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이 5분 튜토리얼은 COMPASS의 핵심 워크플로우를 안내합니다: 픽셀 정의, 지오메트리(Geometry) 구축, 시각화, 솔버(Solver) 설정.
1. 설정 생성
COMPASS는 Pydantic으로 검증된 설정 객체를 사용합니다. Python 딕셔너리에서 생성하거나 YAML에서 로드할 수 있습니다.
python
from compass.core.config_schema import CompassConfig
config = CompassConfig(**{
"pixel": {
"pitch": 1.0,
"unit_cell": [2, 2],
"layers": {
"air": {"thickness": 1.0, "material": "air"},
"microlens": {
"enabled": True,
"height": 0.6,
"radius_x": 0.48,
"radius_y": 0.48,
"material": "polymer_n1p56",
"profile": {"type": "superellipse", "n": 2.5, "alpha": 1.0},
},
"planarization": {"thickness": 0.3, "material": "sio2"},
"color_filter": {
"pattern": "bayer_rggb",
"red": {"material": "cf_red", "thickness": 0.62, "contact_angle": 66.0},
"green": {"material": "cf_green", "thickness": 0.60, "contact_angle": 72.0},
"blue": {"material": "cf_blue", "thickness": 0.65, "contact_angle": 62.0},
"grid": {"enabled": True, "width": 0.05, "thickness": 0.47, "material": "tungsten"},
},
"silicon": {
"thickness": 3.0,
"material": "silicon",
"dti": {"enabled": True, "width": 0.1, "depth": 3.0},
},
},
"bayer_map": [["R", "G"], ["G", "B"]],
},
"solver": {"name": "torcwa", "type": "rcwa"},
"source": {
"type": "planewave",
"wavelength": {"mode": "single", "value": 0.55},
"polarization": "unpolarized",
},
})
print(f"Pixel pitch: {config.pixel.pitch} um")
print(f"Unit cell: {config.pixel.unit_cell}")
print(f"Solver: {config.solver.name}")레이어 파라미터를 조정하여 인터랙티브하게 픽셀 스택을 구성해 보십시오:
인터랙티브 픽셀 스택 빌더
BSI 픽셀 단면의 각 층 두께를 조정하세요. 패턴 레이어는 z envelope와 실제 마이크로렌즈, 컬러 필터, grid, DTI 재료 영역을 분리해서 표시합니다.
전체 스택 높이:4.58 um
아래 슬라이더를 사용하여 다양한 파장 값을 실험해 보십시오:
2. 재료 데이터베이스(Material Database) 초기화
MaterialDB는 내장 재료를 자동으로 로드하며 사용자 정의 CSV 파일을 지원합니다.
python
from compass.materials.database import MaterialDB
mat_db = MaterialDB()
# Query silicon at 550 nm
n, k = mat_db.get_nk("silicon", 0.55)
print(f"Silicon at 550nm: n={n:.3f}, k={k:.4f}")
# List all available materials
print(mat_db.list_materials())
# ['air', 'cf_blue', 'cf_green', 'cf_red', 'hfo2', 'polymer_n1p56',
# 'si3n4', 'silicon', 'sio2', 'tio2', 'tungsten']3. 픽셀 스택(Pixel Stack) 구축
GeometryBuilder는 설정을 솔버 비의존적인 PixelStack으로 변환합니다.
python
from compass.geometry.builder import GeometryBuilder
builder = GeometryBuilder(config.pixel, mat_db)
pixel_stack = builder.build()
print(f"Stack z-range: [{pixel_stack.z_min:.3f}, {pixel_stack.z_max:.3f}] um")
print(f"Total thickness: {pixel_stack.total_thickness:.3f} um")
print(f"Domain size: {pixel_stack.domain_size} um")
# Inspect layers
for layer in pixel_stack.layers:
print(f" {layer.name}: z=[{layer.z_start:.3f}, {layer.z_end:.3f}], "
f"material={layer.base_material}")4. 레이어 슬라이스(Layer Slice) 생성
RCWA 솔버는 LayerSlice 객체, 즉 각 z 높이에서의 2D 유전율(Permittivity) 그리드를 사용합니다.
python
slices = pixel_stack.get_layer_slices(wavelength=0.55, nx=128, ny=128)
for s in slices:
print(f" {s.name}: z=[{s.z_start:.3f}, {s.z_end:.3f}], "
f"eps shape={s.eps_grid.shape}")5. 구조 시각화
수직 단면(Cross-section)을 플롯하여 픽셀 지오메트리를 확인합니다.
python
from compass.visualization.structure_plot_2d import plot_pixel_cross_section
ax = plot_pixel_cross_section(
pixel_stack,
plane="xz",
position=0.5, # y = 0.5 um (center of first row)
wavelength=0.55,
)이 함수는 실리콘(하단)에서 공기(상단)까지의 모든 레이어를 색상으로 구분하고 레이어 주석이 포함된 matplotlib 그림을 생성합니다.
특정 z 높이에서의 XY 슬라이스:
python
ax = plot_pixel_cross_section(
pixel_stack,
plane="xy",
position=4.5, # z position in the color filter region
wavelength=0.55,
)6. 솔버 설정
솔버 인스턴스를 생성하고 시뮬레이션(Simulation)을 실행합니다(솔버 패키지 설치 필요):
python
from compass.solvers.base import SolverFactory
solver = SolverFactory.create("torcwa", config.solver)
solver.setup_geometry(pixel_stack)
solver.setup_source({
"wavelength": 0.55,
"theta": 0.0,
"phi": 0.0,
"polarization": "unpolarized",
})
result = solver.run()
print(f"R = {result.reflection}")
print(f"T = {result.transmission}")
print(f"A = {result.absorption}")다음 단계
- 첫 번째 시뮬레이션 -- 파장 스위프(Wavelength Sweep) 및 QE 플롯을 포함한 전체 워크스루
- 픽셀 스택 설정 -- 상세 YAML 설정 참조
- 솔버 선택 -- 어떤 솔버를 언제 사용할 것인지