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高功率微波与PN结相互作用机理研究

作　者: 郭俊
导　师: 邓宏贵
学　校: 中南大学
专　业: 物理电子学
关键词: 高功率微波 PN结数值计算一维模拟
分类号: O475
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着技术的发展,各种半导体器件在雷达系统、自动控制系统、通讯系统、检测系统、侦察系统中得到广泛应用。由于高功率超宽带脉冲辐射可通过天线、工艺缝隙、维护设备的舱口、通风口、供电系统、导线和电缆等进入电子系统,从而导致系统暂时失灵,甚至崩溃,造成不可估量的损失。因此,研究高功率微波(HPM)脉冲对半导体器件的作用效应,以及对半导体器件工作中的干扰和影响,具有重要意义。电子系统的基本组成部分是半导体器件,而大多数半导体器件的基本组成为PN结,所以本文主要分析PN结器件的损伤机理。本文首先概述了高功率微波和PN结,包括高功率微波的概况、高功率微波武器的发展、PN结的形成及特性。并且分析了半导体器件HPM损伤机理,建立微波干扰影响的典型模型。其次,针对在PN结泊松方程求解过程中,几种常用方法存在的不足,提出一种改进算法。该算法结合求解非线性方程组的Newton迭代法与SOR(Successive Over-Relaxation逐次超松弛迭代)法,即用松弛因子对Newton迭代过程的前后两项进行加权平均,组成新的迭代公式。为进一步完善算法,在迭代公式中修改了松弛因子,采用最佳松弛因子形式。经过软件模拟验证,该算法真实可行,既保持计算的高精度,也明显地减少计算的迭代次数,提高求解过程的收敛速度。最后,数值模拟了PN结的一维稳态和瞬态响应及其HPM脉冲响应。建立了一维PN结器件模型,归一化半导体器件所满足的刚性、耦合、非线性的偏微分方程组,运用改进算法处理归一化方程组,然后运用MATLAB7.0对方程组进行了数值计算,模拟出PN结在损伤过程中不同时段的电子空穴浓度分布、电位分布及电场分布,从理论上得到半导体器件在一维情况下的损伤机理及HPM响应。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-11
  1.1 论文的研究背景及意义  8-9
    1.1.1 论文的研究背景  8-9
    1.1.2 论文的研究意义  9
  1.2 相关课题的提出  9
  1.3 论文工作及组织结构  9-11
第二章高功率微波与PN结简介  11-24
  2.1 高功率微波简介  11-22
    2.1.1 高功率微波概述  11-12
    2.1.2 高功率微波武器  12-17
    2.1.3 高功率微波的研究现状和水平  17-22
  2.2 PN结简介  22-24
    2.2.1 PN结的形成原理  22-23
    2.2.2 PN结的单向导电性  23-24
第三章半导体器件高功率微波脉冲干扰及损伤机理分析  24-32
  3.1 半导体阈值的几种定义  24-26
  3.2 高功率微波破坏电子设备性能的物理基础  26-27
  3.3 脉冲微波干扰影响的典型模型  27-30
    3.3.1 一次效应  27-28
    3.3.2 二次效应  28-30
  3.4 半导体器件的损伤机理  30-32
第四章计算机模拟数值方法的改进  32-40
  4.1 常用的数值分析方法及其特点  32-35
    4.1.1 器件计算机模拟所采用的网格  32
    4.1.2 常用的数值分析方法  32-35
  4.2 改进的数值分析方法  35-40
    4.2.1 改进数值分析方法的提出  35
    4.2.2 改进数值分析方法的设计与实现  35-40
第五章 PN结的计算机模拟及其分析  40-57
  5.1 器件相关参数的确定  40-44
  5.2 方程归一化  44-45
  5.3 PN结的一维稳态模拟  45-49
    5.3.1 模型与边界条件  46-48
    5.3.2 数值计算  48
    5.3.3 模拟结果  48-49
  5.4 PN结的一维瞬态模拟  49-54
    5.4.1 模型与边界条件  49-51
    5.4.2 数值计算  51
    5.4.3 模拟结果及其分析  51-54
  5.5 PN结的高功率微波响应模拟结果及其分析  54-57
第六章结论与展望  57-59
  6.1 结论  57
  6.2 展望  57-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
攻读学位期间主要的研究成果  65

高功率微波与PN结相互作用机理研究

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