半导体器件物理软件设计报告Word格式文档下载.docx
- 文档编号:1519106
- 上传时间:2023-04-30
- 格式:DOCX
- 页数:35
- 大小:997.42KB
半导体器件物理软件设计报告Word格式文档下载.docx
《半导体器件物理软件设计报告Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《半导体器件物理软件设计报告Word格式文档下载.docx(35页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
3.3双极型晶体管基区少子浓度分布
3.3.1设计题目及要求---------------------------------------10
3.3.2逻辑功能程序------------------------------------------10
3.3.3实验过程与结果---------------------------------------11
3.3.4实验结果分析------------------------------------------13
3.4PN结势垒区内电场分布和碰撞电离率随反偏电压的变化关系
3.4.1设计题目及要求---------------------------------------13
3.4.2设计物理基础背景------------------------------------13
3.4.3逻辑功能程序------------------------------------------15
3.4.4实验过程与结果---------------------------------------19
3.4.5实验结果分析------------------------------------------23
3.5雪崩倍增因子外加随外加反偏电压的变化关系
3.5.1设计题目及要求---------------------------------------24
3.5.2设计物理基础背景------------------------------------24
3.5.3逻辑功能程序------------------------------------------24
3.5.4实验过程与结果---------------------------------------29
3.5.5实验结果分析------------------------------------------31
3.6击穿电压随P区和N区浓度的变化关系
3.6.1设计题目及要求---------------------------------------31
3.6.2设计物理基础背景------------------------------------31
3.6.3逻辑功能程序------------------------------------------32
3.6.4实验过程与结果---------------------------------------37
3.6.5实验结果分析------------------------------------------40
第四章实验小结与心得体会------------------------------------41
第1章软件设计介绍
1.1所涉及的课程及知识点
涉及的课程:
半导体物理器件、微电子器件、matlab等
知识点:
matlab矩阵运算、绘图函数使用,PN结相关属性与杂质浓度、偏压的关系、
1.2目的与任务
目的:
通过软件设计,培养学生的实践能力和创新精神,加强学生对专业基础课程的理解和掌握,加强学生高级语言编程能力、应用软件以及仿真能力。
任务:
选择以下任一模块进行设计:
Matlab软件仿真、C语言及应用。
第2章软件开发平台简介
MATLAB是矩阵实验室(MatrixLaboratory)的简称,是美国MathWorks公司出品的商业数学软件,用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境,主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连matlab开发工作界面接其他编程语言的程序等,主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用C,FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多,并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件。
在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持。
可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用,此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用。
Matlab语言有如下特点:
1.编程效率高
它是一种面向科学与工程计算的高级语言,允许用数学形式的语言编写程序,且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式,用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。
因此,Matlab语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单,所以编程效率高,易学易懂。
2.用户使用方便
Matlab语言是一种解释执行的语言(在没被专门的工具编译之前),它灵活、方便,其调试程序手段丰富,调试速度快,需要学习时间少。
人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤:
编辑、编译、连接以及执行和调试。
各个步骤之间是顺序关系,编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。
Matlab语言与其它语言相比,较好地解决了上述问题,把编辑、编译、连接和执行融为一体。
它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误,从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度,可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。
具体地说,Matlab运行时,如直接在命令行输入Mailab语句(命令),包括调用M文件的语句,每输入一条语句,就立即对其进行处理,完成绩译、连接和运行的全过程。
又如,将Matlab源程序编辑为M文件,由于Mat1ab磁盘文件也是M文件,所以编辑后的源文件就可直接运行,而不需进行编译和连接。
在运行M文件时,如果有错,计算机屏幕上会给出详细的出锗信息,用户经修改后再执行,直到正确为止。
所以可以说,Mat1ab语言不仅是一种语言,广义上讲是一种该语言开发系统,即语言调试系统。
3.扩充能力强
高版本的Matlab语言有丰富的库函数,在进行复杂的数学运算时可以直接调用,而且Matlab的库函数同用户文件在形成上一样,所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。
因而,用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数,以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。
另外,为了充分利用Fortran、C等语言的资源,包括用户已编好的Fortran,C语言程序,通过建立Me调文件的形式,混合编程,方便地调用有关的Fortran,C语言的子程序。
4.语句简单,内涵丰富
Mat1ab语言中最基本最重要的成分是函数,其一般形式为「a,6,c……]=fun(d,e,f,……),即一个函数由函数名,输入变量d,e,f,……和输出变量a,b,c……组成,同一函数名F,不同数目的输入变量(包括无输入变量)及不同数目的输出变量,代表着不同的含义(有点像面向对象中的多态性。
这不仅使Matlab的库函数功能更丰富,而大大减少了需要的磁盘空间,使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。
5.高效方便的矩阵和数组运算
Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符,而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算,有些如算术运算符只要增加“·
”就可用于数组间的运算,另外,它不需定义数组的维数,并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数,使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时,显得大为简捷、高效、方便,这是其它高级语言所不能比拟的。
在此基础上,高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。
因此,不久的将来,它一定能名符其实地成为“万能演算纸式的”科学算法语言。
6.方便的绘图功能
Matlab的绘图是十分方便的,它有一系列绘图函数(命令),例如线性坐标、对数坐标,半对数坐标及极坐标,均只需调用不同的绘图函数(命令),在图上标出图题、XY轴标注,格(栅)绘制也只需调用相应的命令,简单易行。
另外,在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。
这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。
总之,Matlab语言的设计思想可以说代表了当前计算机高级语言的发展方向。
我们相信,在不断使用中,读者会发现它的巨大潜力。
第3章软件设计的内容
3.1矩阵的运算
3.1.1设计题目及要求
如果给出两个矩阵
,
,执行下面的矩阵运算命令。
(1)
和
分别是多少(其中I为单位矩阵)?
(2)
将分别给出什么结果,它们是否相同?
为什么?
3.1.2逻辑功能程序
function[]=Question1()
A=[4,12,20;
12,45,78;
20,78,136];
B=[1,2,3;
4,5,6;
7,8,0];
disp('
A+5*B='
);
disp(A+5*B);
A-B+I='
)
disp(A-B+eye(3));
A.*B='
disp(A.*B)
A*B='
disp(A*B);
End
3.1.3实验过程与结果
运行matlab,在菜单栏中点击“File”,选择“New—>
FunctionM-File”,命名为Question1,键入整个函数,在主界面的“CommandWindow”中输入函数Question1(),按下回车,会显示结果,具体显示如下:
>
Question1()
A+5*B=
92235
3270108
55118136
A-B+I=
41017
84172
1370137
A.*B=
42460
48225468
1406240
A*B=
19222884
738873306
12841518528
3.1.4实验结果分析
(1)MATLAB提供的命令窗口输出函数常用有disp函数,既可以输出表达式、数值,也可以输出字符串,其调用格式为disp(表达式或数值)、disp(‘待显示字符串’);
(2)MATLAB的矩阵运算符和常用数值运算符的区别,+、-运算符通用,表示矩阵的加、减,*与.*区别在于*表示矩阵的乘法,而.*表示矩阵对应位置的元素相乘,所以*要求运算符前后的矩阵的行、列数互为转置,而.*则要求两个矩阵行、列数要相同;
(3)eye单位矩阵函数的使用,生成一个单位矩阵,矩阵的阶数由括号内的值决定,格式为eye(n),n为矩阵阶数。
3.2.1设计题目及要求
请绘制出一个圆形,要求用函数实现。
3.2.2逻辑功能程序
function[]=Question2(a,b,R)
symsx;
ezplot(sqrt(R^2-(x-a)^2)+b,[a-R,a+R]);
holdon;
ezplot(b-sqrt(R^2-(x-a)^2),[a-R,a+R]);
plot(a,b,'
+'
axis([a-R,a+R,b-R,b+R]);
axisequal;
title('
圆:
(x-a)^2+(y-b)^2=R^2'
legend(['
(x-'
num2str(a),'
)^2+(y-'
num2str(b),'
)^2='
num2str(R),'
^2'
]);
holdoff;
end
3.2.3实验过程与结果
FunctionM-File”,命名为Question2,键入整个函数,在主界面的“CommandWindow”中运行函数Question2,键入格式为Question(x,y,R),x为圆心横坐标,y为圆心纵坐标,R为圆半径,按回车会显示结果,具体显示如下:
Question2(10,20,30)
3.2.4实验结果分析
(1)构建一个直角坐标下的圆的方程,为了把方程变为可绘制的函数要用到分段绘制,holdon的使用保证后绘的图不会覆盖先绘的图;
(2)为了使圆的圆心半径参数可调,所以函数使用了带参量的输入方式;
(3)绘图使用ezplot、plot函数,带参数可以限制绘图范围,plot函数绘制圆心用符号‘+’表示;
(4)axisequal是坐标轴刻度等距,这样是图形显示的不失真;
(5)lengend、num2str函数使用让图形注释更明了,lengend添加注释,调用格式lengend(‘字符串’,num2str使数值转换成字符,num2str(数值或数值的表达式);
3.3双极型晶体管基区少子浓度分布
3.3.1设计题目及要求
试绘出缓变基区的杂质分布为:
;
时,
基区的少子浓度分布图,并能清楚解释各参量对少子浓度分布函数的影响。
程序说明:
当晶体管偏置在有源放大区时,VC<
0且|VC|>
kT/q,集电结边缘处电子密度为零,即x=WB,nB(WB)=0。
由此边界条件,得到缓变基区少子浓度分布函数:
假定:
InE=0.01mA;
DnB=2cm2/s;
WB=0.05um;
q=1.6e-19C。
3.3.2逻辑功能程序
function[]=Question3()
symsxetaNB0InEDnBWBqa;
NB1x=NB0*(1-x/WB);
NB2x=NB0*exp(-eta*x/WB);
nBx=InE*int(NB2x,x,x,WB)/(NB2x*q*DnB);
nB0=InE*WB/(q*DnB);
y=nBx/nB0;
nB0=subs(nB0,{InE,DnB,WB,q},{0.01,2,0.05,1.6*10^-19});
y=subs(y,x,a*WB);
y=subs(y,{q},{1.6*10^-19});
fori=0:
2:
8
yx=limit(y,eta,i);
ezplot(yx,[0,1]);
text(0.5-0.05*i,subs(yx,a,(0.5-0.05*i)),['
η='
num2str(i)]);
gridon;
不同内建电场下的基区少子浓度分布'
text(0.5,0.85,['
nB0=InE*WB/(q*DnB)='
num2str(nB0*10^-15),'
*10^8cm^-2'
xlabel('
x/WB'
ylabel('
nBx*q*DnB/(InE*WB)'
axis([0,1,0,1]);
3.3.3实验过程与结果
FunctionM-File”,命名为Question3,键入整个函数,在主界面的“CommandWindow”中输入函数Question3(),按回车会显示结果,具体显示如下:
Question3()
3.3.4实验结果分析
(1)当杂质浓度呈线性分布时,少子浓度分布呈线性变化。
少子浓度随基区宽度的增大逐渐减小;
(2)当杂质浓度呈指数分布时,少子浓度分布也呈指数变化。
(3)随着eta的增大,基区少子浓度逐渐减少,这是因为内建电场增大的原因,达到同样电流密度所需少子浓度梯度较低;
(4)符号变量及其表达式的使用需要提前定义,用syms定义;
(5)对符号或表达式的积分采用int函数,可以指定上下限,也可以只是不定积分。
3.4.1设计题目及要求
确定PN结势垒区内电场分布和碰撞电离率随反偏电压的变化关系。
(1)基本目标:
突变结分析
(2)标准目标:
突变结+线性缓变结分析
3.4.2设计物理基础背景
确定PN结势垒区内电场分布和碰撞电离率随反偏电压的变化关系
(1)突变结势垒区内电场分布分析
内建电势
N区耗尽区宽度
P区耗尽区宽度
,
其中,
为反偏电压,约化浓度
电场强度
在耗尽区中的变化关系如下式(1-4)、(1-5)所示:
(
)
且
在
处达到最大值
(2)线性缓变结电场分布分析
其中,杂质浓度梯度
为常数,不妨取
耗尽区宽度
在耗尽区的变化关系为
(3)碰撞电离率随反偏电压的变化关系
碰撞电离率
碰撞电离率表达式中的常数值
材料
电子
空穴
硅
1
代入上式(1-11),得:
电子碰撞电离率
空穴碰撞电离率
附:
V
3.4.3逻辑功能程序
function[]=Question4(ND,NA)
symsVx;
V0=0.026;
ni=1.5*10^10;
epsilon0=8.854*10^-14;
q=1.60219*10^-19;
a=10^19;
An=7.03*10^5;
Bn=1.23*10^6;
Ap=1.58*10^6;
Bp=2.03*10^6;
m=1;
epsilons=11.9*epsilon0;
N0=NA*ND/(NA+ND);
Vbi=V0*log(ND*NA/ni^2);
%常量
xn=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/ND;
xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;
Exn=q*(xn+x)*ND/epsilons;
Exp=q*(xp-x)*NA/epsilons;
Emax=subs(Exn,x,0);
%Vbih=V0*log(((a/(2*ni))*(12*epsilons*Vbi/(a*q))^(1/3))^2);
xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q))^(1/3);
xn_h=xp_h;
Emax_h=(a*q/(8*epsilons))*(xn_h+xp_h)^2;
E_h=Emax_h*(1-(x/xp_h)^2);
alphai_nn=An*exp(-(Bn/Exn)^m);
alphai_pn=An*exp(-(Bn/Exp)^m);
alphai_np=Ap*exp(-(Bp/Exn)^m);
alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp)^m);
alphai_nmax=subs(alphai_nn,x,0);
alphai_pmax=subs(alphai_pp,x,0);
alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)^m);
alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)^m);
alphai_nhmax=subs(alphai_nh,x,0);
alphai_phmax=subs(alphai_ph,x,0);
%%%%%%%%%————作图——————%%%%%%%%%%%%%%%%%
8
figure
(1);
subplot(2,1,1);
%%%%%————突变结
ezplot(subs(Exn,V,i),[-subs(xn,V,i),0]);
ezplot(subs(Exp,V,i),[0,subs(xp,V,i)]);
axis([-subs(xn,V,i),subs(xp,V,i),0,subs(Emax,V,i)]);
|E|'
text(subs(xp/2,V,i),subs(Exp,{x,V},{subs(xp/2,V,i),i}),['
V='
num2str(i),'
v'
突变结电场分布'
subplot(2,1,2);
%%%%%————缓变结
ezplot(subs(E_h,V,i),[-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i)]);
axis([-subs(xn_h,V,i),subs(xp_h,V,i),0,subs(Emax_h,V,i)]);
text(subs(xp_h/2,V,i),subs(E_h,{x,V},{subs(xp_h/2,V,i),i}),['
线性缓变结电场分布'
figure
(2);
subplot(2,2,1);
%%———突变结电子碰撞电离率
ezplot(sqrt(subs(alphai_nn,V,i)),[-subs(xn,V,i),0]);
ezplot(sqrt(subs(alphai_pn,V,i)),[0,subs(xp,V,i)]);
axi
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 半导体器件 物理 软件设计 报告
![提示](https://static.bingdoc.com/images/bang_tan.gif)