[發明專利]基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法

在審

• 申請號: 202010143842.8
• 申請日: 2020-03-04
• 公開（公告）號: CN111382508A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發明（設計）人: 王一川;梁小龍;黑新宏;朱磊;姬文江;杜延寧;宋昕
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/12
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 曾慶喜

本發明公開了一種基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法，具體為：根據三種基本器件的結構與原理，建立與對應器件的特性數學模型；使用NumPy將模型整合成完整的計算方案，并利用Python語言進行抽象化處理；利用Python的PyQt5實現仿真平臺的圖形界面；選擇所需仿真器件；確定選擇的仿真器件的摻雜以及相關物理參數；將摻雜以及相關物理參數輸入的經過處理的計算方案中，實現對中間結果的快速計算，并在圖形界面上實現數據可視化工作模型并進行仿真的可視化輸出。本發明的基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法，設計的平臺能根據器件的參數，對器件特性仿真。

技術領域

本發明屬于半導體器件物理仿真技術領域，涉及一種基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法。

背景技術

半導體器件物理模擬是從器件內部載流子的狀態及運動出發，依據器件的幾何結構及雜質分布，建立嚴格的物理模型及數學模型，運算得到器件的性能參數，這種方法能深刻理解器件內部的工作原理、能定量分析器件性能參數與設計參數之間的關系。

2018年4月，教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，在計劃中明確指出在傳統教育的基礎上將信息技術和智能技術深度融入教育全過程，推動改進教學，將知識資源數字化、平面資源立體化。教育技術不能僅停留在學習環境，而要嵌入學習系統中去。

半導體技術和半導體產業的迅猛發展，需要大量技術技能型專門人才。市場對于人才的需求對于高校應用型技術人才的培養具有引導作用。隨著電子、微電子、集成電路行業的快速發展，對從業人員的知識素養，技術水平也有了更高的要求。大學在對電子系學生教學過程中，《半導體物理與器件》是一門有著重要意義的專業基礎課，但是該課程具有系統性，理論性強，概念抽象、物理公式多等特點，學生在學習理解的過程中會有一定困難。它的教學質量會對學生之后的專業課程學習產生直接的影響。

現代技術代碼工具與傳統課堂教學內容搭配，可以開發更加便捷，功能上對于《半導體物理與器件》教學更有針對性的半導體器件仿真平臺，將理論授課和仿真、演示結合起來，真正實現計算機輔助教學，避免了只有課件的多媒體教學容易出現的把黑板搬到屏幕上的缺陷，使抽象的理論知識形象化，有利于學生對知識點的理解消化。

一些大型工業仿真軟件雖然功能完善，但是不夠靈活，并且大部分都需要支付高昂的費用才可使用，無法適應于課堂教學與學生的課后學習的特點。近年來，國內外一些高校利用計算軟件搭建起不同專業課程實驗仿真教學平臺，進行仿真課程實驗，在專業課程教學中收到了良好的教學效果，但在《半導體物理與器件》課程上的應用還相對較少。通過調研發現，已有國內高校開發的《半導體物理與器件》平臺仿真特性還不夠系統，功能也不夠完善，界面交互也相對簡陋。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法，設計的平臺能根據器件的參數，對器件特性仿真，之后利用Python中強大的Matplotlib繪圖庫實現仿真的動態可視化輸出。

本發明所采用的技術方案是，基于數據模型的半導體器件物理可視化仿真平臺設計方法，具體按照如下步驟實施：

步驟1，根據PN結、MOSFET、BJT三種基本器件的結構與原理，建立與對應器件的特性數學模型；

步驟2，使用NumPy將步驟1建立的模型整合成完整的計算方案，并利用Python語言進行抽象化處理；

步驟3，將步驟2利用Python語言進行抽象化處理后的計算方案利用Python的PyQt5實現仿真平臺的圖形界面；

步驟4，選擇所需仿真器件；

步驟5，確定步驟4選擇的仿真器件的摻雜以及相關物理參數；