پیاده سازی و بهبود پروسه مدل سازی و تحلیل موج کامل ترانزیستور fet (کاربرد در تحلیل موج کامل تقویت کننده موج میلیمتری در رژیم غیرخطی)

تحلیل و مدل سازی ترانزیستور به عنوان مهم ترین بخش مدارهای الکترونیکی فرکانس بالا، جزء بحث های مهم و کلیدی در طراحی دقیق مدارهای الکترونیکی می باشد. معمولاً هنگامیکه فرکانس کاری مدار و به تبع آن فرکانس کاری ترانزیستور پایین است، از مدل فشرده به نام مدل مدار معادل، برای مدل سازی ترانزیستور و طراحی مدارهای الکترونیکی استفاده می شود. ولی صحت و دقت این مدل ها با افزایش فرکانس و قابل مقایسه شدنِ ابعاد ترانزیستور با طول موج، کاهش یافته و لزوم استفاده از مدل ها و روش های تحلیل اصلاح شده، به شدت احساس می گردد. کامل ترین و دقیق ترین روشی که برای این آنالیز پیشنهاد شده است روش مدل سازی فیزیکی الکترونیکی-الکترومغناطیسی و یا روش تحلیل موج کامل می باشد. در این تکنیک به خوبی می توان پدیده-ی انتشار امواج الکترومغناطیس داخل ساختار ترانزیستور که هنگام زیاد شدن فرکانس و همچنین افزایش پهنای ترانزیستور، حائز اهمیت می گردد را مدل نمود. ایده اصلی آنالیز موج کامل، تزویج معادلات حاکم بر نیمه هادی به همراه معادلات ماکسول می باشد. ولی پیاده سازی این نوع تحلیل از نقطه نظر محاسباتی و مدل سازی دارای چالش هائی است که حل آن ها برای دست یافتن به تمام محاسن این روش آنالیز ضروری می نماید. لذا سعی ما در این پژوهش، در یافتن راه حل هائی برای مرتفع نمودن بعضی از این مشکلات می باشد.در این رساله، ابتدا مباحث تئوری و معادلات مربوط به بخش نیمه هادی و الکترومغناطیس که مورد احتیاج انجام یک چنین تحلیلی است ارائه می گردد. سپس روش عددی تفاضل زمان حوزه زمان (fdtd) به عنوان ساده ترین و شناخته شده ترین روش برای حل این معادلات دیفرانسیل جزئی (pde) معرفی شده و نحوه ی گسسته سازی معادلات موجود بیان می گردد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استفاده از تکنیک های متداول fdtd به تحلیلی با زمان شبیه سازی بسیار زیاد منجر خواهد شد. برای رفع این معضل در این پایان نامه سه راهکار پیشنهاد می شود. راه حل اول، استفاده از شبکه و شبکه غیریکنواختِ ایجاد شده توسط تبدیلات موجک، به منظور کاهش تعداد متغییرهای روش تفاضل محدود است. راهکار دوم، استفاده از خوش حالت کننده ی فیلتر بانکی به منظور کاهش عدد حالت ماتریس معادلات ماتریسی و افزایش سرعت همگرائی روش های تکرار به کار گرفته شده برای حل آن ها می باشد. سرانجام آخرین و موثرترین روش پیشنهادی جهت کاهش زمان شبیه سازی، به کارگرفتن روش adi-fdtd جهت حل معادلات ماکسول آنالیز موج کامل با گام های زمانی بسیار بزرگتر که سبب کاهش چشم گیر زمان شبیه سازی خواهد شد می باشد. در انتها نیز روش المان محدود حوزه زمان (fetd) به عنوان روش عددی دیگر، برای مدل سازی دقیق تر ساختارهای پیچیده ترانزیستورهای عملی پیشنهاد شده و دو تکنیک جدید در رابطه با حل معادلات ماکسول بوسیله این روش ارائه می گردد. نحوه ی پیاده سازی شرط مرزی جذب cfs-pml در محاسبه جواب fetd معادلات ماکسول مرتبه اول، همچنین ارائه روش جدید adi-fetd با شرط پایداری نامشروط بخش دیگر این رساله را تشکیل می دهند.