[發(fā)明專利]一種電壓域振蕩量子器件伏安特性的建模方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810240525.0
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108717471B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海鵬;白建玲;林彌;張忠海;王晶;呂偉鋒;王曉媛;張強
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 朱月芬

本發(fā)明涉及一種電壓域振蕩量子器件伏安特性的建模方法。根據(jù)電壓域振蕩量子器件的電流疏運機理，對同類器件結(jié)構(gòu)伏安特性的仿真測試曲線進(jìn)行類比分析,進(jìn)行曲線分解；對分解后的曲線分量建立數(shù)學(xué)模型。將分量數(shù)學(xué)模型進(jìn)行疊加，得到初始完整伏安特性曲線模型，采用仿真擬合模型參數(shù)；將模型結(jié)果曲線與數(shù)值仿真測試曲線對比分析，根據(jù)存在誤差的規(guī)律性優(yōu)化擬合參數(shù)；采用誤差消減方法得到精確的伏安特性模型結(jié)果。本發(fā)明解決了電壓域振蕩量子器件伏安特性難以直接解析求解及仿真測試曲線難以直接解析表述的問題。所得電壓域振蕩量子器件伏安特性精確模型為電壓域電流振蕩量子阱器件的伏安特性、器件結(jié)構(gòu)與制造工藝設(shè)計奠定解析理論基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電壓域振蕩量子器件伏安特性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電壓域振蕩量子器件伏安特性的建模方法。

背景技術(shù)

電壓域振蕩量子器件的電流疏運遵循波粒二象性規(guī)律，其伏安特性通常由復(fù)雜的薛定諤方程與麥克斯韋方程組，及復(fù)雜的邊界條件和初始條件方程組描述，對于器件結(jié)構(gòu)中存在初始極化電場和初始磁場的器件，初始條件方程組更加復(fù)雜。眾所周知，僅僅復(fù)雜的麥克斯韋方程組就已經(jīng)難以直接解析求解，故此，電壓域振蕩量子器件伏安特性就更加難以直接求解。對于電壓域振蕩量子器件伏安特性的求解，常規(guī)上利用半導(dǎo)體量子器件仿真軟件平臺、采用有限元數(shù)值迭代仿真方法進(jìn)行數(shù)值求解。這種求解方法要求研發(fā)人員具備堅實的量子器件物理理論基礎(chǔ)的同時，必須能夠熟練使用半導(dǎo)體量子器件仿真軟件平臺編輯和調(diào)整器件結(jié)構(gòu)、設(shè)置和優(yōu)化網(wǎng)格、選擇有限元數(shù)值仿真模型與方法、定義仿真輸入與輸出參數(shù)、設(shè)置仿真過程、輸出與分析處理仿真結(jié)果。其中的編輯和調(diào)整器件結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)需要對器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)估，目前缺乏直接解析求解的預(yù)估手段，大多憑研發(fā)人員的理論功底和經(jīng)驗結(jié)合半主觀半客觀構(gòu)思，與優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)目標(biāo)之間存在較大偶然性偏差，容易導(dǎo)致后續(xù)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)和優(yōu)化過程冗長費時，且其伏安特性仿真結(jié)果曲線難以直接解析描述，不便于直接用于電路設(shè)計與分析。而一方面，商用半導(dǎo)體器件仿真軟件平臺的許可代價比較昂貴；另一方面，科研用免費開源半導(dǎo)體器件仿真軟件罕有，且有些開源軟件本身發(fā)展還不夠成熟、功能也不是很完善。所以，提供一種既能夠降低電壓域振蕩量子器件預(yù)設(shè)計偶然性偏差，又能夠?qū)ζ浞蔡匦苑抡娼Y(jié)果曲線予以直接解析描述的科學(xué)手段迫在眉睫。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是針對上述電壓域振蕩量子器件研發(fā)過程中遇到的問題，提供一種電壓域振蕩量子器件伏安特性的建模方法，從而達(dá)到既能夠降低電壓域振蕩量子器件預(yù)設(shè)計結(jié)構(gòu)與優(yōu)化結(jié)構(gòu)之間的偶然性偏差，又能夠?qū)ζ浞蔡匦苑抡娼Y(jié)果曲線予以直接解析描述的目的。

本發(fā)明包括如下步驟：

步驟一、根據(jù)電壓域振蕩量子器件的電流輸運機理，對同類器件結(jié)構(gòu)伏安特性的仿真測試曲線進(jìn)行類比分析，結(jié)合電流輸運機理與伏安特性曲線特征進(jìn)行曲線分解。

步驟二、對分解后的曲線分量分別建立數(shù)學(xué)模型,采用Matlab擬合模型參數(shù)；根據(jù)步驟一中伏安特性分析，對平衡電流分量建立數(shù)學(xué)模型；根據(jù)步驟一中伏安特性曲線分解，對振蕩電流分量建立數(shù)學(xué)模型；

步驟三、將步驟二中對平衡電流分量建立的數(shù)學(xué)模型與對振蕩電流分量建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行疊加，得到電壓域振蕩量子器件伏安特性的初始完整模型，并采用Matlab仿真逐步調(diào)整擬合模型參數(shù)；

步驟四、將步驟三所得初始完整模型與步驟一所得伏安特性曲線仿真測試結(jié)果對比分析，根據(jù)存在誤差的規(guī)律性進(jìn)一步優(yōu)化擬合參數(shù)；

得到優(yōu)化后的總電流模型結(jié)果曲線及峰值包絡(luò)和谷值包絡(luò)曲線模型結(jié)果與仿真測試結(jié)果曲線的對照圖。

步驟五、根據(jù)對步驟四中總電流模型結(jié)果曲線、步驟三所得初始完整模型與步驟一所得伏安特性曲線仿真測試結(jié)果，采用誤差消減方法進(jìn)行模型參數(shù)修正，使得模型結(jié)果與仿真測試結(jié)果相吻合，從而得到精確的電壓域振蕩量子器件伏安特性模型結(jié)果。