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高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法與流程

文檔序號:11830667閱讀:來源:國知局

技術(shù)特征:

1.一種高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法,其特征在于步驟如下:

第一步,建立MESFET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(jié)構(gòu)信息,包括六面體的單元信息及節(jié)點信息;

第二步,從電流密度方程、電流連續(xù)性方程和泊松方程出發(fā),先用后向歐拉進行時間差分,然后對其采用伽遼金法測試,強加邊界條件,求解得到各節(jié)點的電場及電流分布;

第三步,由電場及電流分布得出各節(jié)點功率密度;

第四步,建立MESFET的熱傳導(dǎo)方程,將功率密度作為熱源項代入該方程中,求解得到各節(jié)點溫度分布;

第五步,由上步得到的溫度更新漂移-擴散方程中載流子遷移率、產(chǎn)生復(fù)合項,再次計算各節(jié)點的電場分布及電流分布;重復(fù)步驟二、三、四、五步,如此反復(fù)循環(huán),直到漂移-擴散方程達到收斂條件,此時的電場、電流分布和溫度分布就是當前時刻的電熱分布結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法,其特征在于:第一步中,MESFET的模型為物理模型,用ANSYS對模型進行剖分。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法,其特征在于:第二步中,以電子準費米勢φn、空穴準費米勢φp和電勢為變量,柵極為肖特基接觸邊界條件;

電子準費米勢φn和空穴準費米勢φp的數(shù)值在0~103范圍內(nèi),

模型方程歸一化后如下:

泊松方程:

電子電流密度方程:

上式(1.2)中,Jn為電子電流密度,μn為電子遷移率;

空穴電流密度方程:

上式(1.3)中,Jp為電子電流密度,μp為電子遷移率;

電子電流連續(xù)性方程: <mrow> <mfrac> <mrow> <mo>&PartialD;</mo> <mi>n</mi> </mrow> <mrow> <mo>&PartialD;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>&dtri;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>n</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>G</mi> <mo>-</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1.4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

空穴電流連續(xù)性方程: <mrow> <mfrac> <mrow> <mo>&PartialD;</mo> <mi>p</mi> </mrow> <mrow> <mo>&PartialD;</mo> <mi>t</mi> </mrow> </mfrac> <mo>=</mo> <mo>-</mo> <mo>&dtri;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>J</mi> <mi>p</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>G</mi> <mo>-</mo> <mi>R</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1.5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

式(1.4)和式(1.5)中,G為雪崩產(chǎn)生項,R為載流子復(fù)合率;

用后向歐拉方法對式(1.4)和(1.5)進行時間差分,得到:

式(1.6)和(1.7)中,nm,pm為當前時刻的電子和空穴的濃度值,nm-1,pm-1為前一時刻的電子和空穴的濃度值,為當前時刻的電勢,Δt為離散時間步長;

代入上式(1.6)和(1.7)中,分別對電子電流連續(xù)性方程(式1.6)、空穴電流連續(xù)性方程(式1.7)和泊松方程(式1.1)進行伽遼金測試變換,得到如下形式:

上式(1.8)和式(1.9)中,系數(shù)A只在肖特基邊界面上才為1,其他面為0;

將式(1.8)、式(1.9)和式(1.10)通過式(1.11)的形式進行泰勒展開去非線性和耦合處理:

經(jīng)過以上推導(dǎo),得到的方程的形式:

求解式(1.12)得到當前時刻的電子、空穴準費米勢和電勢。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率電磁脈沖作用下MESFET電熱一體化分析方法,其特征在于:第三步中,由第二步的電子、空穴準費米勢和電勢得到MESFET內(nèi)部每一點的電場強度和電流密度功率密度

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