fti-fompy 0.2.0

Routines for the course "Physical Fundamentals of Microelectronics"

FOMpy

FOMpy — подпрограммы и классы для курса «Физические основы микроэлектроники» (ФОМЭ). Идея проекта в том, чтобы совместными усилиями создать достаточную базу подпрограмм для решения задач по ФОМЭ.

Документация модуля с приведением используемых формул доступна по этой ссылке.

Важно! Основной системой единиц для расчётов является СГС (Гауссова система единиц).

Установка

Данная инструкция поможет вам начать использовать пакет FOMpy в вашем проекте или работать с ним как с калькулятором.

С целью избежать возможных проблем с установкой зависимостей, рекомендуется установка в виртуальной среде.

Глобальная установка

Для того чтобы установить FOMpy глобально, выполните команду

$ pip install fti-fompy

Установка в виртуальной среде

• Создайте виртуальную среду (возможно, придётся написать python3 вместо python):

  $ python -m venv .venv
  

• Запустите виртуальную среду:

  $ source ./venv/bin/activate
  

  Важно! В дальнейшем эту команду нужно будет выполнять каждый раз перед запуском скриптов, работающих с FOMpy. Эффект действует до закрытия окна терминала или вызова команды deactivate.

• Установите пакет FOMpy:

  $ pip install fti-fompy
  

Удобный скрипт для запуска

Вы можете настроить терминал таким образом, чтобы одной командой в нём запускался интерпретатор Python, сразу после запуска готовый к работе с FOMpy.

• Добавьте в файл ~/.bashrc (или другой rc-файл в зависимости от вашей командной оболочки) следующие строки:

  FOMPY_IMPORTS="
  from math import *
  from fompy.constants import *
  from fompy.materials import *
  from fompy.models import *
  from fompy.units import unit
  "
  
  fompy() {
      cd <Путь до папки с FOMpy> # Эти две строки нужны только для 
      source .venv/bin/activate  # запуска виртуальной среды
      PYTHONSTARTUP=<(echo "$FOMPY_IMPORTS") python
  }
  

• Перезапустите терминал.

• Наберите команду

  $ fompy
  

  Теперь этой командой вы можете вызывать интерпретатор python, в котором уже будут импортированы все нужные модули FOMpy.

Использование

В этом разделе представлены несколько примеров, демонстрирующих применение пакета FOMpy для решения простейших типичных задач.

Подробное описание доступных подпрограмм, классов и их методов можно прочитать по этой ссылке. В документации методов приведены используемые формулы и уравнения.

Пример 1: расчёт концентрации дырок в легированном полупроводнике

Необходимо найти концентрацию дырок в кремнии Si, легированном акцепторной примесью. Температура T = 300 К, концентрация акцепторной примеси N_a = 10¹⁷ см⁻³, акцепторный уровень E_a = 0,3 эВ (от вершины валентной зоны E_v = 0).

• Подготавливаем интерпретатор Python — воспользуемся удобной настройкой Unix shell:

  $ fompy
  

• Создаём объект легированного полупроводника fompy.models.DopedSemiconductor:

  • задаём в качестве базового материала кремний fompy.materials.Si;
  • приводим значения для акцепторных концентрации N_a и уровня E_a;
  • зануляем параметры донорной примеси N_d и E_d (считаем, что она отсутствует).

  >>> si_p = DopedSemiconductor(Si, 10**17, 0.3 * eV, 0, 0)
  

  Важно! Применение эВ требует домножения на величину fompy.constants.eV, равную значению 1 эВ в единицах СГС.

• Находим концентрацию дырок (температура T = 300 К по умолчанию, уровень Ферми вычисляется автоматически):

  >>> n_p = si_p.p_concentration()
  >>> print("{:e}".format(n_p))
  3.778950e+15
  

Пример 2: определение проводимости

Требуется вычислить проводимость материала при заданных концентрации электронов n_n = 2,0 · 10¹⁶ см⁻³ и дырок n_p = 8,5 · 10¹⁶ см⁻³, а также подвижности электронов μ_n = 3,9 · 10³ см² В⁻¹ с⁻¹ и дырок μ_p = 1,9 · 10³ см² В⁻¹ с⁻¹.

• Подготавливаем интерпретатор Python:

  $ fompy
  

• Находим проводимость с помощью подпрограммы fompy.models.conductivity(n, n_mob, p, p_mob):

  >>> sigma = conductivity(2. * 10**16, 3900. / volt, 8.5 * 10**16, 1900. / volt)
  >>> print("{:e}".format(sigma))
  3.448655e+13
  

  Важно! Так как в условии подвижность указана в единицах см² В⁻¹ с⁻¹, то для перевода в СГС нужно домножить её на величину 1. / fompy.constants.volt, равную значению 1 В⁻¹ в системе СГС.

Лицензия

MIT

Помощь проекту и поддержка пользователей

Если вы желаете внести свой вклад в проект, следуйте инструкциям в файле CONTRIBUTING.md. На репозитории действуют правила поведения.

Предложения и пожелания по функционалу, наполнению проекта и исправлению ошибок принимаются на сайте репозитория в разделе Issues.