.RU

«Применение matlab для моделирования физических процессов»

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Выпускная работа по
«Основам информационных технологий»

Магистрант

кафедры радиофизики

Стамбакио Егор

Руководители:

профессор Борздов Владимир Михайлович

старший преподаватель

Кожич Павел Павлович

Минск – 2009 г.

Оглавление

Оглавление. 2

Список обозначений. 3

Реферат на тему «Применение MATLAB для моделирования физических процессов» 4

Введение. 4

Глава 1. Моделирование физических процессов. 4

1.1. Моделирование процессов переноса электронов в полупроводниках. 4

1.2. Преимущества использования MATLAB для разработки программ моделирования процессов переноса частиц в полупроводниках. 7

Заключение. 8

Список литературы. 8

Предметный указатель. 10

Интернет ресурсы. 11

Личный сайт. 12

Граф научных интересов. 13

Тестовые вопросы по основам информационных технологий. 14

Презентация магистерской работы. 15

Список литературы к выпускной работе. 16

Приложение 1. Презентация магистерской диссертации. 17


Список обозначений

ИС – интегральная схема

БИС – большая интегральная схема

СБИС – супербольшая интегральная схема

ЭВМ – электронная вычислительная машина

СВЧ – сверхвысокие частоты

Реферат на тему «Применение MATLAB для моделирования физических процессов»

Введение

Одним из важнейших этапов создания интегральных схем с субмикронными и нанометровыми размерами является физико-топологическое моделирование активных элементов интегральных схем. При этом при построении моделей, которые адекватно описывают процессы переноса носителей заряда в проводящих каналах очень малых (субмикронных) размеров, нужно учитывать влияние на дрейф носителей заряда специфических эффектов. Это связано, прежде всего, с созданием ультрабольших интегральных схем и полупроводниковых приборных структур с низкоразмерным электронным газом, изготавливаемых по промышленным технологиям. Основными особенностями численного моделирования переноса электронов в упомянутых выше структурах является необходимость учета квантовой природы носителей заряда.

Несмотря на то, что в настоящее время основная масса дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС , БИС, СБИС) изготавливается на основе кремния (Si), большое количество научных исследований и публикаций в области полупроводников и полупроводниковых приборов посвящено исследованию арсенид галлиевых (GaAs) соединений. Это обстоятельство связано, во-первых с тем, что приборы на основе GaAs являются гораздо более быстродействующими, особенно при малых размерах образцов, и во-вторых, на основе этих соединений имеется возможность создавать квантоворазмерные полупроводниковые структуры, которые обладают, в принципе, еще более высоким быстродействием. Приборы и интегральные схемы на GaAs служат элементной базой для сверхскоростной и СВЧ - электроники. Для дальнейшего усовершенствования таких приборов и улучшения их характеристик необходимо проведение большого объема как теоретических, так и экспериментальных исследований. Хорошо известно, что численное моделирование позволяет сократить материальные затраты связанные с этим. В то же время многие из существующих и хорошо разработанных методов численного моделирования не могут быть использованы непосредственно для расчета электрофизических свойств квантоворазмерных структур и приборов.

Глава 1. Моделирование физических процессов.

1.1. Моделирование процессов переноса электронов в полупроводниках

Моделирование процессов переноса в полупроводниках методом Монте-Карло

Анализ зарубежных и отечественных литературных источников показал, что одним из наиболее перспективных в методов моделирования переноса электронов в полупроводниках является метод Монте-Карло. В настоящей работе при построении численной модели переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях использован многочастичный метод Монте-Карло.

Целью работы является разработка модели переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях, разработка соответствующего алгоритма и реализующей его программы для расчета кинетических параметров, характеризующих перенос, и проведение вычислительного эксперимента по расчету дрейфовой скорости электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях многочастичным методом Монте-Карло.

Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Сделать обзор доступных литературных источников по теме моделирования многочастичным методом Монте-Карло процессов переноса носителей заряда в полупроводниках, в частности в арсениде галлия (GaAs).

2. Разработать модель переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях на основе многочастичного метода Монте-Карло.

3. Разработать алгоритм и соответствующую программу для расчета кинетических параметров, характеризующих перенос.

4. Рассчитать частоты рассеяния для всех основных механизмов рассеяния электронов в GaAs в сильных электрических полях. В данной модели были учтены следующие механизмы рассеяния: рассеяние на акустических и оптических фононах, междолинное рассеяние и внутридолинное рассеяние

5. Показать адекватность разработанной модели и ее программной реализации

6. Провести вычислительный эксперимент по расчету дрейфовой скорости электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях в интервале 0 ÷ 5 кВ/см в интервале температур 77 ÷ 300K.

Метод Монте-Карло позволяет проводить моделирование различных физических процессов на микроскопическом уровне до тех пор, пока характеристические размеры области моделирования значительно превышают длины волн де-Бройля носителей заряда. В противном случае, для моделирования процесса переноса частиц в квантоворазмерных полупроводниковых средах, должны использоваться специальные квантово-механические методы. В то же время, как и при моделировании переноса носителей заряда в объемных полупроводниковых структурах, рассматриваемый метод можно применять и к квантоворазмерным структурам с 2D- и 1D-электронным газом, поскольку в этом случае существуют направления, вдоль которых движение частиц остается свободным. Эти обстоятельства делают метод Монте-Карло одним из наиболее перспективных подходов к моделированию электрофизических свойств квантовых слоев, проволок и ряда других структур наноэлектроники.

При реализации метода Монте-Карло могут применяться два подхода: одночастичный и многочастичный. В первом из этих подходов рассматривается движение одной частицы, а во втором — движение ансамбля частиц. Использование этих двух подходов обусловлено, в первую очередь, необходимостью решения стационарных и нестационарных задач.

При исследовании стационарных процессов можно, опираясь на эргодическую теорему, заменить ансамбль частиц одной частицей, достаточно долго следить за ее движением во времени и на основании этого вычислить все необходимые средние по времени кинетические параметры, характеризующие данный стационарный перенос. Преимущество такого подхода состоит в относительно простой программной реализации и достаточно низких требованиях к ресурсам ЭВМ.

Задачи, требующие использования многочастичного подхода, возникают в ряде практически важных случаев. Во-первых, при изучении нестационарных процессов. Во-вторых, при моделировании процессов, где важно непосредственное взаимодействие между частицами. Чаще всего применяют разновидность многочастичного метода Монте-Карло, названную методом частиц. Суть этого метода заключается в том, что при расчете электрических полей в приборе все количество электронов в нем заменяется ансамблем порядка так называемых крупных частиц таким образом, чтобы их суммарный заряд был равен суммарному заряду электронов в моделируемой области, что позволяет учесть влияние пространственного распределения носителей заряда на электрическое поле в приборе. В то же время, при моделировании свободного пробега и рассеяния частица рассматривается как обычный электрон.

Итак, под задачами, требующими применение многочастичного метода Монте-Карло, понимаются такие случаи, где необходимо знать среднее по ансамблю в каждый из определенных моментов времени. А под задачами, решаемыми одночастичным методом — такие, где достаточно проследить движение одной частицы, и провести усреднение по времени. На основании этого можно сделать вывод о том, что время является важнейшей переменной в каждом из рассмотренных методов моделирования, так как его необходимо фиксировать, как при вычислении среднего по времени в одночастичных задачах, так и при определении состояния ансамбля частиц в любой момент времени при многочастичном моделировании.

1.2. Преимущества использования MATLAB для разработки программ моделирования процессов переноса частиц в полупроводниках

Использование программного комплекса MATLAB для реализации алгоритмов моделирования процессов переноса

Система MATLAB (сокращение от MATrix LABoratory - МАТричная Лаборатория) разработана фирмой The MathWorks, Inc. (США, г.Нейтик, шт. Массачусетс) и является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, которая ориентирована на работу с массивами данных. Система использует математический сопроцессор и допускает обращения к программам, написанным на языках Fortran, C и C++.


the-influence-of-media-on-basketball-essay.html
the-irish-question-irlandskij-vopros.html
the-legal-status-of-tibet-essay.html
the-man-in-the-moon-essay-research.html
the-motive-to-kill-beowulf-and-rebecca.html
the-ncaas-perspective-on-sports-gambling-essay.html
  • institute.bystrickaya.ru/glava-10-chashechka-kofe-dlya-bodrosti-i-glavnoe-dzhina-ulibnis-hot-razok-sofya-leonidovnaprokofeva-ostrov-kapitanov.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/nazvanie-tematicheskij-rubrikator-hranilisha-cor-stranica-11.html
  • prepodavatel.bystrickaya.ru/tipovaya-uchebnaya-programma-obrazovanie-visshee-professionalnoe-bakalavriat-ohrana-truda-i-osnovi-bezopasnosti-zhiznedeyatelnosti-po-specialnosti-050717-teploenergetika-2-kredita-90-chasov.html
  • uchit.bystrickaya.ru/tehnicheskoe-zadanie-na-postavku-uchebnoj-literaturi-dlya-popolneniya-bibliotechnogo-fonda-filiala-gou-vpo-ugntu-v-g-oktyabrskom.html
  • znanie.bystrickaya.ru/45respublika-uzbekistan-regionalnij-plan-dejstvij-po-ohrane-okruzhayushej-sredi-zagryaznenie-vozduha.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/publichnij-doklad-municipalnogo-avtonomnogo-obsheobrazovatelnogo-uchrezhdeniya-srednej-obsheobrazovatelnoj-shkoli-64-goroda-tyumeni-v-2010-2011-uchebnom-godu.html
  • write.bystrickaya.ru/glava-dvadcat-tretya-kniga-pervaya.html
  • credit.bystrickaya.ru/plan-uchebno-metodicheskij-kompleks-po-discipline-istoriografiya-istorii-rossii-specialnost-050401-istoriya.html
  • universitet.bystrickaya.ru/staropoltavskij-municipalnij-rajon-komitet-po-obrazovaniyu-i-nauke-prikaz.html
  • tests.bystrickaya.ru/konspekt-integrirovannogo-zanyatiya-obrazovatelnie-oblasti.html
  • zanyatie.bystrickaya.ru/na-okazanie-platnih-obrazovatelnih-uslug.html
  • grade.bystrickaya.ru/ob-itogah-deyatelnosti-uchrezhdenij-kulturi-novosibirskoj-oblasti-za-2010g-i-zadachi-v-sfere-kulturi-i-iskusstva-na-2011-god.html
  • esse.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-muzika-rabochaya-programma-uchebnogo-predmeta-muzika.html
  • spur.bystrickaya.ru/kriterii-ocenivaniya-plan-raboti-municipalnogo-byudzhetnogo-obrazovatelnogo-uchrezhdeniya-informacionno-metodicheskij-centr.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/socialno-podderzhivayushee-napravlenie-kompleks-oblastnih-profilakticheskih-proektov-eto-tebya-kasaetsya-avtori-razrabotchiki.html
  • nauka.bystrickaya.ru/urlyadinskaya-oosh-analiticheskaya-spravka-po-itogam-ekzamenov-za-2009-2010-uchebnij-god.html
  • write.bystrickaya.ru/gimn-avstrii-kurs-lekcij-po-discipline-nemeckij-yazik-fakultet-socialnij.html
  • notebook.bystrickaya.ru/izuchenie-vliyaniya-skorosti-podema-kovsha-na-dolgovechnost-rukoyati-ekskavatorov-s-zubchato-reechnim-naporom-na-primere-ekg-5a.html
  • studies.bystrickaya.ru/kvantovie-kompyuteri-chast-2.html
  • urok.bystrickaya.ru/programma-disciplini-institucionalnaya-ekonomika-dlya-specialnosti-080504-65-podgotovki-specialista-avtori-programmi.html
  • education.bystrickaya.ru/13rol-i-mesto-gosudarstva-v-ekonomicheskih-sistemah-i-modelyah-rinochnoj-ekonomiki.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/rabota-po-himii.html
  • universitet.bystrickaya.ru/tomas-f-kram-upravlenie-energiej-konflikta-kak-prevratit-rabotu-v-tvorchestvo-act-refl-buk-2000-stranica-11.html
  • education.bystrickaya.ru/0-polnoe-firmennoe-naimenovanie-zakritoe-akcionernoe-obshestvo-kaliningrad-transtelekom.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/82-obshij-mehanizm-raspredeleniya-dohodov-polozhenie-cheloveka-v-obshestvennom-proizvodstve-i-faktori-ego-izmeneniya.html
  • school.bystrickaya.ru/biznes-plan-kompyuternaya-kompaniya-chast-2.html
  • credit.bystrickaya.ru/organizovannaya-parlamentskaya-mashina-monitoring-smi-08-09.html
  • urok.bystrickaya.ru/programma-po-discipline-investicionnij-menedzhment-dlya-studentov-3-kursa-ochnoj-formi-obucheniya-fakulteta-vneshnetorgovogo-menedzhmenta.html
  • spur.bystrickaya.ru/kommersant-04042012-konyunktura-pozvolyaet-minfinu-rasslabitsya-monitoring-smi-rf-po-pensionnoj-tematike-4-aprelya-2012-goda.html
  • studies.bystrickaya.ru/ekspertna-sistema-dlya-ocnyuvannya-znan-studentv-z-predmetu-komp-yutern-merezh.html
  • writing.bystrickaya.ru/81-organizaciya-nakopitelnoj-sistemi-ocenki-portfel-dostizhenij-osnovnaya-obrazovatelnaya-programma-nachalnogo.html
  • teacher.bystrickaya.ru/glava-3istoriya-ryazanskoj-duhovnoj-seminarii-v-period-s-1814-po-1918-gg.html
  • uchenik.bystrickaya.ru/formirovanie-sistemi-upravleniya-kachestvom-obrazovaniya-l-n-davidenko-belarus-i-mirovie-ekonomicheskie-processi.html
  • university.bystrickaya.ru/gofmanernst-teodor-amadej.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/razdel-viii-ispolnenie-byudzhetov-byudzhetnij-kodeks-rossijskoj-federacii.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.