CHARGE的案例
Ansys攜手EMA推出EMA3D Charge將改進(jìn)電子組件的設(shè)計與安全性
EMA3D Charge仿真材料在各種低能量和高能量、時間變化的充電環(huán)境中的表面充電，如空間等離子體、沉淀靜力學(xué)和三電效應(yīng)等
EMA3D Charge的高保真度預(yù)測可幫助工程師更深入了解充放電現(xiàn)象。這些深度信息會對產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)生重大影響，有助于工程師確定充放電事件可能對電氣組件造成的損壞以及損壞的程度。在早期設(shè)計階段降低風(fēng)險，可減少后期重新設(shè)計以及高成本產(chǎn)品故障的幾率。
美國宇航局約翰遜航天中心EMC工程師表示：“EMA3D Charge具有許多令人驚嘆的功能。例如，它不僅易于操作，而且其網(wǎng)格機械計算機輔助設(shè)計（CAD）模型可顯著簡化從航天器結(jié)構(gòu)模型到分析結(jié)果的過程。此外，它還能夠?qū)教炱鬟M(jìn)行充電分析，由于航天器會通過直接接觸月球塵埃進(jìn)行充電，同時通過接觸月球表面或附近的空間等離子體進(jìn)行充電，因此我們從中看到了這款解決方案所蘊含的巨大價值。”
雖然EMA3D Charge的技術(shù)在此前已經(jīng)應(yīng)用于電子及航空航天產(chǎn)業(yè)，但它是首款完全專注于充放電預(yù)測的解決方案。通過利用Ansys SpaceClaim創(chuàng)建直觀的用戶界面和工作流程，EMA3D Charge可將CAD導(dǎo)入、設(shè)計與簡化、仿真設(shè)置與網(wǎng)格劃分、結(jié)果概括和可視化整合在統(tǒng)一的求解器技術(shù)中。
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“EMA3D Charge填補了市場同類仿真產(chǎn)品的空白。此前，工程師在仿真充放電事件時，不僅要瀏覽多個代碼，而且還要采用極具挑戰(zhàn)性的工作流程，缺乏完整的解決方案。EMA3D Charge是一款完整的解決方案，可提供高保真度分析和端到端工作流程，有助于提升效率。”
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EMA3D Charge仿真材料在各種低能量和高能量、時間變化的充電環(huán)境中的表面充電，如空間等離子體、沉淀靜力學(xué)和三電效應(yīng)等
EMA3D Charge的高保真度預(yù)測可幫助工程師更深入了解充放電現(xiàn)象。這些深度信息會對產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)生重大影響，有助于工程師確定充放電事件可能對電氣組件造成的損壞以及損壞的程度。在早期設(shè)計階段降低風(fēng)險，可減少后期重新設(shè)計以及高成本產(chǎn)品故障的幾率。
美國宇航局約翰遜航天中心EMC工程師表示：“EMA3D Charge具有許多令人驚嘆的功能。例如，它不僅易于操作，而且其網(wǎng)格機械計算機輔助設(shè)計（CAD）模型可顯著簡化從航天器結(jié)構(gòu)模型到分析結(jié)果的過程。此外，它還能夠?qū)教炱鬟M(jìn)行充電分析，由于航天器會通過直接接觸月球塵埃進(jìn)行充電，同時通過接觸月球表面或附近的空間等離子體進(jìn)行充電，因此我們從中看到了這款解決方案所蘊含的巨大價值。”
雖然EMA3D Charge的技術(shù)在此前已經(jīng)應(yīng)用于電子及航空航天產(chǎn)業(yè)，但它是首款完全專注于充放電預(yù)測的解決方案。通過利用Ansys SpaceClaim創(chuàng)建直觀的用戶界面和工作流程，EMA3D Charge可將CAD導(dǎo)入、設(shè)計與簡化、仿真設(shè)置與網(wǎng)格劃分、結(jié)果概括和可視化整合在統(tǒng)一的求解器技術(shù)中。
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“EMA3D Charge填補了市場同類仿真產(chǎn)品的空白。此前，工程師在仿真充放電事件時，不僅要瀏覽多個代碼，而且還要采用極具挑戰(zhàn)性的工作流程，缺乏完整的解決方案。EMA3D Charge是一款完整的解決方案，可提供高保真度分析和端到端工作流程，有助于提升效率。”
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EMA3D Charge仿真材料在各種低能量和高能量、時間變化的充電環(huán)境中的表面充電，如空間等離子體、沉淀靜力學(xué)和三電效應(yīng)等
EMA3D Charge的高保真度預(yù)測可幫助工程師更深入了解充放電現(xiàn)象。這些深度信息會對產(chǎn)品設(shè)計產(chǎn)生重大影響，有助于工程師確定充放電事件可能對電氣組件造成的損壞以及損壞的程度。在早期設(shè)計階段降低風(fēng)險，可減少后期重新設(shè)計以及高成本產(chǎn)品故障的幾率。
美國宇航局約翰遜航天中心EMC工程師表示：“EMA3D Charge具有許多令人驚嘆的功能。例如，它不僅易于操作，而且其網(wǎng)格機械計算機輔助設(shè)計（CAD）模型可顯著簡化從航天器結(jié)構(gòu)模型到分析結(jié)果的過程。此外，它還能夠?qū)教炱鬟M(jìn)行充電分析，由于航天器會通過直接接觸月球塵埃進(jìn)行充電，同時通過接觸月球表面或附近的空間等離子體進(jìn)行充電，因此我們從中看到了這款解決方案所蘊含的巨大價值。”
雖然EMA3D Charge的技術(shù)在此前已經(jīng)應(yīng)用于電子及航空航天產(chǎn)業(yè)，但它是首款完全專注于充放電預(yù)測的解決方案。通過利用Ansys SpaceClaim創(chuàng)建直觀的用戶界面和工作流程，EMA3D Charge可將CAD導(dǎo)入、設(shè)計與簡化、仿真設(shè)置與網(wǎng)格劃分、結(jié)果概括和可視化整合在統(tǒng)一的求解器技術(shù)中。
Ansys產(chǎn)品高級副總裁Shane Emswiler指出：“EMA3D Charge填補了市場同類仿真產(chǎn)品的空白。此前，工程師在仿真充放電事件時，不僅要瀏覽多個代碼，而且還要采用極具挑戰(zhàn)性的工作流程，缺乏完整的解決方案。
展開 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
關(guān)鍵詞：FDTD；Charge；可調(diào)諧；MOS結(jié)構(gòu)；載流子濃度
電光開關(guān)的等離子體吸收體的電可調(diào)諧性是高度可調(diào)的。通過施加偏置電壓，在氧化物層中產(chǎn)生較大的場強，同時載流子在氧化物-半導(dǎo)體界面處形成累積層或耗盡層（金屬的載流子濃度較大，耗盡層相比于半導(dǎo)體來說可以忽略不計）。載流子濃度的變化引起折射率的改變，導(dǎo)致光譜特性也發(fā)生變化，利用這一點，我們可以制作電偏置的開關(guān)。如題1所示，我們的設(shè)計采用金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器配置（MOS），包括金屬Au鏡面，氧化鈦間隔層和半導(dǎo)體氧化銦錫（ITO）材料。鋁在紅外具有高反射率，因此是一種合適的結(jié)構(gòu)材料。作為活性層的 ITO 薄膜被插入元表面和間隔物之間。Au層和ITO層作為電極材料，當(dāng)在 ITO 和底部 Au 之間施加電壓時，ITO 層中的自由電子會在 ITO 和氧化鈦的界面附近聚集。氧化鈦具有很高的相對介電常數(shù)（κ =81），因此內(nèi)部可以產(chǎn)生很強的電場，載流子也因此可以大量聚集。因此，通過外加電場效應(yīng)載流子的積累，可以實現(xiàn)ITO折射率的顯著電壓可調(diào)變化，從而對入射的偏振光實現(xiàn)光學(xué)性能的調(diào)諧，即電光開關(guān)。
圖1 MOS結(jié)構(gòu)及加電偏置示意圖
透明導(dǎo)電氧化物（TCO）中的ITO作為一種有前途的等離子體材料被廣泛研究，具有低損耗和制造兼容性，ITO的光學(xué)介電常數(shù)可以用Drude模型近似：
其中，ε∞是高頻介電常數(shù)，ω是光波的角頻率，γ是與自由載流子阻尼系數(shù)，wp是等離子屏率。
展開 
基于MS的Forcite模塊模擬氫在鎢表面的物理吸附
為了獲得一個合理的幾何優(yōu)化結(jié)構(gòu)，必須首先為所有原子定義charges。可以使用Materials Studio的Charges工具來實現(xiàn)，該工具可以從Modify菜單得到。對任何系統(tǒng)Charges都可以被平衡，提供了兩種不同的charge平衡方法：QEq和Gasteiger。也可以從Forcite Calculation對話框的Energy選項卡直接訪問Charges功能。在本例中，將使用QEq方法進(jìn)行charges計算。
在Energy選項卡的Charges下拉菜單中選擇Charge using QEq。
在執(zhí)行幾何優(yōu)化之前最后的步驟是束縛金屬原子的坐標(biāo)，這樣做是假設(shè)表面結(jié)構(gòu)與塊體結(jié)構(gòu)是相似，并且氫原子不對表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著的修改。為了得到更高的精度和進(jìn)行詳細(xì)的研究，在執(zhí)行幾何優(yōu)化之前，馳豫晶體表面是必要的。
按住ALT并雙擊任意一個W原子，所有的W原子都將被選中。
將Task從Energy改為Geometry Optimization，將Quality改為Fine。
點擊More...按鈕，顯示Forcite Geometry Optimization對話框，將Maximum number of iterations改為1000，關(guān)閉對話框。
最小化算法的默認(rèn)值是Smart算法，它是一個由最陡下降法和共軛梯度法(CG)串聯(lián)的方法。
選擇Energy選項卡，設(shè)置Forcefield 為Universal。
為了獲得一個合理的幾何優(yōu)化結(jié)構(gòu)，必須首先為所有原子定義charges。可以使用Materials Studio的Charges工具來實現(xiàn)，該工具可以從Modify菜單得到。對任何系統(tǒng)Charges都可以被平衡，提供了兩種不同的charge平衡方法：QEq和Gasteiger。
展開 Altair軟件陣營新增電場仿真——FieldscaleCharge靜電仿真求解器現(xiàn)已可通過Altair合作伙伴聯(lián)盟獲取
2015年10月21日，Troy（美國密歇根）–Altair今日宣布FieldscalePC已攜其電磁仿真軟件Charge加入Altair合作伙伴聯(lián)盟(APA)。該軟件專用于靜電仿真，也稱為電場仿真。
“能夠加入Altair合作伙伴聯(lián)盟，我們感到十分驕傲。”Fieldscale首席執(zhí)行官YiorgosBontzios說道，“Fieldscale的下一代仿真軟件將助力工程師以更快速度設(shè)計出更為高效的產(chǎn)品，成為廣大結(jié)果導(dǎo)向型電氣硬件企業(yè)的必備工具。Altair將是這條發(fā)展路線上的強有力盟友，我們會幫助工程師實現(xiàn)本以為無法完成的仿真作業(yè)。”
工程師可借助Charge分析整個模型的電場情況，而無需進(jìn)行不實際的簡化。這讓他們可以完成以前無法解決的仿真問題。Charge采用穩(wěn)定可靠的邊界元法，能夠準(zhǔn)確計算復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的電勢和場強分布。它將仿真過程細(xì)化為五個步驟并在一個簡單易用的環(huán)境中完成，從而提高生產(chǎn)力和效率。其并行算法可在數(shù)分鐘內(nèi)完成以往需要進(jìn)行一整夜計算的結(jié)果。
“我們熱烈歡迎Fieldscale攜Charge軟件加入APA。”Altair電磁解決方案副總裁UlrichJakobus博士說道，“該工具是一款精確高效、高度并行的求解器，適合用于靜電應(yīng)用。它使Altair高頻電磁產(chǎn)品FEKO更加完備。”
在能源行業(yè)中，工程師可利用Charge設(shè)計包括電極、開關(guān)、軸襯和絕緣體在內(nèi)的高壓設(shè)備。還可以利用該軟件測試電擊穿和火花放電，從而滿足安全標(biāo)準(zhǔn)，避免設(shè)備受損。此外，Charge能夠幫助工程師設(shè)計出更高效、更優(yōu)質(zhì)的避雷系統(tǒng)，保護(hù)建筑、飛機和風(fēng)力渦輪機農(nóng)場等。
欲了解有關(guān)Fieldscale和Charge的更多信息，請注冊參加將于2015年11月2日上午9點(EST)和下午1點(EST)舉行的產(chǎn)品推介研討會，或訪問Fieldscale的解決方案頁面。
展開 基于Lumerical掌握光電器件仿真的全流程設(shè)計，從基礎(chǔ)原理講解到復(fù)雜器件設(shè)計
Multiphysics（CHARGE+HEAT）GUI窗口介紹
12.1 工具欄窗口介紹
12.2 CAD 窗口介紹
13. Multiphysics（CHARGE+HEAT）材料數(shù)據(jù)庫介紹
13.1 添加內(nèi)置材料至工程文件介紹
13.2 查看材料數(shù)據(jù)介 紹
13.3 創(chuàng)建及修改材料特性介紹
14. Multiphysics（CHARGE+HEAT）仿真區(qū)及求解器設(shè)置介紹
14.1 仿真區(qū)設(shè)置介紹
14.2 求解器設(shè)置介紹
- 求解器模式選擇
- 網(wǎng)格尺寸設(shè)置
- 求解器類型選擇及收斂控制
15. Multiphysics（CHARGE+HEAT）摻雜設(shè)置介紹
15.1 Constant 摻雜介紹
15.2 Diffusion 摻雜介紹
15.3 Implant 摻雜介紹
16. Multiphysics（CHARGE+HEAT）邊界條件介紹
16.1 Electrical 邊界條件介紹
16.2 Surface Recombination/Surface Charge Density 邊界條件介紹
16.3 熱邊界條件介紹
17. Multiphysics（CHARGE+HEAT）監(jiān)視器設(shè)置介紹
17.1 Charge 監(jiān)視器介紹
17.2 Electric 監(jiān)視器介紹
17.3 Band 監(jiān)視器介紹
17.4 Temperature 監(jiān)視器介紹
18. PN簡單案例上手實操
19.
展開 Ansys Lumerical | 基于氮化物的微型LED
此模型我們用腳本plot_CHARGE_and_export.lsf來操控有無極化效應(yīng)，就是控制兩個表面載子密度是否啟用。
設(shè)置 " polarization "= true并運行腳本后，選取" if(false) "括號內(nèi)的段落，右鍵選擇Run Selection ，將會從仿真結(jié)果中抓取voltage_index = 32(最大偏壓)下量子井分布區(qū)域的Band Monitor 的能帶結(jié)構(gòu)、Electric Monitor的電場分布、Charge Monitor的載子分布，以及不同偏壓下P側(cè)電極的電流曲線等，并把結(jié)果存在charge_export_with_polarization.ldf。設(shè)置" polarization "= false 之后跟上述一樣的運行步驟，結(jié)果會有些許不同，結(jié)果存在charge_export_without_polarization.ldf.。這些圖也可以從運行后的對應(yīng)monitor或是Charge數(shù)據(jù)上右鍵，可視化取得。
氮化物具有Wurzite晶格，由于偏離理想的對稱四面體幾何形狀，其表現(xiàn)出自發(fā)和應(yīng)變引起的極化。總極化由量子井和屏障之間界面的表面電荷密度表示。這些電荷誘導(dǎo)強大的內(nèi)置電場，改變有源區(qū)域的載流子密度和帶狀圖。在相同量的電流下，量子井中的電場沒有極化和有極化如下所示：
正如文獻(xiàn)[1]中解釋的那樣，在沒有任何極化的情況下，活動區(qū)域中的電場是正的，這導(dǎo)致孔聚集在n參雜側(cè)。然而，極化在有源區(qū)域產(chǎn)生高負(fù)電場，這將孔推向P參雜側(cè)。從CHARGE模擬中提取的載波密度中也可以看出這一點。
步驟2：使用MQW求解器獲得uLED的自發(fā)發(fā)射率
在此步驟中，通過導(dǎo)入上一步創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件，在MQW求解器中模擬uLED的主動區(qū)域。MQW求解器通過K。P方法求解量子井中的薛定諤方程并返回傳導(dǎo)波和價波段中的電子波函數(shù)和子波段。
展開 Ansys Lumerical | SPAD暗計數(shù)率模擬
運行和結(jié)果
第 1 步：模擬電場和暗發(fā)生率
打開并運行 CHARGE 項目文件 spad_charge_project.ldev。這將運行SPAD設(shè)備的2D CHARGE仿真，如下圖所示（分別為網(wǎng)格上的CAD模型和摻雜曲線）。
電壓范圍足夠高，以確保高于擊穿范圍。必須關(guān)閉乘法區(qū)域材料（此處為 Si）中的沖擊電離模型。這確保了在步驟 2 中模擬 ATP 計算的正確電場。步驟 1 的主要結(jié)果是 2D 電場（如下圖左圖所示）和熱復(fù)合率（如下圖右圖所示）為 -30 V 偏置時的凈復(fù)合 （SRH + BBT）。在這種偏差下，凈重組以 BBT 為主，而 BBT 則在最大領(lǐng)域占主導(dǎo)地位，如下圖所示。
第 2 步：計算雪崩觸發(fā)概率 （ATP） 和暗計數(shù)率 （DCR）
當(dāng)文件 spad_charge_project.ldev 仍處于打開狀態(tài)時，打開并運行腳本文件 calculate_atp_2d.lsf。確保文件 calculate_atp_2d_helper.lsf 位于同一文件夾中，因為它包含一些在calculate_stp_2d.lsf腳本里需要用到的函數(shù)。
在此步驟中，我們將從步驟 1 的 CHARGE 仿真中提取電場以及 SRH 和 BBT 復(fù)合速率，并使用它們來計算 2D ATP 和 DCR。2D ATP 的計算基于 Lumerical 內(nèi)置腳本命令 atp，該命令沿一條電場線計算 ATP。隨后，通過對 2D ATP 和熱生成速率（負(fù)復(fù)合）的乘積進(jìn)行積分，我們計算出 DCR 與電壓的函數(shù)關(guān)系。
下圖顯示了三種不同電壓（-21 V、-25 V、-30 V）下的二維 ATP，其中擊穿電壓約為 -20 V。在這些圖中，最小值為 0，最大值為 1。
展開 通過仿真降低航天器上的靜電放電風(fēng)險
使用 EMA3D Charge，全波電磁求解器和 3D 粒子傳輸在同一個 FEM 網(wǎng)格上共同模擬。在這種高輻射環(huán)境中經(jīng)過足夠長的時間后，電場超過了玻璃的擊穿強度，隨機樹模型被激活以模擬擊穿過程。
圖 8：頂部是平均電場和總電荷隨時間變化的線圖。中間是 700 個時間步后電場的 3D 彩色圖。底部是玻璃中電荷密度的 3D 圖。
圖 8 中顯示的結(jié)果快照展示了模型的電弧損壞。當(dāng)平均電場達(dá)到 3x10 6時，放電首先發(fā)生在電池的邊緣伏/米。高導(dǎo)電性電弧通道會耗散任何進(jìn)一步沉積的電荷。隨著時間的推移，擊穿后電導(dǎo)率超過玻璃電導(dǎo)率，導(dǎo)致較低的電場平衡。電荷密度圖顯示了由于入射電子而產(chǎn)生的負(fù)電荷層。正圖像電荷形成在電池和底部基板的邊緣，而負(fù)電荷形成在粘合劑的頂部。這導(dǎo)致電池邊緣的電場增強，導(dǎo)致多個同時擊穿。隨著擊穿的發(fā)生，它們會消散高能電子等離子體沉積的空間電荷，從而緩慢降低模型中的總電荷。通過查看放電前后能量和電荷的變化，我們可以計算出它們的平均值。平均電荷為 117 nC，平均能量為19mJ.
為解決上述應(yīng)用，Ansys EMA3D Charge 利用多個能夠進(jìn)行協(xié)同仿真的物理求解器：表面電荷平衡求解器、電磁學(xué)的全波 FEM 解決方案和 3D 粒子傳輸工具。Ansys EMA3D Charge 提供了一種準(zhǔn)確詳細(xì)地模擬各種儀器、材料和軌道目標(biāo)的電荷積累和耗散的方法，可幫助設(shè)計團隊開發(fā)更強大的空間平臺，并最大限度地提高這些昂貴項目的長期成功概率.
了解有關(guān)Ansys EMA3D Charge 平臺級 EMC 電纜建模的更多信息。https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-ema3d-cable
1.
展開 ChargePoint與梅賽德斯-奔馳合作 改善EV充電體驗
（圖片來源：ChargePoint）
ChargePoint整合了多個充電網(wǎng)絡(luò)運營商，可為Mercedes me Charge客戶提供無摩擦的交叉充電網(wǎng)絡(luò)體驗，且無需擁有多個充電網(wǎng)絡(luò)帳戶、訂閱或充電卡。Mercedes me Charge客戶將能夠在車內(nèi)或通過Mercedes me Charge移動應(yīng)用程序查找、使用充電站和支付充電費用。
Mercedes me Charge客戶將可以訪問北美最大的充電地點集合，涵蓋公共和半公共場所，包括近60,000個可在ChargePoint和其他EV充電網(wǎng)絡(luò)上充電的公共場所，以及60,000多個額外的可在ChargePoint網(wǎng)絡(luò)上充電的半公共場所，例如工作場所、購物中心、酒店和多戶住宅。
駕駛員將可以選擇在ChargePoint網(wǎng)絡(luò)和其他網(wǎng)絡(luò)上的直流（DC）站上使用Plug & Charge。Mercedes me Charge客戶還將享受無憂付款，以及由ChargePoint支持的預(yù)付透明定價和自動付款功能。用戶只需選擇一次首選付款方式，此后的繳費記錄會自動記入借方并列在月度賬單中。
ChargePoint產(chǎn)品高級副總裁Bill Loewenthal表示：“隨著世界不斷向電動出行過渡，軟件在充電方面發(fā)揮著重要作用。ChargePoint很自豪能夠為梅賽德斯-EQ駕駛員在車載和應(yīng)用程序內(nèi)無縫接入EV充電。梅賽德斯再次重新定義汽車，提供卓越的駕駛體驗，包括無縫充電。ChargePoint將繼續(xù)推動充電體驗，使上述過渡更加容易。”
ChargePoint不斷發(fā)展的充電網(wǎng)絡(luò)可使駕駛員選擇2級或DC快速充電方式。
展開 
Ansys Lumerical | 優(yōu)化行波馬赫-曾德爾調(diào)制器-optiSLang互操作性
這包括CHARGE、MODE、HFSS和INTERCONNECT項目文件。可以聯(lián)系工作人員咨詢有關(guān)Lumerical中器件組件級和電路級分析的詳細(xì)說明。
第 2 步
optiSLang優(yōu)化文件由三個主要模塊組成。首先是Parametric求解器系統(tǒng)，它將各個仿真相互關(guān)聯(lián)，這是創(chuàng)建元模型所必需的。這是將工程文件和相應(yīng)的腳本文件加載到每個模塊中的位置，并識別輸入和響應(yīng)。
隨后，將敏感度向?qū)?yīng)用于系統(tǒng)以創(chuàng)建元模型模塊（此處稱為AMOP）。運行此模塊將運行其設(shè)置中指定的組件級仿真，并獲取相應(yīng)輸入的結(jié)果。
第 3 步
最后，使用優(yōu)化向?qū)砀鶕?jù)選定的輸入找到最佳結(jié)果。這依賴于已創(chuàng)建的元模型，因此能夠快速在廣泛的輸入范圍內(nèi)找到最佳設(shè)計。此處對應(yīng)的模塊命名為Evolutionary Algorithm。
下文附錄中提供了有關(guān)在optiSLang中使用項目文件和處理提示的其他提示。
運行和結(jié)果
第 1 步：組件級模擬
CHARGE、MODE、HFSS和INTERCONNECT
1. 打開并運行文件tw_modulator_DEVICE_par.ldev。仿真計算并導(dǎo)出波導(dǎo)上的電荷分布作為偏置電壓的函數(shù)。模型對象設(shè)置為包含和應(yīng)用輸入CHARGE參數(shù)。這是optiSLang讀取輸入并在后續(xù)步驟中應(yīng)用它們所必需的。
2. 打開并運行文件tw_modulator_optical_MODE.lms。模型對象針對loss、group index和effective等結(jié)果進(jìn)行設(shè)置以便optiSLang訪問。
3. 打開并運行文件“RFTransmissionLine.aedt”。運行的話請轉(zhuǎn)到Simulation選項卡，然后單擊Analyze All。該文件用于計算傳輸線的RF屬性，包括阻抗、有效指數(shù)和損耗。
展開 Ansys Lumerical | 薄膜鈮酸鋰電光相位調(diào)制器
說明
鈮酸鋰材料：CHARGE新功能
CHARGE Poisson求解器包括直流介電常數(shù)的對角各向異性，這是在2023 R1.2版本中添加到CHARGE求解器中的新功能。在材料列表中，可以看到x/y-切割和z-切割的鈮酸鋰都可用作絕緣體和半導(dǎo)體類型的材料。在本案例中使用的x-切鈮酸鋰在x軸上具有非凡的介電常數(shù)為27.9，在y軸和z軸上具有普通的介電常數(shù)為44.3。
當(dāng)將材料設(shè)置為絕緣體時，它們在CHARGE模擬中被視為邊界條件。這在我們想要研究電荷傳輸時很有幫助；然而，我們大多數(shù)時候?qū)o電場感興趣，因此我們選擇半導(dǎo)體類型的材料。在靜電場中，泊松方程僅在半導(dǎo)體區(qū)域中求解。鈮酸鋰的大能隙和可忽略的載流子濃度確保不會發(fā)生電荷傳輸，只會使用靜電場計算。電極尖角周圍的邊緣效應(yīng)會放大電場強度。在實際制程中，不會存在類似的尖銳結(jié)構(gòu)，電極邊緣為弧形，我們將看不到如此高的峰值電場。這不應(yīng)該是一個重要的問題，射頻場將對TE模式的有效折射率產(chǎn)生最大的影響，主要集中在光模場的核心區(qū)域。
參考文獻(xiàn)
[1] Mercante, Andrew J., et al. "Thin film lithium niobate electro-optic modulator with terahertz operating bandwidth." Optics express 26.11 (2018): 14810-14816.
[2] Wang, Jingyi, et al. "Polarization coupling of X-cut thin film lithium niobate based waveguides." IEEE Photonics Journal 12.3 (2020): 1-10.
[3] Zhu, Di, et al.
展開 Ansys Lumerical | 行波 Mach-Zehnder 調(diào)制器仿真分析
綜述
此示例中5毫米長的Si波導(dǎo)由5毫米長的Al共面?zhèn)鬏斁€驅(qū)動的反向偏置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)計算，2D還是3D對求解時間差異明顯。因此首先分析尺寸與模型：pn結(jié)平行電場方向長10um,垂直電場方向?qū)?mm、厚度0.09um且無垂直電場方向的形狀變化，加上載子濃度會與電場分布強相關(guān)，建議此步驟用2D求解來節(jié)省時間。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，建模中垂直電場方向有個寬度即可。
運用模塊內(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)定多個偏壓條件(-0.5~4V,0.5V步長)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）并在對數(shù)刻度上對其進(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。
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(a) 從 Silvaco Victory 導(dǎo)入 Ansys CHARGE 的 3D 幾何形狀透視圖，(b) MODE 中導(dǎo)入幾何體的z-normal視圖，其中橙色矩形表示仿真區(qū)域，紫色區(qū)域顯示從電氣模擬導(dǎo)入的電荷密度數(shù)據(jù)。
在本研究中，我們重建了[4]中的設(shè)計作為基準(zhǔn)，并將評估不同摻雜比例對調(diào)制器性能的影響。圖 9 顯示了從 Silvaco Victory Process 工藝仿真中導(dǎo)入的幾何形狀透視圖。如上一節(jié)所述，導(dǎo)入過程會生成 3D 幾何形狀、分配材料定義并導(dǎo)入摻雜分布。導(dǎo)入完成后，將電壓邊界條件應(yīng)用于兩側(cè)的金屬觸點，并將器件兩端的電壓從 0.5 V 掃描到 -4 V，以仿真反向偏置下 PN 結(jié)的電氣行為。圖 9 (b) 還顯示了導(dǎo)入 Ansys Lumerical MODE 波導(dǎo)設(shè)計環(huán)境中的相同幾何形狀的 XY 視圖。橙色矩形所示的仿真區(qū)域不包括金屬觸點，因為它們遠(yuǎn)離波導(dǎo)芯，因此不會與光學(xué)模式相互作用。紫色區(qū)域顯示了從 CHARGE 仿真導(dǎo)入的載流子密度分布，用于仿真金屬接觸上的電壓變化對光學(xué)模型的擾動。
圖 10. (a) 4 V 反向偏壓下 PN 結(jié)中的自由載流子密度（單位為 cm-3）；(b) CHARGE 仿真的小信號電容與參考文獻(xiàn) [4] 中的測量值高度一致；(c) 干涉儀一臂末端的額外相移與施加電壓的關(guān)系；(d) 每條臂上的光損耗與施加電壓的關(guān)系；(e) INTERCONNECT 模擬的透射光譜與參考文獻(xiàn) [4] 中報告的 (f) 測量光譜高度一致。
圖 10 顯示了具有標(biāo)稱摻雜的耗盡型移相器仿真的主要結(jié)果，包括相應(yīng) MZM 的透射光譜。可以聯(lián)系工作人員了解有關(guān)仿真方法的更多詳細(xì)信息。
在設(shè)計 MZM 時，設(shè)計人員會優(yōu)化關(guān)鍵性能指標(biāo)，包括調(diào)制效率（給定施加電壓的相移量）、電光帶寬和光損耗。
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