侯永森[1]2000年在《载流子输运问题的蒙特卡罗模拟研究》文中认为本论文使用蒙特卡罗方法研究载流子输运问题的计算机模拟。文中在简要介绍傅立叶热传导定律和微尺度热传导基本概念的基础上，阐明了载流子输运模拟中使用蒙特卡罗方法的原因。然后系统地介绍了蒙特卡罗方法的概念、分类、使用该方法的一般过程以及该方法在半导体器件模拟中的应用。同时说明了蒙特卡罗模拟中使用的伪随机数的产生方法和质量评估办法。重点阐述了电子散射理论。最后，使用蒙特卡罗方法模拟了GaAs材料的平均速率、平均能量以及载流子在不同能谷中的时间占有率，GaAs二极管的平均能量、平均速率以及平均自由程并推导出了其热导率。
李孟霞[2]2006年在《利用蒙特卡罗方法研究THz辐射特性和光生载流子输运特性》文中认为本文分析了THz电磁波的特性、产生、检测方法、THz时域光谱探测、THz成像和THz波在生物技术和信息技术领域的应用及发展情况。详细分析了系综蒙特卡罗方法对GaAs光电导开关的模拟过程，分析了GaAs的能带模型和散射模型，提出了需要考虑的几种散射机制。详细分析了程序结构及实现流程，重点从载流子初始分布、自由飞行、泊松方程求解、散射机制处理等几方面加以介绍。从分析GaAs光电导开关内部载流子的产生及运动机制入手，对GaAs材料的重要特性负微分特性进行了研究，得出了负微分迁移率曲线，并给出了电子在卫星能谷的布居图，指出了出现速度过冲现象的原因。在此基础上，我们研究了偏置电场、触发光脉冲宽度和载流子浓度对THz辐射近场和远场特性的影响，指出了改善THz辐射的方法。按照自建电场与偏置电场的关系系统地研究了器件中载流子的运动规律和分布，以及载流子的分布又如何影响器件内部的电场，并最终如何影响器件的输出电流波形。模拟中我们发现，偏压大于3500V／cm，自建电场较大时，电子在漂移过程中会出现分团簇现象。此外，还对垂直于偏置电场方向的载流子自建电场进行了初步的研究。
余家新[3]2007年在《Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体输运性质的蒙特卡罗模拟》文中指出以GaAs，InP为主Ⅲ-V族化合物半导体材料具有很宽的带隙，大都为直接跃迁型能带，光电转换效率较高，以及具有很高的饱和电子漂移速度和迁移率。因此Ⅲ-V族化合物半导体在微电子学和光电子学方面得到日益重要和广泛的应用，对其输运性质的研究是非常有价值的，对材料的应用更是具有基础性的意义。蒙特卡罗模拟方法是应用于半导体器件模拟，进行载流子的输运研究的常用而可靠的工具。基于大量物理事件的蒙特卡罗模拟统计方法是一种采用概率解决物理问题的统计数值方法，它基于半经典输运模型直接求解玻耳兹曼方程，是模拟存在非本地输运的半导体材料和小尺寸器件特性的有效方法。应用于半导体中载流子输运的蒙特卡罗方法，是在给定的散射机制和外加电场的作用下，模拟载流子在半导体晶体里的运动。载流子的运动由碰撞和外电场共同决定，碰撞以随机的方式影响在外电场的作用下的载流子的运动。碰撞的影响可用散射率来估算，电场对载流子的作用可用经典运动法则来计算。本文给出了系统的蒙特卡罗模拟的理论模型和模型的优化，包括载流子主要的散射机制、器件电场电荷计算和主要物理量的统计计算。根据对以GaAs、GaP和InP为主的Ⅲ-V族化合物半导体材料的能带结构和散射机制的分析，采用蒙特卡罗模拟方法，研究了亚微米尺寸的OaAs MESFET器件的电子密度分布、电场强度、漂移速度和迁移率分布等输运性质，以及栅长对器件性质的影响和电流电压特性。随着栅长尺寸的增加，栅下沟道的电子漂移速度减小，而且漏电流呈线性递减。同时计算了GaP和InP体材料输运性质，分析了它们的电场强度、漂移速度和迁移率在不同偏置电压下的空间分布，以及电子密度和漂移速度在高电场下的过冲现象。本文的计算结果更深入地解释了Ⅲ-V族化合物半导体的输运现象，并且有助于半导体器件应用和设计。
张培增[4]2006年在《纤锌矿GaN载流子输运的蒙特卡罗模拟》文中研究表明GaN是一种宽带隙材料,它具有高电子迁移率、高热导等优异的物理性质,近来受到人们的广泛关注。大量研究致力于GaN在高温电子器件,紫外光电探测器,和蓝光电致发光器件中的应用。GaN是所有的宽带隙材料中最适于光电子和电子器件领域应用的材料之一。例如应用于InGaN/GaN和AlGaN/GaN异质结的发光二极管和激光二极管已经开发成功。GaN由于具有直接带隙,适用于紫外波段的光发射和检测。由宽带隙导致的高击穿场强以及高热导率使GaN尤其适用于高能和高频器件中的应用。 蒙特卡罗方法经常应用于新型器件的模拟,是分析、了解半导体器件的有力工具。应用于半导体中电荷输运模拟的单粒子蒙特卡罗方法,是在给定的散射机制和外加电场的作用下,模拟单电子在晶体中的运动。电子的运动由碰撞和外场共同决定。外场起决定性的作用,碰撞以随机的方式影响电子的运动。前者的效果可以用经典运动法则来计算,但后者的影响要用概率论来估算。模拟中的载流子自由飞行时间和散射事件要根据描述微观过程的分布概率随机选取。因此,蒙特卡罗方法依赖于根据给定分布概率产生的一系列随机数。 本论文用单粒子蒙特卡罗方法模拟了300K下纤锌矿GaN的速度-场关系。能带结构采用三能谷模型,考虑的散射机制有电离杂质散射,极性光学波声子散射,声学波散射,压电散射和谷间散射。考虑非抛物性能带结构,在计算中电离杂质浓度分别设定为10~(17)cm~(-3)和10~(18)cm~(-3)。模拟中考虑了晶格温度对于GaN稳态电子速度-场关系的影响。绘制了电子的位移与时间关系图,得到的曲线斜率可近似认为是漂移速度。随着晶格温度的升高,漂移速度下降,这是由总散射率增加造成的。模拟晶格温度为300K时,对于杂质浓度为10~(17)cm~(-3),电场高于1.6×10~7V/m时出现负微分电导;对于杂质浓度为10~(18)cm~(-3),电场高于1.4×10~7V/m时出现负微分电导。
余家新, 吕燕伍, 赵明明, 庞许倩[5]2007年在《亚微米尺寸GaAs MESFET器件输运性质的蒙特卡罗模拟》文中研究指明根据半经典输运模型,考虑了GaAs的非抛物性能带结构和主要的散射机制,采用蒙特卡罗模拟方法计算了亚微米尺寸GaAs MESFET器件的输运性质和电流电压特性,分析了器件中电子密度、电场和迁移率的不均匀分布计算了不同尺寸栅长下的电子漂移速度和漏电流,分析了栅长尺寸对电子漂移速度和漏电流的影响。随着栅长尺寸的增加,栅下沟道的电子漂移速度减小,而且漏电流呈线性递减。
答元[6]2011年在《MOS器件电离损伤的蒙特卡罗模拟研究》文中提出上世纪中期硅材料和硅晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功开始,短暂的几十年中,半导体材料已经发展成为了21世纪信息社会高技术产业的基础材料,它深刻地影响着世界的政治经济格局以及军事对抗的形式,也彻底改变了人们的生活方式。高能光子在半导体材料中的输运过程中会发生电离辐射效应,电离辐射效应在材料中会产生大量的能量沉积,在此环境中的半导体器件因为产生能量沉积而会造成巨大的电离损伤。对于MOS型器件,电离辐射在器件中能够产生氧化物正电荷和引起界面态,以致于造成阈值电压漂移等。高能光子的电离辐射效应极大的影响了半导体材料的广泛应用。在研究高能光子在半导体材料中输运的问题时,用适当的计算机程序来计算半导体器件的特性随物理和结构参数变化的规律时,往往比实验研究更为经济、快捷和可靠,所以现在国内外学者大多都采用蒙特卡罗模拟方法本文以MOS器件为研究对象,利用高能光子反应截面数据库,采用蒙特卡罗模拟方法,用C语言编写了模拟程序,对高能光子在MOS器件的SiO2层中的输运过程进行了模拟和计算。计算结果表明,MOS器件的电离损伤与SiO2层的厚度关系很大,减小SiO2层的厚度可以明显地减少SiO2中的能量沉积,进一步减少初始阈值电压漂移量,使得MOS器件的电离损伤减小。
姚香檀[7]2010年在《高能光子在半导体中输运的蒙特卡罗模拟研究》文中指出在人为和空间辐射环境中,高能粒子和光子引起的辐射损伤是电子系统性能退化甚至失效的主要原因之一。半导体材料的辐射损伤研究是电子系统辐射损伤及其加固研究的基础。现今随着抗辐射器件在商用和民用价值的扩大,抗辐射问题将成为我们新的挑战,而研究高能光子如何在半导体中输运,是抗辐射的重要内容。本文的研究内容属于半导体器件抗辐射问题的基础,这正是本文开展此项研究的意义所在。本文采用了蒙特卡罗模拟方法,开展了高能光子对半导体材料GaAs等的损伤模拟研究,并应用计算机MATLAB软件给出了模拟结果。本文系统地分析了高能光子与物质的相互作用机制,给出了光电效应、康普顿散射和正负电子对生成此三种效应的物理规律及蒙特卡罗模拟方法。本文利用高能光子反应截面数据库,系统地研究了GaAs的高能光子响应特性,给出了不同能量情况下,GaAs材料中发生光电效应、康普顿散射和正负电子对生成此三种效应的概率分析,以及单位长度的GaAs材料中高能光子与之发生反应的次数情况。另外,编写了模拟程序并计算了2MeV的光子在GaAs中的能量沉积及其分布,并对计算结果进行了分析。
董静娟[8]2011年在《有机聚合物中载流子输运性质的Monte Carlo模拟》文中提出有机分子具有强的电声相互作用,当有电荷(电子或空穴)占据到一个分子上时,由于电声相互作用,会引起该分子上原子几何位置的重新排布,这个过程称为晶格驰豫。我们采用蒙特卡罗方法研究了有机分子聚合物中载流子的输运性质,特别考虑了晶格驰豫对载流子迁移率的影响,对实验结果给出了合理的物理理解。并且得出了一维有机分子晶体中载流子迁移率的解析解,与蒙特卡罗方法解相同。在高纯的一维有机分子晶体中,忽略任何无序,仅仅考虑电声相互作用导致的晶格驰豫效应,我们模拟了载流子迁移率对温度、电场强度、重整化能量等物理因素的依赖关系,所得结果在很大的温度和电场变化范围内与实验相符合。电场对载流子迁移率有着重要的影响,电场较低时,迁移率基本不随电场的变化而变化。电场较高,高温时,迁移率随电场的增大而减小;而温度低时,随电场的增大而增大。当电场非常高时,载流子迁移率随电场强度的增加单调降低。在局部有序的3-己基噻吩的分子晶体中观察到了低温时迁移率随温度的升高而增大,高温时随温度的升高而减小的趋势。温度对载流子迁移率的影响表现为,随着温度的升高,迁移率表现为先增大后减小的趋势。但是当重整化能量比较大时,临界温度很高,所以不能观察到减小的趋势。而且在温度较高时,相同的温度变化范围内,随着重整化能量减小,越来越接近跃迁积分,迁移率随温度的升高由增大变为减小。重整化能量对载流子迁移率有着重要的影响,随着重整化能量的增大,载流子迁移率减小。而在相对无序的有机分子聚合物中,我们研究了能量无序、位置无序以及晶格驰豫对载流子输运性质的影响。结果发现,位置无序对载流子的输运性质的影响很小,不会改变载流子迁移率随温度电场等的变化趋势。而能量无序和晶格驰豫对载流子输运性质有着类似的影响,这两种不同的因素能引起迁移率随着温度和电场的相同的变化趋势。并且所得出的结论均与实验现象相一致。用不考虑无序的晶格驰豫模型,计算了并五苯晶体中的载流子输运性质,特别是其载流子迁移率的各向异性。通过计算结果可以得出,并五苯晶体不同分子层之间的相互作用很小,所以c轴方向对在同一分子面上的a和b轴方向的迁移率对称性影响很小, c轴方向的迁移率大约为最高迁移率的1/3,有机分子晶体中不同分子面方向上的载流子迁移率不可忽略,其载流子输运过程不能等效为二维的输运过程。在不同的方向上,载流子迁移率随温度的变化略有不同。计算并五苯晶体所用的模型与一维有机分子晶体的模型相同,同样得出了与实验相符合的结果。综上所述,晶格驰豫是决定载流子输运性质的重要因素之一。
于新刚[9]2008年在《GaN基功率型LED器件及汽车前照灯散热研究》文中指出发光二极管(LED)被称为二十一世纪的光源。然而随着发光二极管功率的不断增大,热流密度也不断增大,散热问题已经成为制约其发展和应用的瓶颈,因此必须不断改善LED器件及应用过程的热设计。本文针对GaN基功率型LED,采用数值模拟与实验相结合的方法,从材料、器件、汽车前照灯应用系统三个层面对其进行了深入系统的热分析和研究。III价氮化物是功率型LED芯片制做的主要材料,其位错密度较大。本文在热导率计算的修正Callaway模型中,引入了位错和同位素散射的影响,计算了GaN的热导率。结果表明位错和杂质对热导率的影响都存在临界值。讨论了位错密度和同位素影响的相对大小,当位错密度小于1010 cm-2时,同位素对GaN热导率影响很大,而当位错密度大于这一值时,同位素影响很小,从而澄清了同位素对热导率影响大小的争议。同时在输运性质计算的Monte Carlo方法中引入了位错的影响,发现位错对迁移率的影响也存在一临界值。针对功率型LED芯片,建立了利用准确的芯片热源模型计算芯片温度分布和热应力的方法。研究了基板的热导率和底板换热系数对芯片最高温度和最大应力的影响,指出综合考虑散热和成本,采用热导率为140 Wm-1K-1的硅基板是一个很好的选择。倒装芯片的研究发现,倒装芯片只有合理的设计键合区域才能改善芯片的散热性能。为了方便的对LED热阻进行测试,设计了一种简单易用的器件热阻测试方法——快速切换法,并基于此方法设计了LED热阻测试仪器。利用设计的热阻测试仪对车灯用大功率LED的热阻进行了测试,测试结果与器件标称值符合的较好。针对LED汽车前照灯设计了热测试实验系统。并设计了导热板、热管及直接热沉式的热控制方案。研究发现将LED直接置于热沉上的方案散热效果最优,热管方案次之,导热板方案最差。用6个LEWD1A型LED组成的前照灯的测试表明采用热沉式方案,总功率为40 W,室温时,LED结点温度为70 oC;环境温度升高为80 oC时,结点温度为123 oC,前照灯可以长时间正常工作。
王维航, 叶润涛, 郭妙泉, 余志平[10]1993年在《GaAs器件中载流子非稳态输运的蒙特卡罗模拟》文中研究指明本文用多粒子蒙特卡罗方法对GaAs器件中的载流子非稳态输运过程进行了模拟,解释了载流子速度过冲效应对亚微米器件性能的影响。给出了一种由P集电区、P~+缓变基区和AlGaAs/GaAs异质发射结组成的N~+P~+PN新结构,预计将对缩短基区-集电区渡越时间有明显的作用。
参考文献：
[1]. 载流子输运问题的蒙特卡罗模拟研究[D]. 侯永森. 大连理工大学. 2000
[2]. 利用蒙特卡罗方法研究THz辐射特性和光生载流子输运特性[D]. 李孟霞. 西安理工大学. 2006
[3]. Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体输运性质的蒙特卡罗模拟[D]. 余家新. 北京交通大学. 2007
[4]. 纤锌矿GaN载流子输运的蒙特卡罗模拟[D]. 张培增. 兰州大学. 2006
[5]. 亚微米尺寸GaAs MESFET器件输运性质的蒙特卡罗模拟[J]. 余家新, 吕燕伍, 赵明明, 庞许倩. 中国科技信息. 2007
[6]. MOS器件电离损伤的蒙特卡罗模拟研究[D]. 答元. 西安工业大学. 2011
[7]. 高能光子在半导体中输运的蒙特卡罗模拟研究[D]. 姚香檀. 西安工业大学. 2010
[8]. 有机聚合物中载流子输运性质的Monte Carlo模拟[D]. 董静娟. 河北师范大学. 2011
[9]. GaN基功率型LED器件及汽车前照灯散热研究[D]. 于新刚. 清华大学. 2008
[10]. GaAs器件中载流子非稳态输运的蒙特卡罗模拟[J]. 王维航, 叶润涛, 郭妙泉, 余志平. 半导体学报. 1993