[发明专利]基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法

权利要求书

1.基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，具体按照如下步骤实施：

步骤1，根据PN结、MOSFET、BJT三种基本器件的结构与原理，建立与对应器件的特性数学模型；

步骤2，使用NumPy将步骤1建立的模型整合成完整的计算方案，并利用Python语言进行抽象化处理；

步骤3，将步骤2利用Python语言进行抽象化处理后的计算方案利用Python的PyQt5实现仿真平台的图形界面；

步骤4，选择所需仿真器件；

步骤5，确定步骤4选择的仿真器件的掺杂以及相关物理参数；

步骤6，将步骤5掺杂以及相关物理参数输入步骤2的经过处理的计算方案中，实现对中间结果的快速计算，并在步骤3的图形界面上实现数据可视化工作模型并进行仿真的可视化输出。

2.根据权利要求1所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

所述PN结的特性数学模型为：根据PN结的七种特性建立模型，具体为：

n区导带电子浓度为：

n区电势为：eφ_Fn＝E_F-E_Fi (2)，则：

N_D为n区净施主浓度，则n₀＝N_D，代入(1)后对两边取自然对数，得到：

对P区得：

热电压V_t＝0.0259，x_p x_n分别为空间电荷区宽度：

则：同样，根据MOSFET、BJT的特性建立数学模型。

3.根据权利要求2所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

步骤2.1，根据步骤1种建立的器件数学模型，抽取模型中参数，转化成代码语言，初始化化变量：

首先所有的特性规定默认温度为300K，衬底材料的不同，相关材料参数值为硅Si、锗Ge、砷化镓GaAs中任意一种，n_i本征载流子浓度，Eg禁带宽度，ε_S介电常数，D_p D_n P区与N区的扩散系数，τ_p0 τ_n0 P区与N区的少子寿命，均为默认值；

步骤2.2，利用Numpy组织数据，对步骤2.1的参数进行科学计算，形成计算方案；

步骤2.3，利用Python语言对计算方案进行抽象化处理。

4.根据权利要求3所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述步骤3中图形界面具体包括：

系统入口模块，是用于实现用户与系统交互的主界面，用于引导用户选择将要进入仿真的器件PN结、BJT、MOSFET；

器件特性仿真模块，包含五部分：标题栏，参数设置区，Matplotlib绘图展示区，快速运算结果区，功能按钮。

5.根据权利要求3所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述系统入口模块主要包括四个区域，分别为标题栏、Logo展示区、器件仿真入口与版权信息栏，器件仿真入口主要包括四个选项：PN_Junction，MOSFET，BJT与退出系统，前三个选项点击即可跳转至相关功能界面，点击退出系统将结束整个程序的监听循环，关闭应用。

6.根据权利要求5所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述步骤5为：

根据步骤4中选择的器件不同，确定对应的掺杂以及相关物理参数，在PN结中可选的材料有：硅、锗、砷化镓，选择完材料后，界面上的材料相关参数：本征载流子浓度，禁带宽度，介电常数，由系统填入，接下来要键入N区与P区的掺杂浓度，以及N区与P区对应的宽度，若有外加电压的情况下，则键入外加电压的大小。

7.根据权利要求6所述的基于数据模型的半导体器件物理可视化仿真平台设计方法，其特征在于，所述步骤6具体为：

完成步骤5的参数设置后，点击快速运算对后台计算中产生的中间参数进行输出，并且在窗口界面，直接获取；

选择完仿真项目后，点击开始仿真，后台对所有数据进行处理，最终通过窗口可视化展示出来，如需观察不同参数下对仿真结果的对比，直接调整数值，再次点击仿真即能在同一张画布中展示对比的仿真结果；

如果需对不同的项目进行仿真则需要点击清空画布，则重复上述操作。