[發(fā)明專利]一種用于快速離化器件的數(shù)值仿真方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110316014.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN113076669A
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁琳;黃鑫遠(yuǎn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/23
• 分類號(hào): G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 武漢華之喻知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42267
• 代理人: 鄧彥彥;廖盈春

1.一種用于快速離化器件的數(shù)值仿真方法，其特征在于，包括如下步驟：

確定快速離化器件的待仿真區(qū)域及其尺寸，利用相互垂直的線段將待仿真區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)格，根據(jù)各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)應(yīng)的快速離化器件的摻雜情況賦予各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的摻雜濃度值；

選用漂移擴(kuò)散模型及對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)，以及相關(guān)的電子和空穴遷移率模型、復(fù)合率模型以及產(chǎn)生率模型求解快速離化器件動(dòng)態(tài)觸發(fā)過程中的器件特性；

基于所述各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的摻雜濃度值，利用有限差分法將所述漂移擴(kuò)散模型中的微分方程離散化，得到離散化處理后的漂移擴(kuò)散模型；

基于離散化處理后的漂移擴(kuò)散模型采用牛頓迭代法同時(shí)求解各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的器件特性參數(shù)，以完成對(duì)快速離化器件動(dòng)態(tài)觸發(fā)過程中不同時(shí)刻的器件特性進(jìn)行數(shù)值仿真。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述快速離化器件的漂移擴(kuò)散模型為：

其中，式(1)與式(2)分別為電子和空穴的電流密度方程，式(3)與式(4)分別為電子和空穴的電流連續(xù)性方程，式(5)為泊松方程；n為快速離化器件內(nèi)部的電子密度，p為快速離化器件內(nèi)部的空穴密度，為快速離化器件內(nèi)部的電勢(shì)，J_n為快速離化器件內(nèi)部的電子電流密度，J_p為快速離化器件內(nèi)部的空穴電流密度，D_n為快速離化器件內(nèi)部的電子擴(kuò)散系數(shù)，D_p為快速離化器件內(nèi)部的空穴擴(kuò)散系數(shù)，為電子密度隨時(shí)間的變化率，為空穴密度隨時(shí)間的變化率，為電子電流密度的散度，為空穴電流密度的散度，μ_n為快速離化器件內(nèi)部的電子遷移率，μ_p為快速離化器件內(nèi)部的空穴遷移率，G_n為快速離化器件內(nèi)部的電子產(chǎn)生率，G_p為快速離化器件內(nèi)部的空穴產(chǎn)生率，U_n為快速離化器件內(nèi)部的電子復(fù)合率，U_p為快速離化器件內(nèi)部的空穴復(fù)合率，E_l為快速離化器件內(nèi)部的電場(chǎng)矢量，t為時(shí)間變量，q為單位電荷常數(shù)，ε為半導(dǎo)體介電常數(shù)，N₀為快速離化器件的有效摻雜濃度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述利用有限差分法將漂移擴(kuò)散模型中的微分方程離散化，具體為：

確定快速離化器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)；所述結(jié)構(gòu)參數(shù)包括：快速離化器件各個(gè)區(qū)域的長(zhǎng)度、寬度以及摻雜濃度；

將所述快速離化器件按照其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，結(jié)合每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)與所述快速離化器件各個(gè)區(qū)域的位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，確定每個(gè)離散的網(wǎng)格點(diǎn)的摻雜濃度值；將漂移擴(kuò)散模型中的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，得到基于離散化處理后的漂移擴(kuò)散模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述基于離散化處理后的漂移擴(kuò)散模型采用牛頓迭代法同時(shí)求解各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的器件特性參數(shù)，具體為：

S1，通過非耦合法求出快速離化器件初始零電壓偏置狀態(tài)下，所述各個(gè)離散的網(wǎng)格點(diǎn)上變量n，p和的初始值；

S2，通過線性外推法計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)上的快速離化器件兩端電壓的推算值，利用牛頓迭代法，對(duì)離散化處理后的漂移擴(kuò)散模型進(jìn)行迭代，計(jì)算出當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上變量n，p和的值，進(jìn)而求出流過快速離化器件的電流；

S3，根據(jù)快速離化器件的電路方程求解出快速離化器件電流，對(duì)比在步驟S2中求解出的快速離化器件電流，如果二者誤差小于預(yù)設(shè)閾值，則求解出當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)上快速離化器件內(nèi)部各個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上變量n，p和的值，進(jìn)而可求得當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)的快速離化器件的電壓和電流值，進(jìn)行下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的迭代，否則改變步驟S2中的電壓推算值，返回步驟S2繼續(xù)計(jì)算；

S4，對(duì)比此時(shí)刻的迭代時(shí)間與設(shè)置的迭代時(shí)間，如果達(dá)到設(shè)定的迭代時(shí)間，則停止迭代過程，否則繼續(xù)步驟S2的計(jì)算。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)值仿真方法，其特征在于，所述快速離化器件的電路方程為：U＝U_FID+R·I_FID；

其中，U為電壓源電壓，U_FID為快速離化器件兩端的電壓，I_FID為流過快速離化器件的電流，R為負(fù)載電阻。