COMSOL模拟量子隧穿：WKB模型与边界条件解析

"本文主要介绍了如何使用COMSOL软件中的半导体模块来模拟量子力学中的隧穿现象，特别是通过WKB隧穿模型以及异质结和肖特基边界条件的应用。" 在量子力学的世界里，隧穿效应是一个重要的概念，它违反了经典力学中的能量守恒定律，使得粒子在能量不足以越过势垒的情况下仍然有可能穿越。COMSOL®软件的“半导体模块”提供了工具，使科学家和工程师能够模拟和理解这种现象。 Wentzel-Kramers-Brillouin（WKB）近似是描述量子隧穿的一个常用方法。根据这一理论，隧穿电流会受到一个与热离子电流相关的修正因子影响。在COMSOL中，用户可以通过设定WKB隧穿模型来考虑这个效应。在设置过程中，需要添加隧穿产生的额外电流密度，这可以通过选择热电子发射或理想肖特基边界条件来实现。界面中会显示新建的额外电流贡献栏，允许用户为电子和空穴分别指定这些值。 在模拟过程中，模型开发器是关键工具。这里，用户可以为电子和空穴设置不同的特征，以反映它们在异质结或肖特基接触边界条件下的行为。边界选择决定了哪些区域会受到额外电流密度的影响，而域选择则确定了势垒的位置。在二维和三维模型中，有效质量和电场线方向的坐标变量是必要的输入，以便准确地描述隧穿过程。 为了更好地理解和应用这些概念，COMSOL提供了“异质结隧穿”教学模型，用户可以下载并研究该模型，以深化对WKB近似和隧穿模拟的理解。这个模型展示了在简单矩形几何或更复杂的曲线坐标数学接口下的设置和操作，有助于用户掌握在实际问题中应用COMSOL进行量子力学模拟的技巧。 COMSOL软件提供了一个强大的平台，使得研究人员能够直观地模拟量子隧穿现象，这对于光电显示和其他技术应用领域的研究和设计至关重要。通过深入理解WKB近似和COMSOL中的相关模型设置，工程师和科学家能够更准确地预测和控制微观世界中的物理行为。