)分布，如圖4所示，電場(chǎng)大部分局域在ITO和TiO2界面并且靠近ITO薄膜，說(shuō)明ITO薄膜吸收了大部分的光強(qiáng)，導(dǎo)致在2.23um左右出現(xiàn)一個(gè)反射谷。
展開 一文了解CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階設(shè)計(jì)方法
現(xiàn)在，有一種設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階方法——通過(guò)Ansys Lumerical與Ansys SPEOS之間的互操作，工程師能夠設(shè)計(jì)包含宏觀透鏡和微觀傳感器的攝像頭系統(tǒng)，且優(yōu)化CMOS傳感器的效率。該工作流程能幫助工程師考慮真實(shí)照明條件，同時(shí)優(yōu)化CMOS圖像傳感器。
Ansys SPEOS可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的照明和光學(xué)性能。SPEOS使工程師能在宏觀尺度上研究光與機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)的相互作用，節(jié)省原型設(shè)計(jì)的時(shí)間與成本。
Ansys Lumerical提供納米光子仿真工具，讓用戶能在波長(zhǎng)尺度上對(duì)光與幾何結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行建模，包括光學(xué)、電子和熱效應(yīng)。
SPEOS和Lumerical可以共享各種應(yīng)用的仿真信息，例如平視顯示器（HUD）、具有表面等離子體的系統(tǒng)、衍射光柵、發(fā)光結(jié)構(gòu)、表面和體積散射、衍射光學(xué)元件等。CMOS傳感器攝像頭的新工作流程是這個(gè)不斷增加的應(yīng)用列表中的新成員，結(jié)合SPEOS和Lumerical工具，Ansys為完整的光學(xué)系統(tǒng)提供了仿真解決方案。
在Ansys Lumerical FDTD（左）和Lumerical CHARGE（右）中建模的CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器攝像頭：
Ansys Lumerical FDTD可用于為CMOS圖像傳感器等納米光子器件的光學(xué)屬性建模。可得到的關(guān)鍵屬性包括：吸收光子的光學(xué)效率，以及襯底中的電子-空穴對(duì)生成速率。與Ansys Lumerical CHARGE耦合后，設(shè)計(jì)師能夠探索其他導(dǎo)入屬性，例如量子效率和串?dāng)_，這兩者都需要仿真電氣行為。Ansys Lumerical的FDTD和CHARGE可用于解決眾多設(shè)計(jì)難題，例如：背照式傳感器、光學(xué)和電子串?dāng)_的影響、微透鏡偏移或斜入射角幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以及將彩色濾光片整合到復(fù)雜傳感器幾何結(jié)構(gòu)時(shí)的效果。
展開 Ansys Lumerical | 光子集成電路光電元件設(shè)計(jì)
圖 7 展示了“大”和“小”兩種接觸情況下，Silvaco Victory Process 仿真的幾何形狀，使用上一節(jié)中描述的工作流將其導(dǎo)入 Ansys Lumerical CHARGE。
圖 7. 從 Silvaco Victory Process 仿真器導(dǎo)入 Ansys Lumerical CHARGE 求解器的 3D 結(jié)構(gòu)透視圖，分別帶有 (a) 大電觸點(diǎn)和 (c) 小電觸點(diǎn)；(b) Ansys Lumerical CHARGE 求解器中導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的 2D 橫截面視圖，分別帶有 (b) 大電觸點(diǎn)和 (d) 小電觸點(diǎn)。
圖 8 比較了兩種 VPD 布局（“大”和“小”接觸）下仿真的電場(chǎng)強(qiáng)度。在小接觸情況下，入射到鍺上的光被吸收得更多，從而提高了響應(yīng)度?？梢月?lián)系工作人員了解有關(guān)仿真方法的更多詳細(xì)信息。
圖 8. Ansys Lumerical FDTD 中仿真的具有（a）大電接觸和（b）小電接觸的器件中的 2D 橫向電場(chǎng)分布
表 1 總結(jié)了仿真器件的基本性能指標(biāo)，并比較了大電接觸和小電接觸的影響?？傊褂幂^小電接觸的仿真器件在保持低暗電流和高帶寬操作的同時(shí)，響應(yīng)度提高了 38.3%。將工藝仿真與光子器件仿真相結(jié)合，可以進(jìn)一步優(yōu)化 VPD 的材料、結(jié)構(gòu)和摻雜分布，從而在制造器件之前提高響應(yīng)度，確定有前景的設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地降低研發(fā)成本。
表1.垂直光電探測(cè)器的關(guān)鍵性能指標(biāo)比較
馬赫曾德調(diào)制器
馬赫-曾德爾調(diào)制器 (MZM)是一種在PIC中常用的電光調(diào)制器，用于將電信號(hào)編碼到光載波上。這些器件采用干涉儀型的結(jié)構(gòu)（平衡或不平衡），并通過(guò)在任一臂上引入額外的相移進(jìn)行建設(shè)性或破壞性干涉來(lái)控制輸出光信號(hào)的幅度。對(duì)于我們的器件，選擇耗盡型 MZM，它驅(qū)動(dòng)干涉儀臂（波導(dǎo)）上的 PN 結(jié)進(jìn)入反向偏置，以耗盡其中的自由載流子。
展開 Lumerical光子集成電路光電元件設(shè)計(jì)
圖 7 展示了“大”和“小”兩種接觸情況下，Silvaco Victory Process 仿真的幾何形狀，使用上一節(jié)中描述的工作流將其導(dǎo)入 Ansys Lumerical CHARGE。
圖 7. 從 Silvaco Victory Process 仿真器導(dǎo)入 Ansys Lumerical CHARGE 求解器的 3D 結(jié)構(gòu)透視圖，分別帶有 (a) 大電觸點(diǎn)和 (c) 小電觸點(diǎn)；(b) Ansys Lumerical CHARGE 求解器中導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的 2D 橫截面視圖，分別帶有 (b) 大電觸點(diǎn)和 (d) 小電觸點(diǎn)。
圖 8 比較了兩種 VPD 布局（“大”和“小”接觸）下仿真的電場(chǎng)強(qiáng)度。在小接觸情況下，入射到鍺上的光被吸收得更多，從而提高了響應(yīng)度。有關(guān)仿真方法的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱參考文獻(xiàn) 6。
圖 8. Ansys Lumerical FDTD 中仿真的具有（a）大電接觸和（b）小電接觸的器件中的 2D 橫向電場(chǎng)分布
表 1 總結(jié)了仿真器件的基本性能指標(biāo)，并比較了大電接觸和小電接觸的影響。總之，使用較小電接觸的仿真器件在保持低暗電流和高帶寬操作的同時(shí)，響應(yīng)度提高了 38.3%。將工藝仿真與光子器件仿真相結(jié)合，可以進(jìn)一步優(yōu)化 VPD 的材料、結(jié)構(gòu)和摻雜分布，從而在制造器件之前提高響應(yīng)度，確定有前景的設(shè)計(jì)，同時(shí)最大限度地降低研發(fā)成本。
表1.垂直光電探測(cè)器的關(guān)鍵性能指標(biāo)比較
表1.垂直光電探測(cè)器的關(guān)鍵性能指標(biāo)比較
馬赫曾德調(diào)制器
馬赫-曾德爾調(diào)制器 (MZM)是一種在PIC中常用的電光調(diào)制器，用于將電信號(hào)編碼到光載波上。這些器件采用干涉儀型的結(jié)構(gòu)（平衡或不平衡），并通過(guò)在任一臂上引入額外的相移進(jìn)行建設(shè)性或破壞性干涉來(lái)控制輸出光信號(hào)的幅度。
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Ansys Lumerical | SPAD暗計(jì)數(shù)率模擬
概述
本例中DCR的計(jì)算包括兩個(gè)主要步驟：使用Ansys Lumerical CHARGE模擬電場(chǎng)和熱生成速率，然后在Ansys Lumerical腳本中計(jì)算雪崩觸發(fā)概率和暗計(jì)數(shù)率。如上圖所示。
運(yùn)行和結(jié)果部分中模擬的 2D SPAD 設(shè)備表示用于說(shuō)明模擬工作流的示例設(shè)備。要查看針對(duì)實(shí)際測(cè)量設(shè)備的基準(zhǔn)仿真結(jié)果，請(qǐng)轉(zhuǎn)到附錄。此示例需要版本 2023 R2.1 或更高版本才能運(yùn)行。
第 1 步：模擬電場(chǎng)和暗發(fā)生率
此步驟是使用Ansys Lumerical CHARGE進(jìn)行的給定了摻雜曲線、材料和幾何形狀的典型半導(dǎo)體器件仿真。該步驟尚不支持 3D模擬，因此仿真以 2D 形式進(jìn)行，仿真時(shí)需要關(guān)閉沖擊電離模型，器件偏置掃描至擊穿電壓以上。關(guān)閉沖擊電離模型是因?yàn)樵诤罄m(xù)的步驟2中我們會(huì)使用雪崩觸發(fā)概率 （ATP） 模型，這會(huì)使仿真變得簡(jiǎn)單直接（沖擊電離模型的典型 CHARGE 方程出現(xiàn)收斂問(wèn)題的概率非常低）。
第 2 步：計(jì)算雪崩觸發(fā)概率和暗計(jì)數(shù)率
雪崩觸發(fā)概率 （ATP） 是一個(gè)介于 0 和 1 之間的無(wú)單位數(shù)字，表示在 Si SPAD 內(nèi)部某個(gè)位置產(chǎn)生的單個(gè)電子-空穴對(duì)將導(dǎo)致自我維持雪崩的概率。可以使用lumerical腳本命令中的atp指令，基于步驟1中Si SPAD的Ansys Lumerical CHARGE仿真得到的輸入電場(chǎng)和溫度，計(jì)算出每一條電場(chǎng)場(chǎng)對(duì)應(yīng)的ATP。我們通過(guò)在一束場(chǎng)線上運(yùn)行 atp 命令來(lái)獲得 2D ATP。目前，腳本無(wú)法以 3D 形式計(jì)算 ATP。有關(guān)如何計(jì)算非硅材料的 ATP 的更多信息，請(qǐng)參閱“進(jìn)一步應(yīng)用模型”部分。
暗計(jì)數(shù)率 （DCR） 是衡量在黑暗條件下每秒觸發(fā) SPAD 事件數(shù)的指標(biāo)（即由于 SPAD 內(nèi)部的熱過(guò)程）。
展開 Ansys Lumerical光子學(xué)仿真工具介紹
Ansys Lumerical RCWA
Ansys Lumerical RCWA 求解器可用于分析平面波入射到周期性結(jié)構(gòu)上的光學(xué)響應(yīng)。與 STACK 求解器不同，RCWA求解器可用于幾何形狀具有周期性變化的結(jié)構(gòu)，例如光子晶體和衍射光柵。由于仿真時(shí)間通常比FDTD短得多，RCWA求解器是分析周期性結(jié)構(gòu)的理想工具。
Ansys Lumerical MODE
MODE 是一款基于光波導(dǎo)設(shè)計(jì)環(huán)境的專業(yè)仿真和綜合分析工具。該軟件包含雙向傳輸?shù)?EME 算法和變分VarFDTD 以及FDE有限差分本征模算法，可以方便地設(shè)計(jì)仿真大型平面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)距離傳輸器件，以獲得準(zhǔn)確的空間場(chǎng)、頻散特性和重疊積分分析等。
MODE支持 Lumerical多物理場(chǎng)仿真，和 CHARGE和HEAT的聯(lián)用讓 MODE能夠處理集成光學(xué)中的光、電和熱效應(yīng)。其設(shè)計(jì)環(huán)境也提供腳本化功能、支持后處理和優(yōu)化程序，讓用戶可以更有效地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 器件的設(shè)計(jì)要求。
Ansys Lumerical Charge
CHARGE 基于有限元漂移- 擴(kuò)散方法，能為設(shè)計(jì)師對(duì)有源光子和光電半導(dǎo)體器件中的電荷傳輸提供正確的工具進(jìn)行綜合全面的仿真。CHARGE 可自洽求解描述靜電勢(shì) (泊松方程) 和自由載流子密度(漂移- 擴(kuò)散方程) 的方程組。
展開 行業(yè)動(dòng)態(tài) | Ansys Lumerical 光子設(shè)計(jì)工具獲 GlobalFoundries 認(rèn)證
Ansys光子求解器已通過(guò)認(rèn)證，可與GF FotonixTM平臺(tái)結(jié)合使用，以助力用戶設(shè)計(jì)無(wú)源和有源光子器件、降低成本并提高光子芯片性能
主要亮點(diǎn)
GlobalFoundries認(rèn)證了四款A(yù)nsys光子求解器，其中包括Ansys Lumerical FDTD?高級(jí)3D微納光子學(xué)仿真軟件和Ansys Lumerical MODE?光波導(dǎo)設(shè)計(jì)工具
其他獲得認(rèn)證的求解器還包括Ansys Lumerical CHARGE?基于物理場(chǎng)的載流子傳輸求解器和Ansys Lumerical HEAT?基于物理場(chǎng)的熱傳輸求解器
這些認(rèn)證有助于客戶為新一代光子集成電路（PIC）設(shè)計(jì)高性能光子組件，從而實(shí)現(xiàn)更快、更高效的數(shù)據(jù)通信技術(shù)，此類通信技術(shù)非常適合超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用
Ansys與GlobalFoundries合作，目前四款A(yù)nsys光子求解器已通過(guò)認(rèn)證，使工程師能夠在GF Fotonix平臺(tái)中以高保真度進(jìn)行無(wú)源和有源光子器件仿真。Ansys與GlobalFoundries攜手，共同為客戶提供可靠的多物理場(chǎng)仿真解決方案，以解決一系列高容量芯片（包括生成式AI、自動(dòng)駕駛汽車、超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心通信和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域使用的芯片）的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。
GF Fotonix是一款功能豐富且高度靈活的硅光子學(xué)平臺(tái)，也是業(yè)界率先可用于光子和電子器件單片集成的商用代工廠平臺(tái)，并提供光子學(xué)專用流程選項(xiàng)。光子器件包括有源器件（如馬赫-曾德爾和微環(huán)調(diào)制器以及鍺光電二極管）和無(wú)源組件（如分光器、多模干涉儀、移相器/相位旋轉(zhuǎn)器、錐形波導(dǎo)、彎曲波導(dǎo)和波分復(fù)用濾波器）。該平臺(tái)使設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)槠涓咚俟馔ㄐ畔到y(tǒng)應(yīng)用開發(fā)定制解決方案，以滿足其高帶寬、低時(shí)延數(shù)據(jù)傳輸和低功耗要求。
展開 Camera&CMOS光學(xué)解決方案
Camera&CMOS解決方案
LUMERICAL
光子組件建模：芯片級(jí)（波導(dǎo)、傳感器、微透鏡）
Zemax
光學(xué)元件建模：鏡頭設(shè)計(jì)優(yōu)化、光學(xué)/機(jī)械公差
SPEOS
系統(tǒng)級(jí)建模：3D環(huán)境集成、照明、人眼視覺/感知
Camera workflow
工程目標(biāo)
-Optimizing for optical uniformity and efficiency while increasing pixel density.
-Reducing image degradation from cross-talk, and saturation.
-Accurately model device performance in real world conditions.
-Test image processing schemes during the design phase.
Ansys解決方案
-Lumerical FDTD– Advanced optics and Multiphysics.
-Lumerical CHARGE– Charge collection, electrical noise.
-SPEOS – Ray tracing and optical system.
-OptiSLang – Orchestrate complex interplay of solvers and map the results together.
展開 Ansys | 什么是MicroLED？
Ansys提供了一系列工具，可用于在進(jìn)行物理制造之前對(duì)MicroLED性能進(jìn)行仿真：
Ansys Lumerical STACK求解器：對(duì)MicroLED中的不同材料層進(jìn)行仿真，以顯示光是如何反射、折射和透射的。STACK求解器還可計(jì)算LED的發(fā)射功率和功率密度。
Ansy Lumerical FDTD求解器：對(duì)LED的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)射方向圖和提取效率進(jìn)行仿真。FDTD求解器還可以與Ansys Speos設(shè)計(jì)工具配合使用，計(jì)算錐光坐標(biāo)中的光譜強(qiáng)度。
Ansys Lumerical CHARGE和Ansys Lumerical MQW求解器：對(duì)LED的電流-電壓（I-V）曲線、自發(fā)發(fā)射功率頻譜和內(nèi)部量子效率進(jìn)行仿真。
Ansys Lumerical求解器工作流程概覽
Ansys Speos軟件：使用來(lái)自Lumerical套件求解器的光譜強(qiáng)度數(shù)據(jù)執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)仿真，并充當(dāng)虛擬光度實(shí)驗(yàn)室。利用該工具，工程師可以檢查全色域并執(zhí)行輻射測(cè)試。
展開 【Lumerical系列】硅基光電調(diào)制器（1）——基本原理
我們將以Ansys Lumerical上的案例為基礎(chǔ)，從基本的硅光調(diào)制器開始，介紹調(diào)制器的基本原理、性能指標(biāo)、常見結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)流程、建模仿真等步驟，使用Ansys Lumerical CHARG、HEAT以及INTERCONNECT等軟件，最終完成單個(gè)光子器件到光子集成電路的仿真設(shè)計(jì)。接下來(lái)讓我們從光學(xué)調(diào)制的基本概念開始。
什么是光學(xué)調(diào)制？
在介紹硅光調(diào)制器的之前，首先解決一個(gè)問(wèn)題：什么是光學(xué)調(diào)制？我們不難找到它的定義，即“光調(diào)制技術(shù)就是將一個(gè)攜帶信息的信號(hào)疊加到載波光波上的一種調(diào)制技術(shù)”，這個(gè)定義更偏向于光學(xué)通信。從光學(xué)原理的角度來(lái)看，光學(xué)調(diào)制則是改變光信號(hào)的強(qiáng)度（振幅）、頻率、相位、傳播方向等一個(gè)或多個(gè)特征參數(shù)的過(guò)程。在這些參數(shù)中，大部分光探測(cè)器（包括人眼）對(duì)光強(qiáng)（振幅）最為敏感，且其他光學(xué)參數(shù)如頻率、相位等也可以通過(guò)光強(qiáng)的變化來(lái)表達(dá)，因此可以通過(guò)檢測(cè)光強(qiáng)（振幅）的變化來(lái)檢測(cè)光學(xué)調(diào)制的效果。
光學(xué)調(diào)制的作用是什么？
光學(xué)調(diào)制的作用可歸納為以下幾個(gè)方面：首先對(duì)于光纖通信而言，光學(xué)調(diào)制可以將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，以便在光纖中實(shí)現(xiàn)高速度、大容量、高帶寬、低損耗、以及抗電磁干擾能力強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸。此外通過(guò)復(fù)雜的調(diào)制方式，光信號(hào)的攔截和竊聽更為困難，因此具有較高的安全性。其次，在光子集成電路中，光學(xué)調(diào)制器可以與其他光電子器件高密度集成在一個(gè)芯片上，用于各種光信號(hào)處理應(yīng)用，包括復(fù)用、解復(fù)用、路由等。在數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算系統(tǒng)中，光學(xué)調(diào)制可用于實(shí)現(xiàn)高速光互連，大幅提高數(shù)據(jù)交換速度，減少延遲，提升整體計(jì)算效率。最后在測(cè)量和傳感領(lǐng)域，光學(xué)調(diào)制技術(shù)也有廣泛應(yīng)用，如光纖傳感器和干涉儀測(cè)量。
光學(xué)調(diào)制的原理與分類
從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，集成光調(diào)制器按照調(diào)制方式的不同可分為，直接（內(nèi)部）調(diào)制器件和外部調(diào)制器件。
展開 【Lumerical系列】硅基電光調(diào)制器（3.1）——常用的光學(xué)結(jié)構(gòu)
圖2：微環(huán)調(diào)制器結(jié)構(gòu)示意圖
圖3：在Lumerical CHARGE中進(jìn)行電學(xué)仿真
如圖2、3為一個(gè)一個(gè)基于p-i-n結(jié)的硅基微環(huán)電光調(diào)制器，微環(huán)部分由p-i-n脊形波導(dǎo)構(gòu)成，中間部分由本征硅作為波導(dǎo)，兩邊分別為p型和n型重?fù)诫s區(qū)域，通過(guò)載流子注入機(jī)制實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)載流子濃度的調(diào)制。
圖4：不同偏置電壓下，諧振峰發(fā)生偏移
從圖4可以看到，施加不同偏置電壓后，諧振峰發(fā)生了偏移，因此給器件加不同電壓時(shí)，某一固定波長(zhǎng)處的透射率發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。
3)優(yōu)缺點(diǎn)：
微環(huán)結(jié)構(gòu)的引入給硅基電光調(diào)制器的性能帶來(lái)顯著改善。①由于微環(huán)調(diào)制器的尺寸很小，可以集成在高密度的光子芯片上。②由于微環(huán)諧振腔的高Q值，微環(huán)調(diào)制器可以在較低功率下工作，有助于降低整體功耗。③能夠?qū)崿F(xiàn)高速調(diào)制，適用于高速光通信系統(tǒng)。
微環(huán)結(jié)構(gòu)的不足之處在于：①受限于諧振條件，微環(huán)調(diào)制器的調(diào)制帶寬相對(duì)較小，對(duì)波長(zhǎng)漂移非常敏感，不適用于寬帶應(yīng)用。②微環(huán)調(diào)制器對(duì)溫度變化非常敏感，溫度的波動(dòng)可能導(dǎo)致共振波長(zhǎng)的漂移，從而影響調(diào)制性能。需要額外設(shè)計(jì)補(bǔ)償機(jī)制。目前提高器件性能的工作主要集中在電學(xué)性能方面，這限制了光電子器件各方面性能的提高主要問(wèn)題。需要新型光學(xué)結(jié)構(gòu)（如多環(huán)級(jí)聯(lián)）與新的調(diào)制機(jī)制的來(lái)為微環(huán)調(diào)制器的發(fā)展注入新的血液。
4)應(yīng)用案例：
Ansys Lumerical中的應(yīng)用案例為Ring Modulator.
(相關(guān)鏈接為：https://optics.ansys.com/hc/en-us/articles/360042322794-Ring-Modulator)
圖5：硅基環(huán)形調(diào)制器的設(shè)計(jì)流程
2.
展開 
Ansys Lumerical Zemax Speos | CMOS 傳感器相機(jī)：3D 場(chǎng)景中的圖像質(zhì)量分析
第 3 步：Lumerical Simulation
Speos在CMOS成像儀前模擬的光譜輻照度圖需要與傳感器的量子效率相結(jié)合，才能生成原始電子圖。Lumerical FDTD和CHARGE工具已被用于量化所設(shè)計(jì)的CMOS傳感器的量子效率。CMOS圖像傳感器由帶有光學(xué)和電子元件的微觀像素組成。主要的光學(xué)元件是微透鏡和彩色濾光片，用于將所需波長(zhǎng)的光聚焦在成像器底部硅襯底的正確點(diǎn)上。吸收的光子產(chǎn)生帶電載流子，這些載流子被收集并傳輸以在電子側(cè)進(jìn)行檢測(cè)。電子設(shè)備具有包括柵極和互連在內(nèi)的組件，這些組件可能會(huì)干擾傳感器內(nèi)部的光路徑。耦合光電仿真在FDTD和CHARGE中完成。
第 4 步：Speos 傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器
Speos傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器是一種用于后處理Speos中相機(jī)傳感器捕獲的輻照度圖的工具。為了根據(jù)每個(gè)像素收集的電子數(shù)或電流生成傳感器記錄的原始圖像，我們使用Speos傳感器系統(tǒng)導(dǎo)出器工具將Speos的光譜輻照度與Lumerical成像儀的EQE數(shù)據(jù)相結(jié)合。此工具首先根據(jù)輻照度圖的乘積和相機(jī)積分時(shí)間計(jì)算 Speos 模擬的曝光圖，這是 EQE *.json 文件中的可編輯參數(shù)。然后，根據(jù)EQE數(shù)據(jù)，該工具計(jì)算響應(yīng)度，即每個(gè)入射功率收集的電荷速率，并將響應(yīng)度乘以光譜曝光圖以生成電子圖。仿真結(jié)果顯示了CMOS傳感器在不同照明條件下（白天，晚上有燈和不帶燈）下20ms積分時(shí)間和15,000 e-滿井容量的電子地圖的比較。
總結(jié)
在CMOS設(shè)計(jì)仿真流程中，設(shè)計(jì)人員可以聯(lián)合Lumerical、Zemax、Speos分析整個(gè)系統(tǒng)的性能，嘗試更多可能性設(shè)計(jì)分析，該案例也為后續(xù)的CMOS串接到宏觀的場(chǎng)景圖像仿真提供借鑒。
展開 Ansys Lumerical | 行波 Mach-Zehnder 調(diào)制器仿真分析
綜述
此示例中5毫米長(zhǎng)的Si波導(dǎo)由5毫米長(zhǎng)的Al共面?zhèn)鬏斁€驅(qū)動(dòng)的反向偏置pn結(jié)相位調(diào)制：
CHARGE求解器提供pn結(jié)因反向偏置變化而導(dǎo)致的電荷密度變化，以及串聯(lián)平板電阻和pn結(jié)電容。電荷密度的變化被匯入MODE求解器，以計(jì)算波導(dǎo)的光學(xué)折射率調(diào)制，而平板電阻和結(jié)電容則匯入MODE求解器，以計(jì)算傳輸線的射頻特性。然后將光學(xué)和射頻自變量以及結(jié)電容匯入INTERCONNECT緊湊模型中，以進(jìn)行電路仿真并計(jì)算光學(xué)傳輸和眼圖。
步驟1：參雜硅材料波導(dǎo)的電壓-載子濃度分布關(guān)系
由于Lumerical 的Multiphysics CHARGE模塊是用有限元方法(Find Element Method)計(jì)算，2D還是3D對(duì)求解時(shí)間差異明顯。因此首先分析尺寸與模型：pn結(jié)平行電場(chǎng)方向長(zhǎng)10um,垂直電場(chǎng)方向?qū)?mm、厚度0.09um且無(wú)垂直電場(chǎng)方向的形狀變化，加上載子濃度會(huì)與電場(chǎng)分布強(qiáng)相關(guān)，建議此步驟用2D求解來(lái)節(jié)省時(shí)間。但由于摻雜模型需要3D信息定義，我們建立3D模型但用2D的求解范圍，建模中垂直電場(chǎng)方向有個(gè)寬度即可。
運(yùn)用模塊內(nèi)完善的半導(dǎo)體材料以及物理模型設(shè)定建模后，用穩(wěn)態(tài)設(shè)定多個(gè)偏壓條件(-0.5~4V,0.5V步長(zhǎng))進(jìn)行仿真，并于光路調(diào)變范圍設(shè)定設(shè)置電荷監(jiān)視器“monitor_charge”以將電荷密度保存在 tw_modulator_charge.mat 中，稍后將其導(dǎo)入 MODE 求解器。
通過(guò)在物件樹中選擇 CHARGE，在結(jié)果視圖窗口中右鍵單擊所需結(jié)果（電荷）并在對(duì)數(shù)刻度上對(duì)其進(jìn)行可視化，可以顯示電荷密度，如下圖。
步驟2：平板電阻與PN結(jié)電容
此步驟中將再次使用Lumerical 的Multiphysics CHARGE模塊。
展開 Ansys Speos | 2023R2 新功能介紹
由于Speoscamera傳感器允許對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行采集，考慮到照明條件，動(dòng)態(tài)…，Speos傳感器系統(tǒng)（SSS）基于EMVA 1288標(biāo)準(zhǔn)，用于對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后期處理:將接收到的能量轉(zhuǎn)換成光子圖，光子圖轉(zhuǎn)換成電子圖，將電子圖數(shù)字化，生成一張?jiān)紙D像，進(jìn)一步處理原始圖像，得到最終圖像，Lumerical FDTD和Charge的輸入在不同步驟計(jì)算中提供了更高的準(zhǔn)確性。
Speos 2023 R2引入了“l(fā)earn和support”選項(xiàng)卡，為學(xué)習(xí)、支持和文檔提供了有用的直接鏈接，用戶現(xiàn)在基于新版本可直接訪問(wèn)Speos提供的所有學(xué)習(xí)資料和論壇。
4/22 | Ansys Lumerical & SPEOS CMOS傳感器仿真新流程
這個(gè)設(shè)計(jì)流程包括CMOS模組的透鏡組以及光感測(cè)器，前者會(huì)需要幾何光學(xué)的工具Ansys SPEOS，後者則是需要微觀光學(xué)與光電交互作用的仿真工具，即Ansys Lumerical FDTD與CHARGE。而通過(guò)添加Ansys SPEOS的處理真實(shí)照明的功能，用戶可以輕松得到相機(jī)的仿真圖像。網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)首先會(huì)簡(jiǎn)要介紹Lumerical和SPEOS工具。接下來(lái)，我們會(huì)介紹2021 R1可用的CMOS感測(cè)器的工作流程，以及Lumerical如何實(shí)現(xiàn)和SPEOS間的資料轉(zhuǎn)換。最後透過(guò)SPEOS鏡頭系統(tǒng)（SLS）導(dǎo)入器整合透鏡組的資訊以及與Ansys Lumerical得到的外部量子效率（EQE）實(shí)現(xiàn)整個(gè)CMOS感測(cè)器光學(xué)仿真。
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