進(jìn)化計(jì)算在半導(dǎo)體器件仿真中的應(yīng)用研究.pdf

1、半導(dǎo)體器件仿真是器件設(shè)計(jì)中影響成品率和成本的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。而目前常用的仿真方法和仿真軟件存在仿真時(shí)間較長(zhǎng)、所需計(jì)算機(jī)內(nèi)存較大的缺點(diǎn)，特別是在求解高維且強(qiáng)非線性的方程組時(shí)，很難獲得其準(zhǔn)確數(shù)值解。為此，引入進(jìn)化計(jì)算方法，采用再現(xiàn)群智能的粒子群優(yōu)化算法（PSO）進(jìn)行器件仿真，為器件仿真技術(shù)另辟蹊徑。本論文的主要工作如下： （1）器件仿真中常用方法分析。 在描述器件仿真的物理及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了半導(dǎo)體器件仿真中需要求解高維

2、且強(qiáng)非線性的方程組的傳統(tǒng)計(jì)算方法，闡述了經(jīng)離散化處理得到的線性方程組在系數(shù)矩陣為大型稀疏矩陣且病態(tài)時(shí)出現(xiàn)求解困難的情況，分析了常用的數(shù)值解法如高斯消去法、牛頓迭代法等對(duì)方程進(jìn)行求解的優(yōu)缺點(diǎn)；在考慮邊界條件的基礎(chǔ)上將半導(dǎo)體器件方程進(jìn)行離散化、線性化，得到矩陣方程，以便于進(jìn)一步求解。 （2）提出了基于文化粒子群優(yōu)化算法（CPSO）的器件仿真方法。 在PSO 算法基礎(chǔ)上，將文化算法（Cultural Algorithm）融入其

3、中，即利用文化算法的知識(shí)空間約束使得粒子在固定的優(yōu)秀空間中進(jìn)行尋優(yōu)，這樣可以減少搜索時(shí)間、加快收斂速度，同時(shí)還能避免陷入局部最優(yōu)，典例分析表明CPSO 算法遠(yuǎn)優(yōu)于基本PSO 算法。 （3）基于CPSO 算法的半導(dǎo)體器件仿真。 先采用有限差分法對(duì)半導(dǎo)體器件的偏微分方程組進(jìn)行離散化、線性化處理，即轉(zhuǎn)化成為一個(gè)大型稀疏矩陣方程；然后采用CPSO算法進(jìn)行迭代求解。通過(guò)對(duì)緩變PN 結(jié)的仿真，結(jié)果表明CPSO 算法優(yōu)越于牛頓迭代法和