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毕业论文-电磁波对带有外电路的半导体器件的作用，共115页，34515字
论文主要要求（如主要指标）：
编程实现半导体器件-电路联合仿真器，使之能进行半导体器件-电路的
联合仿真。
优化并测试所编制的程序。确保程序运行正确并有较高的运行速度。
通过数值仿真和理论分析，研究电磁波对半导体器件的作用。

中文摘要
随着电子技术的发展，电子系统所面临的电磁环境日益复杂，各种干扰
源严重影响着电子设备的正常工作。在这一背景下，论文对半导体器件在强
电磁脉冲作用下的失效情况进行了研究。
本文介绍了自主开发的半导体器件-电路联合仿真器。这种联合仿真器
通常由电路仿真器、半导体器件仿真器两部分组成。此二者由器件-电路耦
合算法联接在一起，组成一个整体。在本联合仿真器中，耦合算法采用收敛
性优良的分层牛顿法；电路仿真器采用网单文件输入外电路结构，采用改进
的节点电压法和完全 LU 分解法列写并求解电路方程；器件仿真器采用了已
有的考虑了多种高温强场效应的器件仿真器。在编写程序使之得出正确结果
的基础上，本文进一步优化了仿真器，使其运算速度提高了近一倍。本文还
采用退化、替代这两种方法对仿真器的正确性进行了测试，测试结果表明仿
真结果是正确的。
本文借助仿真程序分析了电磁脉冲对晶体管的作用。研究的内容包含以
下三个方面：一，双极晶体管在发射极注入电磁脉冲作用下的端口特性(包
括电流分配系数和输入电阻)；二，基极注入电磁脉冲对晶体管的作用，主
要包括阈值现象和烧毁所需能量的规律；三，三种典型外电路元件外电路对
晶体管烧毁过程的影响(限于脉冲从发射极注入的情况)。本文对得到的部分
结论给出了理论解释，以期未来能以此为依据调整器件结构、改变外电路形
式，从而提高晶体管对电磁脉冲耐受性。
关键词：半导体器件-电路联合仿真器；强电磁脉冲；烧毁；外电路

目录
中文摘要I
ABSTRACT ...... III
目录...... V
第一章 引言 1
1.1 问题的提出 .... 1
1.2 研究的内容 .... 1
1.3 研究实用价值 1
1.4 已有研究情况的概述 .... 2
1.4.1 半导体器件-电路联合仿真器 . 2
1.4.2 电磁脉冲对晶体管的作用....... 2
1.5 本课题所要解决的问题 3
1.5.1 编程构造一个仿真环境... 3
1.5.2 通过数值仿真和理论分析研究电磁脉冲对晶体管的作用 ... 3
第二章 半导体器件-电路联合仿真器综述及耦合算法 ... 5
2.1 概述 5
2.2 器件-电路耦合算法概述....... 5
2.3 分层牛顿法简介 .... 5
2.3.1 牛顿法 NRBB... 6
2.3.2 拟牛顿法 QNBB ...... 6
2.4 分层牛顿法的收敛性问题 .... 8
2.5 半导体器件－电路联合仿真器的实现 8
2.6 QNBB 法的程序流程..... 9
2.7 程序的优化.... 9
2.7.1 用前一时间点的 Jacobi 矩阵作为本时间点的 Jacobi 的初值 ...... 9
2.7.2 改变电极电压给定方式 10
2.7.3 电极电势预测 10
2.7.4 优化结果 10
2.8 程序的精度测试...11
2.8.1 测试的目的 .....11
2.8.2 测试内容 12
2.8.3 测试方法 12
2.8.4 测量结果 12
2.8.5 实验结论 17
2.9 程序的验证.. 19
2.9.1 退化法 .... 19
2.9.2 替代法 .... 25
2.9.3 验证结论 28
2.10 本章小结.... 28
第三章 半导体器件-电路联合仿真器之电路仿真器部分 .....29
3.1 电路仿真器部分概述.. 29
3.2 电路结构的输入.. 29
3.2.1 网单文件格式 29
3.2.2 网单文件举例 30
3.3 电路方程的列写.. 31
3.4 电路线性方程求解方法...... 31
3.5 程序的 C++类实现 ..... 31
3.5.1 程序中 C++类说明 31
3.5.2 类继承关系图 33
3.5.3 类创建关系图 33
3.6 本章小结...... 33
第四章 半导体器件-电路联合仿真器之器件仿真器部分 ..... 35
4.1 数值模型 ...... 35
4.2 数值模型的求解 .. 35
第五章 双极型晶体管在发射极注入 EMP 作用下的端口特性 ... 37
5.1 引言 ...... 37
5.2 数值计算模型 ...... 38
5.2.1 器件模型 38
5.2.2 数值模型 38
5.3 电流分配关系 ...... 39
5.3.1 电流分配系数 39
5.3.2 α≈1 的物理解释 . 40
5.4 输入电阻 ...... 44
5.4.1 晶体管在发射极注入电磁脉冲作用下的输入电阻类似于 p-i-n 管 ... 44
5.4.2 输入电阻随时间的变化. 46
5.4.3 输入电阻与脉冲幅度的关系. 48
5.5 结论 ...... 49
第六章 电磁脉冲对带有外电路的双极型晶体管的作用 ...... 51
6.1 引言 ...... 51
6.2 数值计算模型 ...... 52
6.2.1 器件模型 52
6.2.2 数值模型 52
6.3 基极电阻的影响 .. 52
6.4 集电极外接电压源的影响 .. 53
6.5 集电极电阻的影响 ...... 55
6.6 结论 ...... 56
第七章 基极注入强电磁脉冲对晶体管的作用 ...... 59
7.1 引言 ...... 59
7.2 数值计算模型...... 60
7.3 晶体管烧毁的电压阈值...... 60
7.3.1 在梯形脉冲作用下烧毁所需时间 60
7.3.2 输入电阻 60
7.3.3 器件的热斑 .... 62
7.3.4 脉冲波形的影响. ... 65
7.4 基极注入短脉冲烧毁所需能量.. 67
7.4.1 基极注入短脉冲烧毁所需能量和功率与脉宽的关系 67
7.4.2 双极型晶体管烧毁所需能量与强电磁脉冲注入位置的关系 .... 68
7.5 结论 ..... 69
第八章 结论 .......71
8.1 半导体器件-电路联合仿真器 .... 71
8.2 晶体管在发射极注入电磁脉冲作用下的端口特性 .. 71
8.3 电磁脉冲对带有外电路的晶体管的作用 .. 72
8.4 基极注入电磁脉冲对晶体管的作用.. 73
8.5 未来可进行的工作...... 74
插图索引 ....... I
表格索引 ......V
参考文献 ...VII
致谢 .... XI
声明 . XIII
附录 A 外文资料的调研阅读报告 .XV
Mixed-level device and circuit simulator.......XV
(LITERATURE REVIEW).......XV
I. BRIEF INTRODUCTION .....XV
II. TWO-LEVEL NEWTON ALGORITHM ....XVII
III. FULL-NEWTON ALGORITHM....... XXI
IV. CONCLUSION ... XXIV