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17.10.2016 | Ausgabe 4/2016

Journal of Computational Electronics 4/2016

Basis adaptation for the stochastic nonlinear Poisson–Boltzmann equation

Zeitschrift:
Journal of Computational Electronics > Ausgabe 4/2016
Autoren:
Amirreza Khodadadian, Clemens Heitzinger

Abstract

A basis-adaptation method based on polynomial chaos expansion is used for the stochastic nonlinear Poisson–Boltzmann equation. The uncertainty in this numerical approach is motivated by the quantification of noise and fluctuations in nanoscale field-effect sensors. The method used here takes advantage of the properties of the nonlinear Poisson–Boltzmann equation and shows an exact and efficient approximation of the real solution. Numerical examples are motivated by the quantification of noise and fluctuations in nanowire field-effect sensors as a concrete example. Basis adaptation is validated by comparison with the full solution, and it is compared to optimized multi-level Monte-Carlo method, and the model equations are validated by comparison with experiments. Finally, various design parameters of the field-effect sensors are investigated in order to maximize the signal-to-noise ratio.

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