[發(fā)明專利]一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110513603.1
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN113312756B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱映彬;廖美焱;姚若河;耿魁偉
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

1.一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、給定兩個電子電流密度初始值以及一個離子電流密度初始值；

步驟二、將電子電流密度初始值以及一個離子電流密度初始值代入泊松方程，并采用有限差分法進(jìn)行數(shù)值迭代求解，獲取對應(yīng)的陰極邊界電場值；

步驟三、基于所要求的陰極邊界條件，以及獲得的兩個陰極邊界電場值及對應(yīng)的電子電流密度值，預(yù)測電子電流密度值；

步驟四、基于預(yù)測的電子電流密度值，執(zhí)行步驟二，得到新的陰極邊界電場值，判斷新的陰極邊界電場值是否滿足所要求的陰極邊界條件，若不滿足，則采用最新的兩個陰極邊界電場值，執(zhí)行步驟三到步驟四；若滿足，則計算此時的陽極邊界電場值；

步驟五、給定新的離子電流密度值，執(zhí)行步驟一到步驟四，得到新的陽極邊界電場值；

步驟六、基于所要求的陽極邊界條件、兩個陽極邊界電場值及對應(yīng)的離子電流密度值，得到預(yù)測的離子電流密度值，預(yù)測的離子電流密度值將使得陽極邊界電場滿足所給定的要求；

步驟七、基于預(yù)測的離子電流密度值，重復(fù)步驟一到步驟四，得到預(yù)測的陽極邊界電場值，判斷預(yù)測的陽極邊界電場值是否滿足所要求的陽極邊界條件，若不滿足，則利用最新計算得到的兩個陽極邊界值，執(zhí)行步驟六，然后執(zhí)行步驟七；

步驟八、輸出最終的電子和離子電流密度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法，其特征在于，所述的步驟二，若給定二極管的陰極電勢為零，陽極電勢為V₀，陰極注入電子電流密度為J_e(x)，陽極注入離子電流密度為J_i(x)，空間任意一點(diǎn)的電勢為φ(x，y)，則二維下的泊松方程表示為：

式中，q(x)＝J_i(x)/J_e(x)(m_i/Zm_e)^1/2；φ(x，y)表示空間(x，y)處的電勢，q(x)表示離子電流密度與電子電流密度的相對比值；ε₀、m_i、Z、m_e、x、y分別表示真空介電常數(shù)、離子質(zhì)量、離子電荷數(shù)、電子質(zhì)量、x軸坐標(biāo)和y軸坐標(biāo)；

采用二階有限差分法將泊松方程離散化，得到如下迭代公式：

式中，n和n+1分別表示第n次迭代和n+1次迭代的值，h、J_e,i和q_i分別表示空間網(wǎng)格(i，j)處的電勢值、網(wǎng)格精度、橫坐標(biāo)第i個網(wǎng)格處的電子電流密度和橫坐標(biāo)第i個網(wǎng)格處的q值，通過上述迭代公式求解泊松方程，得到空間電勢分布。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法，其特征在于，所述陰極邊界電場利用擬合函數(shù)獲取：

f(y)＝A+By^1/3+Cy^2/3

式中，A、B和C均為未知的系數(shù)，f(0)＝A為陰極的邊界電場值，因此需要三個離陰極最近的電場值來確定陰極邊界電場值，其中電場值定義為兩個網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)中間的電場值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法，其特征在于，若所要求的陰極邊界條件為E_bc，根據(jù)獲得的兩個陰極邊界電場值及對應(yīng)的電子電流密度值，預(yù)測電子電流密度值，迭代公式為：

j_n+1＝0.1j^*+0.9j_n

式中，n和n+1分別表示第n次迭代和n+1次迭代的值,E_c為陰極邊界電場值，j_n為空間某一點(diǎn)的電子電流密度值，j^*是根據(jù)最新得到的陰極邊界電場值和電子電流密度值所預(yù)測的電子電流密度值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種同步確定二極管邊界電場與電流密度的方法，其特征在于，步驟四中，若電子為非均勻注入，則判斷新的陰極邊界電場值是否滿足所要求的陰極邊界條件E_bc，要求所有的陰極邊界網(wǎng)格點(diǎn)的電場值都滿足陰極邊界條件E_bc條件。