[發明專利]高功率電磁脈沖作用下MOSFET電熱一體化分析方法

有效

• 申請號: 201410710215.2
• 申請日: 2014-11-28
• 公開（公告）號: CN105699871B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 丁大志;陳如山;樊振宏;曹軍;包華廣;盛亦軍
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

1.一種高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法，其特征在于步驟如下：

第一步，建立MESFET的求解模型，并采用曲六面體對模型進行剖分，得到模型的結構信息，包括六面體的單元信息及節點信息；

第二步，從電流密度方程、電流連續性方程和泊松方程出發，先用后向歐拉進行時間差分，然后對其采用伽遼金法測試，強加邊界條件，求解得到各節點的電場及電流分布；

第三步，由電場及電流分布得出各節點功率密度；

第四步，建立MESFET的熱傳導方程，將功率密度作為熱源項代入該方程中，求解得到各節點溫度分布；

第五步，由上步得到的溫度更新漂移-擴散方程中載流子遷移率、產生復合項，再次計算各節點的電場分布及電流分布；重復步驟二、三、四、五步，如此反復循環，直到漂移-擴散方程達到收斂條件，此時的電場、電流分布和溫度分布就是當前時刻的電熱分布結果；

第二步中，以電子準費米勢φ_n、空穴準費米勢φ_p和電勢為變量，柵極為肖特基接觸邊界條件；

電子準費米勢φ_n和空穴準費米勢φ_p的數值在0～10³范圍內，

模型方程歸一化后如下：

泊松方程：

電子電流密度方程：

上式(1.2)中，J_n為電子電流密度，μ_n為電子遷移率；

空穴電流密度方程：

上式(1.3)中，J_p為電子電流密度，μ_p為電子遷移率；

電子電流連續性方程：

空穴電流連續性方程：

式(1.4)和式(1.5)中，G為雪崩產生項，R為載流子復合率；

用后向歐拉方法對式(1.4)和(1.5)進行時間差分，得到：

式(1.6)和(1.7)中，n^m,p^m為當前時刻的電子和空穴的濃度值，n^m-1,p^m-1為前一時刻的電子和空穴的濃度值，為當前時刻的電勢，Δt為離散時間步長；

將和代入上式(1.6)和(1.7)中，分別對電子電流連續性方程(式1.6)、空穴電流連續性方程(式1.7)和泊松方程(式1.1)進行伽遼金測試變換，得到如下形式：

上式(1.8)和式(1.9)中，系數A只在肖特基邊界面上才為1，其他面為0；

將式(1.8)、式(1.9)和式(1.10)通過式(1.11)的形式進行泰勒展開去非線性和耦合處理：

經過以上推導，得到的方程的形式：

求解式(1.12)得到當前時刻的電子、空穴準費米勢和電勢。

2.根據權利要求1所述的高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法，其特征在于：第一步中，MESFET的模型為物理模型，用ANSYS對模型進行剖分。

3.根據權利要求1所述的高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法，其特征在于：第三步中，由第二步的電子、空穴準費米勢和電勢得到MESFET內部每一點的電場強度和電流密度功率密度