.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
  • universitet.bystrickaya.ru/tema-19-evolyuciya-deneg-a-a-fedorov.html
  • laboratornaya.bystrickaya.ru/rasporyazhenie-kotoroe-budet-vipolneno-n-i-k03l0v-semnadcat-mgnovenij-uspeha-strategii-liderstva-vnimanie.html
  • student.bystrickaya.ru/3-kulminacionnie-godi-duglas-rid.html
  • pisat.bystrickaya.ru/test-tretij-shkala-trevogi-test-opredelenie-osnovnih-motivov-vibora-professii-test-vasha-motivaciya-k-uspehu.html
  • pisat.bystrickaya.ru/test-po-beregovoj-linii-sev-ameriki-ii.html
  • institute.bystrickaya.ru/glavnoe-arhivnoe-upravlenie-pri-sovete-ministrov-sssr-stranica-24.html
  • kolledzh.bystrickaya.ru/bakalavrska.html
  • student.bystrickaya.ru/13-upravlencheskoe-povedenie-sekciya-gosudarstvennoe-i-municipalnoe-upravlenie-osobennosti-yaponskogo-menedzhmenta.html
  • assessments.bystrickaya.ru/ekonomicheskaya-osnova-racionalnogo-prirodopolzovaniya.html
  • knowledge.bystrickaya.ru/naimenovanie-temi-uchebno-metodicheskij-kompleks-specialnost-030501-yurisprudenciya-moskva-2009.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/programma-razvitiya-mou-lazarevskaya-srednyaya-obsheobrazovatelnaya-shkola-26-na-period-s-2006-po-2010-godi-lazarevo.html
  • kontrolnaya.bystrickaya.ru/rabochaya-programma-muzikalnij-teatr.html
  • zadachi.bystrickaya.ru/ozhirenie.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/segodnya-mi-vipuskniki-uroki-nachinayutsya-148.html
  • esse.bystrickaya.ru/referat-na-temu-razvitie-molodyozhnogo-parlamentarizma.html
  • occupation.bystrickaya.ru/mozhet-bit-u-lyubogo-ti-kak-vsegda-chertovski-prav-no-v-moi-plani-ne-vhodit-vstrecha-s-razgnevannim.html
  • gramota.bystrickaya.ru/yuakrohina-m-b-revnova-doktor-yuridicheskih-nauk-professor.html
  • upbringing.bystrickaya.ru/magisterskoj.html
  • obrazovanie.bystrickaya.ru/pravila-horoshego-tona-v-geshtalt-terapii-i-psihoanalize-elena-ma3ur-stranica-5.html
  • school.bystrickaya.ru/chast-vtoruyu-punkta-2-izlozhit-v-sleduyushej-redakcii-posle-slov-mezhdunarodnih-dogovorov-dopolnit-slovami-respubliki.html
  • gramota.bystrickaya.ru/www-i-u-ru-politiko-filosofskie-traktati-cicerona-stranica-9.html
  • university.bystrickaya.ru/glava-1-tendencii-razvitiya-vneshneekonomicheskih-svyazej-respubliki-belarus.html
  • ekzamen.bystrickaya.ru/s-raspisaniem-zanyatij-ti-mozhesh-oznakomitsya-v-korpusah-universiteta-esli-tebe-pervokursnik-imya-tebe-pervokursnik.html
  • tasks.bystrickaya.ru/3-po-tretemu-voprosu-otchet-revizionnoj-komissii-ror-app-rt-vistupleniya-uchastnikov-sobraniya-po-dokladu-vistuplenie.html
  • credit.bystrickaya.ru/ooo-krasnodar-vodokanal-municipalnij-imushestvennij-kompleks-30-finansovo-byudzhetnaya-sistema-32.html
  • otsenki.bystrickaya.ru/sochinenie-vsemirno-izvestnogo-francuzskogo-filosofa-zhaka-ellyulya-svoeobraznij-manifest-neokonservatizma-eto-nauchnoe-issledovanie-napravleno-protiv-politizacii-vlasti-stranica-4.html
  • znaniya.bystrickaya.ru/razhodi-za-investicii-konsolidiran-godishen-doklad.html
  • grade.bystrickaya.ru/nemeckie-investori-planiruyut-postroit-v-krimu-dve-ves-za-600-mln-evro-krimskoe-informacionnoe-agentstvo.html
  • control.bystrickaya.ru/dopolnitelnaya-obrazovatelnaya-programma-dlya-detej-4-6-let-avtor-ermolina-irina-borisovna.html
  • thescience.bystrickaya.ru/informacionnaya-sistema-dlya-analiza-vestn-samar-gos-tehn-un-ta-ser-tehnicheskie-nauki-2009-1-23-kratkie-soobsheniya.html
  • college.bystrickaya.ru/1-cennie-bumagi-yavlyayutsya-imushestvom-tema-01-01-cennie-bumagi-i-ih-fundamentalnie-svojstva-stranica-3.html
  • report.bystrickaya.ru/klass-tochnosti-3-i-otkritij-aukcion-2-razdel-i-soderzhanie-2-razdel-i-obshie-usloviya-provedeniya-aukciona-10.html
  • desk.bystrickaya.ru/politicheskie-partii-soedinennih-shtatov-ameriki.html
  • teacher.bystrickaya.ru/gosduma-prinyala-segodnya-v-tretem-okonchatelnom-chtenii-zakon-ob-obshestvennoj-palate-rf-vnesennij-prezidentom.html
  • turn.bystrickaya.ru/otvetstvennost-za-vimogatelstvo-po-ugolovnomu-pravu.html
  • © bystrickaya.ru
    Мобильный рефератник - для мобильных людей.