[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

说明书

本发明公开了一种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，具体为：根据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；使用NumPy将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；利用Python的PyQt5实现仿真平台的图形界面；选择所需仿真器件；确定选择的仿真器件的掺杂以及相关物理参数；将掺杂以及相关物理参数输入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。本发明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，设计的平台能根据器件的参数，对器件特性仿真。

技术领域

本发明属于半导体器件物理仿真技术领域，涉及一种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。

背景技术

半导体器件物理模拟是从器件内部载流子的状态及运动出发，依据器件的几何结构及杂质分布，建立严格的物理模型及数学模型，运算得到器件的性能参数，这种方法能深刻理解器件内部的工作原理、能定量分析器件性能参数与设计参数之间的关系。

2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，在计划中明确指出在传统教育的基础上将信息技术和智能技术深度融入教育全过程，推动改进教学，将知识资源数字化、平面资源立体化。教育技术不能仅停留在学习环境，而要嵌入学习系统中去。

半导体技术和半导体产业的迅猛发展，需要大量技术技能型专门人才。市场对于人才的需求对于高校应用型技术人才的培养具有引导作用。随着电子、微电子、集成电路行业的快速发展，对从业人员的知识素养，技术水平也有了更高的要求。大学在对电子系学生教学过程中，《半导体物理与器件》是一门有着重要意义的专业基础课，但是该课程具有系统性，理论性强，概念抽象、物理公式多等特点，学生在学习理解的过程中会有一定困难。它的教学质量会对学生之后的专业课程学习产生直接的影响。

现代技术代码工具与传统课堂教学内容搭配，可以开发更加便捷，功能上对于《半导体物理与器件》教学更有针对性的半导体器件仿真平台，将理论授课和仿真、演示结合起来，真正实现计算机辅助教学，避免了只有课件的多媒体教学容易出现的把黑板搬到屏幕上的缺陷，使抽象的理论知识形象化，有利于学生对知识点的理解消化。

一些大型工业仿真软件虽然功能完善，但是不够灵活，并且大部分都需要支付高昂的费用才可使用，无法适应于课堂教学与学生的课后学习的特点。近年来，国内外一些高校利用计算软件搭建起不同专业课程实验仿真教学平台，进行仿真课程实验，在专业课程教学中收到了良好的教学效果，但在《半导体物理与器件》课程上的应用还相对较少。通过调研发现，已有国内高校开发的《半导体物理与器件》平台仿真特性还不够系统，功能也不够完善，界面交互也相对简陋。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，设计的平台能根据器件的参数，对器件特性仿真，之后利用Python中强大的Matplotlib绘图库实现仿真的动态可视化输出。

本发明所采用的技术方案是，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，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；