[发明专利]高功率电磁脉冲作用下MOSFET电热一体化分析方法

摘要

本发明公开了一种高功率电磁脉冲作用下MOSFET电热一体化分析方法。该方法首先采用时域谱元法求解漂移‑扩散方程组，求出MOSFET在高功率脉冲作用下瞬时的载流子浓度和电势分布，得出当前时刻的电场强度和电流密度。假设模型内部的热源只有焦耳热源，考虑周围环境温度和热对流的影响，得到当前时刻各点的温度分布。根据温度变化更新载流子迁移率等电场参数。如此反复循环，直到漂移扩散方程组满足收敛精度，此时的电场分布和热分布就是应求的当前时刻MOSFET内部的电热分布。该分析方法对研究MOSFET等半导体器件抗高功率摧毁具有极其重要的现实意义。

主权项

1.一种高功率电磁脉冲作用下MESFET电热一体化分析方法，其特征在于步骤如下：第一步，建立MESFET的求解模型，并采用曲六面体对模型进行剖分，得到模型的结构信息，包括六面体的单元信息及节点信息；第二步，从电流密度方程、电流连续性方程和泊松方程出发，先用后向欧拉进行时间差分，然后对其采用伽辽金法测试，强加边界条件，求解得到各节点的电场及电流分布；第三步，由电场及电流分布得出各节点功率密度；第四步，建立MESFET的热传导方程，将功率密度作为热源项代入该方程中，求解得到各节点温度分布；第五步，由上步得到的温度更新漂移‑扩散方程中载流子迁移率、产生复合项，再次计算各节点的电场分布及电流分布；重复步骤二、三、四、五步，如此反复循环，直到漂移‑扩散方程达到收敛条件，此时的电场、电流分布和温度分布就是当前时刻的电热分布结果；第二步中，以电子准费米势φ_n、空穴准费米势φ_p和电势为变量，栅极为肖特基接触边界条件；电子准费米势φn和空穴准费米势φp的数值在0～103范围内，模型方程归一化后如下：泊松方程：电子电流密度方程：上式(1.2)中，Jn为电子电流密度，μn为电子迁移率；空穴电流密度方程：上式(1.3)中，Jp为电子电流密度，μp为电子迁移率；电子电流连续性方程：空穴电流连续性方程：式(1.4)和式(1.5)中，G为雪崩产生项，R为载流子复合率；用后向欧拉方法对式(1.4)和(1.5)进行时间差分，得到：式(1.6)和(1.7)中，n^m,p^m为当前时刻的电子和空穴的浓度值，n^m‑1,p^m‑1为前一时刻的电子和空穴的浓度值，为当前时刻的电势，Δt为离散时间步长；将和代入上式(1.6)和(1.7)中，分别对电子电流连续性方程(式1.6)、空穴电流连续性方程(式1.7)和泊松方程(式1.1)进行伽辽金测试变换，得到如下形式：上式(1.8)和式(1.9)中，系数A只在肖特基边界面上才为1，其他面为0；将式(1.8)、式(1.9)和式(1.10)通过式(1.11)的形式进行泰勒展开去非线性和耦合处理：经过以上推导，得到的方程的形式：求解式(1.12)得到当前时刻的电子、空穴准费米势和电势。