[发明专利]人体静电作用下半导体器件电热一体化分析方法

说明书

本发明公开了一种人体静电作用下半导体器件电热一体化分析方法。该方法步骤如下：1)建立半导体器件的求解模型，并采用曲六面体对模型进行剖分，得到模型的结构信息；2)将半导体器件接入到人体静电放电等效模型电路中去，实现半导体与外电路的联合求解，列出所需要的KVL、KCL方程并求解；3)对半导体器件内部的电热特性进行分析，得到当前时刻半导体器件内部的电压、电流分布和温度分布；4)将所求得的半导体器件内部的电流值带入到2)方程中，如果满足外电路的收敛精度，则输出此时半导体器件的电压、电流和温度值；如果不满足则继续进行迭代求解。本发明将半导体器件与人体静电外电路模型连接起来，能够快速得到器件内部电场分布和温度分布。

技术领域

本发明涉及半导体器件的瞬态电热效应分析技术领域，特别是一种人体静电作用下半导体器件电热一体化分析方法。

背景技术

电磁脉冲是一种瞬变电磁现象。人体静电注入到集成电路后，会导致电路的电击穿或者热击穿，甚至使设备完全损坏。集成电路和电子设备主要由半导体器件组成，电路的集成程度不断提高，对人体静电越来越敏感。如果静电放电发生在电子部件上，可导致电子部件的损坏；轻者击穿二极管，重则损坏集成电路。电路中的有源元件特别是半导体器件容易吸收辐射的电磁能量，容易受到电应力的影响，使器件内部电流剧烈增大，温度剧烈升高，从而失效，甚至损毁。为了采取有效措施对电子设备或者电子系统免受人体静电的危害，用软件仿真预测半导体器件特别是应用广泛的场效应管就有重要的理论意义和实用价值。

对半导体器件物理模型的数值仿真能够准确仿真半导体器件内部的电场分布和热分布，为电磁防护提供有效指导。针对半导体器件的仿真以模型划分，主要有经典模型、半经典模型和量子模型(何野，魏同立.半导体器件的计算机模拟方法[M].北京：科学出版社，1989.12)。经典模型就是求解漂移-扩散方程组，考虑到电磁脉冲中电参数为时变函数和热模型时间延续性的特点，采用时域方法更为合适，一般FDTD，FEM更常用。然而由于FDTD的Yee网格特性在模拟结构复杂的模型时受到限制。FEM应用到时域时每个时间步都涉及到对线性方程组的求解，计算量非常庞大，很浪费时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人体静电作用下半导体器件电热一体化分析方法，将半导体器件与人体静电外电路相结合后进行半导体器件电特性分析，从而快速得到器件内部电场分布和温度分布的方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种人体静电作用下半导体器件电热一体化分析方法，步骤如下：

第一步，建立半导体器件的求解模型，并采用曲六面体对模型进行剖分，得到模型的结构信息，包括六面体的单元信息及节点信息；

第二步，将半导体器件接入到人体静电放电等效模型电路中去，实现半导体与外电路的联合求解，列出所需要的KVL、KCL方程，利用牛顿迭代法求解所述方程；

第三步，对半导体器件内部的电热特性进行分析，得到当前时刻半导体器件内部的电压、电流分布和温度分布；

第四步，将所求得的半导体器件内部的电流值带入到第二步方程中，检验是否满足外电路求解收敛精度：如果满足，则输出半导体器件内部的电压、电流和温度值；如果不满足，则重复步骤二、三和四，直到满足收敛精度为止。

进一步地，第一步中所述采用曲六面体对模型进行剖分，具体为：采用ANSYS对半导体器件的物理模型进行剖分。

进一步地，第三步所述对半导体器件内部的电热特性进行分析，得到当前时刻半导体器件内部的电压、电流分布和温度分布，具体如下：

(1)从电流密度方程、电流连续性方程和泊松方程组成的漂移-扩散方程组出发，求解得到各节点的电场及电流分布，并由电场及电流分布得出各节点功率密度；

(2)建立半导体器件的热传导方程，将功率密度作为热源项代入该热传导方程中，求解得到各节点温度分布；