[發明專利]電磁脈沖納米半導體器件的電場分析方法

有效

• 申請號: 201710867706.1
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN109543205B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 何云峰;丁大志;姚猛;籍宇豪;陳如山
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 薛云燕

本發明公開了一種電磁脈沖納米半導體器件的電場分析方法。該方法步驟如下：第一步，建立MOSFET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，從載流子電流連續性方程、泊松方程和載流子量子修正方程出發，先用后向歐拉進行時間差分，然后對等式采用不連續伽遼金法測試，強加電場邊界條件，求解得到各節點的電場及電流分布。本發明在相同計算量的前提下，可以更加清楚的得到在電磁脈沖和電壓的作用下，器件內部電場隨時間變化的分布情況，在獲得相同收斂精度時，可以減少計算量，此外具有建模靈活、剖分方便的優點，形成的矩陣具有良好的稀疏性，求解效率較高。

技術領域

本發明屬于電場分析技術領域，特別是一種電磁脈沖納米半導體器件的電場分析方法。

背景技術

電磁脈沖是一種瞬變電磁現象。高功率電磁脈沖注入到集成電路后，會導致電路的電擊穿，甚至使設備完全損壞。集成電路和電子設備主要由半導體器件組成，電路的集成程度不斷提高，對強電磁脈沖特別是高功率電磁脈沖越來越敏感，電路中的有源元件特別是MOSFET容易吸收輻射的電磁能量，容易受到電應力的影響，從而失效，甚至損毀。為了采取有效措施對電子設備或者電子系統免受高功率電磁脈沖的危害，用軟件仿真預測半導體器件特別是應用廣泛的場效應管就有重要的理論意義和實用價值。

對MOSFET物理模型的數值仿真能夠準確仿真MOSFET內部的電場分布，為電磁防護提供有效指導。針對MOSFET的仿真以模型劃分，主要有經典模型、半經典模型和量子模型(何野，魏同立.半導體器件的計算機模擬方法[M].北京：科學出版社，1989.12)。經典模型就是求解漂移擴散方程組，而量子模型則可以采用基于經典模型進行量子修正的密度梯度方程組。考慮到電磁脈沖中電參數為時變函數的特點，采用時域方法更為合適，一般FDTD、FEM更常用，然而由于FDTD的Yee網格特性在模擬結構復雜的模型時容易受到限制，FEM應用到時域時每個時間步都涉及到對線性方程組的求解，計算量非常龐大，很浪費時間。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電磁脈沖作用下納米半導體器件的電場高效分析方法，從而快速得到器件內部電場分布。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種電磁脈沖納米半導體器件的電場分析方法，步驟如下：

第一步，建立MOSFET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，從載流子電流連續性方程、泊松方程和載流子量子修正方程出發，先用后向歐拉進行時間差分，然后對等式采用不連續伽遼金法測試，強加電場邊界條件，求解得到各節點的電場及電流分布。

進一步地，第一步中，用ANSYS對MOSFET的求解模型進行非共形網格剖分。

進一步地，第二步所述從載流子電流連續性方程、泊松方程和載流子量子修正方程出發，先用后向歐拉進行時間差分，然后對等式采用不連續伽遼金法測試，強加電場邊界條件，求解得到各節點的電場及電流分布，具體如下：

以載流子濃度、電勢和載流子費米勢為變量，以歸一化因子將載流子電流連續性方程，泊松方程和載流子量子修正方程歸一化，歸一化后的方程如下：

泊松方程：

上式(1)中Γ為凈摻雜濃度，為電勢，n為電子濃度，p為空穴濃度，ε₁，ε₂為介電常數，表示為：

電子電流密度方程：

上式(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：