Ch9（2/3）：热力学晶格温度

使用热力学模型时，晶格温度 由以下方程计算：

其中：

• 是热导率（见第1058页热导率）。
• 是晶格热容（见第1056页热容）。
• 和 分别是导带和价带能量。
• 是频率为 的光子光学产生率（见第683页第21章）。
• 和 分别是电子和空穴净复合率。
• 电流密度 和 的计算如第261页热力学模型电流密度中所述。

在金属中，方程（77）退化为：

其中：

• 是金属的热功率。
• 是金属中的费米势。
• 是金属电流密度（见方程148）。

总热量及其组成部分

方程（77）的右侧是总热量 。在稳态情况下，第二项和第三项消失，即总热量由下式给出：

电子部分可重写为：

其中：

• 是区域界面 处的表面法向量。
• 是区域界面 处的表面 delta 函数。
• 表示函数 跨区域界面 的跳跃。

所得的四项通常分别称为电子部分的焦耳热、汤姆森热、Peltier 热和复合热。

使用热力学晶格温度模型

要使用热力学模型，必须在 Solve 部分的 Coupled 语句中指定 Temperature 关键字。不需要在 Physics 部分中指定模型，因为默认使用热力学模型。但是，可选地，仍可以在 Physics 部分中指定 Thermodynamic 关键字。

默认情况下，热力学模型不考虑非局域线隧穿的加热机制。因此，要同时考虑非局域线隧穿的加热，必须将 NLLTunnelingRecGenHeat 选项添加到 Thermodynamic 关键字中，即 Thermodynamic(NLLTunnelingRecGenHeat)。

要在接触处、或金属-半导体界面、或导电绝缘体-半导体界面处考虑 Peltier 热，请显式激活 Peltier 加热模型（见第1075页接触处、金属-半导体和导电绝缘体-半导体界面的加热）。

晶格温度模型的绘图选项

要绘制晶格热通量向量 ，在 Plot 部分中指定 IHeatFlux 关键字（见第191页器件绘图）。

Sentaurus Device 允许绘制总热量产生率以及总热量的各个组成部分。总热量产生率是方程73或方程77右侧的项。使用 Plot 部分的 TotalHeat 关键字绘制。总热量和各个组成部分仅在 Sentaurus Device 求解温度方程时计算。

表30 显示了各个加热机制的公式以及命令文件 Plot 部分中使用的相应关键字（第191页器件绘图）。各个热项和总热量的摘要也写入 .log 文件。

此外，每当求解自加热方程时，Sentaurus Device 会在绘图文件和日志文件中报告器件的最大、最小和平均温度：

• 器件中的最大温度 (Tmax) 作为偏置条件的函数
• 器件中的最小温度 (Tmin) 作为偏置条件的函数
• 器件中的平均温度 (Tavg) 作为偏置条件的函数

如果未请求晶格温度求解，器件温度不受监控，与默认晶格温度（即室温）相同。

表30：命令文件 Plot 部分中使用的热名称和关键字

热名称	关键字	简单模型公式	TD 模型公式
电子焦耳热	ejouleHeat
空穴焦耳热	hJouleHeat
金属和导电绝缘体中的焦耳热	JouleHeat		—
复合热	lRecGenHeat
汤姆森+Peltier 热 [1]	ThomsonHeat		—
Peltier 热	PeltierHeat	—

流体动力学温度模型