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半导体器件模拟及数值分析 李 建 军 第一章 引 言 1. 什么叫半导体器件计算机模拟 2. 为什么要学习本课程 3. 怎样学好本课程 4. 本课程的内容 5. 参考书 6. 考试方式 1.什么叫半导体器件计算机模拟 1．1 定义 半导体器件的数值模拟是指这样的过程：对所 研究的半导体器件建立或选用合适的物理模型， 并对其抽象得到相应的数学表述，然后利用适当 的数值方法开发计算机软件，并赋以器件的工艺、 几何尺寸、电学方面的模型参数，进行计算机计 算，得到器件的特性及其内部的物理图象。 1.什么叫半导体器件计算机模拟 1.2 发展 • 半导体器件模拟的概念起源于肖克莱（Shockley ）1949年发表的论文，这 篇文章奠定了结型二级管和晶体管的基础。但这是一种局部分析方法，不 能分析大注入情况以及集电结的扩展。 • 1964年，古默尔（H.K.Gummel ）首先用数值方法代替解析方法模拟了一 维双极晶体管，从而使半导体器件模拟向计算机化迈进。 • 1969年，D ．P ．Kennedy和R.R.O’Brien 第一个用二维数值方法研究 了JFET 。 • 1969年，J ．W ．Slotboom用二维数值方法研究了晶体管的DC特性。 • 从此以后，大量文章报导了二维数值分析在不同情况和不同器件中的应用。 相应地也有各种成熟的模拟软件，如CADDET和MINIMOS等。 1.什么叫半导体器件计算机模拟 1 .3 分类 表 1.1 半导体器件计算机模拟分类 类 别 M O S 器件 双极型器件 G a A s M E S F E T 传感器件及其它 泊松方程、电 泊松方程、电 麦克斯韦方程 流连续性方程 泊松方程、电 流连续性方程 组、电流连续 基本模型方程 或玻尔兹曼方 流连续性方程 或玻尔兹曼方 性方程以及其 程 程 它模型方程 维 数 1 -3 维 1 -3 维 1 -2 维 1 -2 维 有限元法、有 有限元法、有 有限元法、有 有限元法、有 数值处理方法 限差分法或蒙 限差分法或蒙 限差分法 限差分法 特卡罗法 特卡罗法 非线性偏微分 耦合方法、非 耦合方法、非 耦合方法、非 耦合方法、非 方程组求解方 耦合方法或粒 耦合方法或粒 耦合方法 耦合方法 法 子模拟方法 子模拟方法 经典模型或半 经典模型或半 物理模型 经典模型 经典模型 经典模型 经典模型 1.什么叫半导体器件计算机模拟 半经典模型