半导体器件计算模拟数值方法研究.pdf

摘要 (随着微电子技术的发展，半导体制造和集成电路技术日益渗透到科技、生产、国防各 个领域中，扮演着越来越重要的角色，从而对半导体器件模拟提出了更新更高的要求升本 文对半导体器件模拟的核心算法进行了系统研究，并探讨了其并行计算问题．论文总体安 排如下： 第一章说明了半导体器件数值模拟的意义、研究内容、发展历史和现状，并描述了半 导体器件数值模拟中需要求解的问题。 第二章给出了半导体器件模拟的漂移扩散模型。讨论了该模型所用到的物理参数模 型，确定了其边界条件．从而将半导体器件求解的核心问题转化为求解一组偏微分方程的 问题。 第三章研究了半导体漂移扩教模型中偏微分方程组的离散方法，包括有限差分法、有 限元方法和区域分解算法。路出了差分离散后代数方程系统线性化所得到线性方程系统的 形式；研究了半导体基本方程有限元离散，提出了一种新的非线性偏微分方程组有限元离 散中雅可比矩阵的求解方法；探讨了区域分解方法在半导体器件模拟中的应用问题，结合 有限元方法和非重叠区域分解算法求解MOS模拟区域Poisson方程系统，说明了区域分 解算法在器件模拟中的应用；最后在分析有限元方法和区域分解算法实施步骤的基础上并 行计算策略。』 第四章系统研究了大型稀疏系数矩阵线性方程组的迭代求解算法．建立了大型线性方 程组迭代求解算法库；针对COS算法收敛过程不平稳的特点，在双正交共轭梯度迭代过 程多项式表示的基础上，提出了两种改进的CGS算法。经仿真实验证明，该两种改进 CGS算法保持了CGS算法的收敛速度，又具有收敛比较平稳的特点。A 第五章进行了半导体器件模拟软件系统的设计。f对该软件系统进行面向对象分析和设 计；在此基础上研究了该系统在CORBA平台上并行计算的问题，并给出了混乱松弛 Schwarz区域分解算法在CORBA平台上实现并行计算系统框架。 第六章总结了本文的工作．并指出几个器件模拟中需要进一步深入研究的问题。 关键词；半导体器件数值模拟_有限差分离敖、有限元离散、区域分解算法：稀疏矩阵? CORBA技术、并行计算 Abstract of manufactureand withthe the microelectronic。semiconductor Along development and in areasas and circuit more rolessuch Science integratedtechnology more：important play and fonh new for National demandsthe Defence，which Technology，Production bringshigher simulationofthesemiconductordevice．Thisdissertation studiescore systematically of device andtheir semiconductorsimulation dissertation algorithms parallel computing．The consistsofthe following