电学材料 #

本节介绍电学材料库（Electrical Material Library）。电学材料仅用于 FDCharge 求解器，与光学材料库相互独立，不可混用。两套材料库的入口与适用范围见材料概述。

电学材料库已内置一些常用电学材料，可直接用于仿真；用户也可自定义电学材料，通过 Add Material 添加到库中。库中材料分为导体（conductor）、绝缘体（insulator）和半导体（semiconductor）三种类型。

在 Home 选项卡的 Materials 分组中选择 Electrical Materials，即可打开电学材料库。

窗口左侧为材料列表，右侧为当前选中材料的 Material Properties 属性面板。

电学材料库 #

材料列表 #

左侧列表展示当前库中的电学材料，主要列如下：

Name	Description
Name	材料名称。内置材料使用材料化学式或常用名；自定义材料默认为 Untitled Material。
Color	材料在结构视图中的显示颜色。
Type	材料类型：conductor、insulator 或 semiconductor。列表按类型分区显示，并用行底色区分：导体为黄色，绝缘体为蓝色，半导体为橙色。
Date&Time	材料的创建或修改时间。

列表中还提供编辑、删除图标，用于直接打开或移除对应材料。内置材料例如：

• 导体：Ag(Silver)、Al(Aluminium)、Au(Gold)、Cu(Copper) 等；
• 绝缘体：Air、Al2O3、Si3N4、SiO2、TiO2 等；
• 半导体：Si、Ge、GaAs、GaN、InP 等 III–V 族与 IV 族材料。

材料列表下方提供以下按钮：

Name	Description
Add Material	添加新的电学材料。点击后选择 Add conductor、Add insulator 或 Add semiconductor，分别创建导体、绝缘体或半导体。新材料会出现在对应类型分区中，默认名称为 Untitled Material。
Delete	删除当前选中的材料。
Copy	复制当前选中的材料，用于在已有材料基础上修改参数。
Load Material Library	加载外部电学材料库。

完成编辑后，点击窗口右下角 OK 保存并关闭材料库。

材料属性 #

在左侧列表中选中某一材料后，右侧 Material Properties 显示该材料的参数。属性面板顶部会标明当前类型（如 Semiconductor）。

通用设置 #

General 分组用于设置相对介电常数，三类材料均包含该项：

Name	Default	Description
Relative Dielectric Permittivity	1	相对介电常数。

导体和绝缘体主要在此项中完成材料参数设置。半导体在此基础上还需配置 Semiconductor Properties。

导体材料 #

导体材料（conductor）用于描述金属等导电材料，如 Ag、Al、Au、Cu。参数主要在 General 中设置相对介电常数。

在结构中，若组件勾选 Is Electrical Contact 并设置电压，该组件将作为电极使用。电极相关设置见 FDCharge 求解器。

绝缘体材料 #

绝缘体材料（insulator）用于描述介质与绝缘层，如 Air、SiO2、Si3N4。绝缘体不包含 Semiconductor Properties。

半导体材料 #

半导体材料（semiconductor）用于描述有源区材料，如 Si、Ge、GaAs。除 General 中的相对介电常数外，还需在 Semiconductor Properties 中设置载流子与能带参数。该分组包含 Electronic Properties 和 Recombination 两个标签页。

电子特性 #

Electronic Properties 标签页用于设置能带与输运参数。部分参数旁提供 f(T) 复选框，勾选后该参数按温度函数取值。

Name	Units	Description
Electron Affinity	eV	电子亲和势。
Effective Mass		有效质量。electrons：电子有效质量（$m^*/m_0$）；holes：空穴有效质量（$m^*/m_0$）。二者均可勾选 f(T)。
Band Gap		禁带宽度。Eg：带隙（eV），可勾选 f(T)；ni：本征载流子浓度（$1/\mathrm{cm}^3$）。
Mobility		迁移率。electrons：电子迁移率；holes：空穴迁移率。单位为 $\mathrm{cm}^2/(\mathrm{V}\cdot\mathrm{s})$，二者均可勾选 f(T)。

复合 #

Recombination 标签页用于设置电子–空穴复合模型。勾选对应选项后，可编辑该模型的参数；部分参数旁提供 f(T) 复选框，勾选后该参数按温度函数取值。

Name	Units	Description
Enable Shockley-Read-Hall		启用 Shockley-Read-Hall（SRH）复合模型。启用后在 Lifetime 中设置载流子寿命：electrons：电子寿命（s）；holes：空穴寿命（s）。二者均可勾选 f(T)。
Enable Radiative		启用辐射复合。启用后设置 radiative recombination rate：辐射复合系数（$\mathrm{cm}^3/\mathrm{s}$），可勾选 f(T)。
Enable Auger		启用俄歇复合。启用后分别设置俄歇系数：electrons：电子俄歇系数（$\mathrm{cm}^6/\mathrm{s}$）；holes：空穴俄歇系数（$\mathrm{cm}^6/\mathrm{s}$）。二者均可勾选 f(T)。

材料赋予结构 #

在 FDCharge 仿真中，右键结构进入编辑属性页面，切换到 Material 页，从电学材料库中选择目标材料，完成材料对结构的赋予。背景材料同样从电学材料库中选取。