octave_packages/secs1d-0.0.8/DDG/DDGgummelmap.m

   1 function [odata,it,res] =...
   2       DDGgummelmap (x,idata,toll,maxit,ptoll,pmaxit,verbose)
   3
   4
   5 %
   6 % [odata,it,res] =...
   7 %            DDGgummelmap (x,idata,toll,maxit,ptoll,pmaxit,verbose)
   8 %
   9 % Solves the scaled stationary bipolar DD equation system
  10 %     using Gummel algorithm
  11 %
  12 %     input: x          spatial grid
  13 %            idata.D    doping profile
  14 %            idata.p    initial guess for hole concentration
  15 %            idata.n    initial guess for electron concentration
  16 %            idata.V    initial guess for electrostatic potential
  17 %            idata.Fn   initial guess for electron Fermi potential
  18 %            idata.Fp   initial guess for hole Fermi potential
  19 %            idata.l2   scaled electric permittivity (diffusion coefficient in Poisson equation)
  20 %            idata.un   scaled electron mobility
  21 %            idata.up   scaled electron mobility
  22 %            idata.nis  scaled intrinsic carrier density
  23 %            idata.tn   scaled electron lifetime
  24 %            idata.tp   scaled hole lifetime
  25 %            toll       tolerance for Gummel iterarion convergence test
  26 %            maxit      maximum number of Gummel iterarions
  27 %            ptoll      tolerance for Newton iterarion convergence test for non linear Poisson
  28 %            pmaxit     maximum number of Newton iterarions
  29 %            verbose    verbosity level: 0,1,2
  30 %
  31 %     output: odata.n     electron concentration
  32 %             odata.p     hole concentration
  33 %             odata.V     electrostatic potential
  34 %             odata.Fn    electron Fermi potential
  35 %             odata.Fp    hole Fermi potential
  36 %             it          number of Gummel iterations performed
  37 %             res         total potential increment at each step
  38
  39 ## This file is part of
  40 ##
  41 ## SECS1D - A 1-D Drift--Diffusion Semiconductor Device Simulator
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  59
  60
  61 odata = idata;
  62
  63 Nnodes=rows(x);
  64
  65 D         = idata.D;
  66 vout(:,1) = idata.V;
  67 hole_density (:,1) = idata.p;
  68 electron_density (:,1)= idata.n;
  69 fermin (:,1)=idata.Fn;
  70 fermip (:,1)=idata.Fp;
  71
  72 for i=1:1:maxit
  73         if (verbose>1)
  74                 fprintf(1,'*****************************************************************\n');
  75                 fprintf(1,'****    start of gummel iteration number: %d\n',i);
  76                 fprintf(1,'*****************************************************************\n');
  77     end
  78
  79         if (verbose>1)
  80                 fprintf(1,'solving non linear poisson equation\n\n');
  81     end
  82         [vout(:,2),electron_density(:,2),hole_density(:,2)] =...
  83         DDGnlpoisson (x,[1:Nnodes],vout (:,1),electron_density(:,1),hole_density(:,1),...
  84         fermin(:,1),fermip(:,1),D,idata.l2,ptoll,pmaxit,verbose);
  85
  86         if (verbose>1)
  87                 fprintf (1,'\n\nupdating electron qfl\n\n');
  88     end
  89         electron_density(:,3)=...
  90         DDGelectron_driftdiffusion(vout(:,2), x, electron_density(:,2),hole_density(:,2),idata.nis,idata.tn,idata.tp,idata.un);
  91
  92     fermin(:,2) = DDGn2phin(vout(:,2),electron_density(:,3));
  93     fermin(1,2)   = idata.Fn(1);
  94     fermin(end:2) = idata.Fn(end);
  95
  96         if (verbose>1)
  97                 fprintf(1,'updating hole qfl\n\n');
  98     end
  99
 100         hole_density(:,3)=...
 101     DDGhole_driftdiffusion(vout(:,2), x, hole_density(:,2),electron_density(:,2),idata.nis,idata.tn,idata.tp,idata.up);
 102     fermip(:,2) = DDGp2phip(vout(:,2),hole_density(:,3));
 103     fermip(1,2)   = idata.Fp(1);
 104     fermip(end,2) = idata.Fp(end);
 105
 106     if (verbose>1)
 107                 fprintf(1,'checking for convergence\n\n');
 108     end
 109         nrfn= norm(fermin(:,2)-fermin(:,1),inf);
 110         nrfp= norm (fermip(:,2)-fermip(:,1),inf);
 111         nrv = norm (vout(:,2)-vout(:,1),inf);
 112         nrm(i) = max([nrfn;nrfp;nrv]);
 113
 114         if (verbose>1)
 115                 fprintf (1,' max(|phin_(k+1)-phinn_(k)| , |phip_(k+1)-phip_(k)| , |v_(k+1)- v_(k)| )= %d\n',nrm(i));
 116     end
 117         if (nrm(i)<toll)
 118                 break
 119     end
 120
 121         vout(:,1) = vout(:,end);
 122         hole_density (:,1) = hole_density (:,end) ;
 123         electron_density (:,1)= electron_density (:,end);
 124         fermin (:,1)= fermin (:,end);
 125         fermip (:,1)= fermip (:,end);
 126
 127
 128         if(verbose)
 129                 DDGplotresults(x,electron_density,hole_density,vout,fermin,fermip);
 130     end
 131 end
 132
 133 it = i;
 134 res = nrm;
 135
 136 if (verbose>0)
 137         fprintf(1,'\n\nInitial guess computed by DD: # of Gummel iterations = %d\n\n',it);
 138 end
 139
 140 odata.n     = electron_density(:,end);
 141 odata.p     = hole_density(:,end);
 142 odata.V     = vout(:,end);
 143 odata.Fn    = fermin(:,end);
 144 odata.Fp    = fermip(:,end);
 145
 146
 147