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A POSITIVITY-PRESERVING FINITE ELEMENT METHOD FOR QUANTUM DRIFT-DIFFUSION MODEL

Journal of Computational Mathematics 2023年第5期41卷 909-932页

作者： Pengcong Mu Weiying Zheng School of Mathematical Science University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China LSEC NCMISInstitute of Computational Mathematics and Scientific ComputingAcademy of Mathematics and Systems ScienceChinese Academy of SciencesBeijing 100190China

In this paper,we propose a positivity-preserving finite element method for solving the three-dimensional quantum drift-diffusion *** model consists of five nonlinear elliptic equations,and two of them describe quantum corrections for quasi-Fermi *** propose an interpolated-exponential finite element(IEFE)method for solving the two quantum-correction *** IEFE method always yields positive carrier densities and preserves the positivity of second-order differential operators in the Newton linearization of quantum-correction ***,we solve the two continuity equations with the edge-averaged finite element(EAFE)method to reduce numerical oscillations of quasi-Fermi *** Poisson equation of electrical potential is solved with standard Lagrangian finite *** prove the existence of solution to the nonlinear discrete problem by using a fixed-point iteration and solving the minimum problem of a new discrete functional.A Newton method is proposed to solve the nonlinear discrete *** experiments for a three-dimensional nano-scale finfet device show that the Newton method is robust for source-to-gate bias voltages up to 9V and source-to-drain bias voltages up to 10V.

关键词： Quantum drift-diffusion model Positivity-preserving finite element method Newton method finfet device High bias voltage

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