器件效应数值模拟中漂移扩散模型的误差分析-强激光与粒子束.pdf

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 ， ２６ ６ Ｖｏｌ．２６ Ｎｏ．６ 　 　 年 月 ， ２０１４ ６ ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ｊｕｎ． ２０１４ 　 　 器件效应数值模拟中漂移扩散模型的误差分析 ， １ １ １ １ １ １２ 李 勇 ， 贡 顶 ， 宣 春 ， 夏洪富 ， 谢海燕 ， 王建国 　 　 　 　 　 　 　 　 （ 西北核技术研究所，西安 ； 西安交通大学 电子信息学院，西安 ） １． ７１００２４ ２． ７１００４９ 　 摘 要： 为了确定数值模拟过程中的误差来源，并针对误差来源改进软件，减小计算误差，对半导体器件 　　 　 　 数值模拟中的采用的漂移扩散模型进行了研究。结合自主开发的半导体器件效应软件 ＧＳＲＥＳ，分析了软件中 漂移扩散模型的理论近似，对计算模型中由于温度分布、载流子复合／产生率、载流子迁移率等项采取近似而导 致的误差进行了分析。根据误差分析和数值模拟算例，认为误差主要来自于器件内部温度场分布和迁移率模 型的近似，给出了软件的适用范围。结合半导体器件的研究热点和发展趋势，对该模型中需要进行改进的近似 项进行了分析。 关键词： 漂移扩散模型； 半导体； 数值模拟； 误差分析 　　 　 　 　 　 中图分类号： 文献标志码： ： ／ Ｏ４４１．４ Ａ 犱狅犻１０．１１８８４ＨＰＬＰＢ２０１４２６．０６３２０４ 　　 　 　　　　 　 　　 半导体器件的数值模拟方法能够清晰地反映器件内部的工作原理和物理图像，对于器件的效应研究具有 　　 不可替代的作用，已经有不少文献提到了利用数值模拟方法对电磁脉冲与半导体器件作用机理和效应分析开 ［ ］ １５ 展研究 ，这种方法是比较实用有效的。本单位自行开发了通用二维半导体器件电磁脉冲效应数值模拟软件 （ ）。该软件包括前端建模、网格支持函数、材料参数数据库以及图形显示函数等模块。软件内部包含 ＧＳＲＥＳ 了基于漂移 扩散模型（ ）的半导体数值模拟求解器和多种材料性能参数，能够对二维半导体器件进行数  ＤＤＭ ［ ］ ６９ 值模拟，并具备了一定的器件／电路混合模拟能力 。在半导体器件的辐射场效应数值模拟中得到了广泛的 ［ ］ 应用 ９１１ 。随着器件制造工艺的发展以及实验精度的提高，在采用该软件模拟半导体器件的电磁脉冲效应过 程中［１０１２］，进一步对软件的误差来源分析提出了需求。同时，为了推广软件、满足软件工程化方面的要