Студентам > Курсовые > Моделирование распределения потенциала в МДП-структуре
Моделирование распределения потенциала в МДП-структуреСтраница: 2/4
(Dj)ij
= 1 j i+1,j - j ij - j i j - j i-1,j + 1 j i j+1 - j ij - j ij - j ij-1 =
h*i hi+1 hi
r*j rj+1 rj
= Ndij
+ Naij
Граничные условия
раздела сред
SiO2
e1
Для области V0j
yj+
½ x
½
ene0 ò(Ex(x
½ ,y) - E+x(0,y))dy + ene0 ò (Ey(x,yj+
½) - Ey(x,j- ½ ))dx =
yj-
½ 0
x
½ yj+½
= q ò ò (Nd + Na)dxdy
0
yj-½
Для области V`0j
yj+
½ x
½
ene0 ò(E-x(0,y)
- Ex(x -½,y))dy + ene0 ò (Ey(x,yj+½)
- Ey(x,j-½))dx = 0
yj-
½ 0
где E+x(0,y) и E-x(0,y) -предельные значения х
компоненты вектора
Е со стороны кремния и
окисла.Складывая равенства и
учитывая
условия:
ene0 dj + - e1e0 dj - = -Qss
dx
dx
имеем
yj+½ x½
ò (ene0Ex(x½,y)
- e1e0Ex(x-½,y)
- Qss(y))dy + ene0ò (Ey(x,yj+½)
+ Ey(x,yj-½))dx +
yj-½ 0
0
x½ yj+½
+ e1e0 ò (Ey(x,yj+½)
- Ey(x,yj-½))dx = q ò ò (Nd + Na)dxdy
x-½
0 yj-½
Сделав относительно Ex и Ey предположения
анологичные (**) положив Qss(y) = Qss
= const при yj-½ < y < yj+½ и учитывая условия
:
j+ = j- dj + = dj -
dy dy
“+”- со стороны кремния
“-“ - со стороны окисла
Получим :
ene0(Ex)½,j
- e1e0(Ex)-½,j
- Qss r*j + ene0h1 + e1e0h-1 . (Ey)0,j+½ - (Ey)0,j-½ =
2
2
= q (Nd0j
- Na0j) h1r*j
2
что можно записать :
1 ene0 jij -j0j - e1e0 j0j - jij + ene0h1
+ e1e0h-1 j0,j+1 - j0j - j0j - j0,j-1 =
h*
h1 h-1 2h*r*j
rj+1 rj
= - q (
Nd0j - Na0j ) . h1 - Qss
2
h* h*
где h*
= h1 + h-1
2
Общий алгоритм численого
решения задачи
Метод установления
Для
вычисленя решений многих решений многих многих стационарных задач
математической физики, описывающих равновесные состояния, рассматриватривают
последнии как результат установленияразвивающегося во времени процесса, расчёт
которых оказывается проще, чем прямой расчёт равновесного состояния.
Рассмотрим
применение метода установления на примере алгоритма для вычисления решения
задачи Дирихле:
LxxUmn
+ LyyUmn
= j(xm,yn)
(1)
Umn|г =
Y(smn)
m,n = 1,2,...,M-1
аппроксимирующий
дифференциальную задачу Дирихле:
d2U + d2U = j(x,y)
0<= x <=1
dx2 dy2
(2)
U|г = Y(s)
0<= y <=1
Вслучае
задачи (1) удаётся провести теоретический анализ различных алгоритмов
установления с помощью конечных рядов Фурье.
Способыточного
решения задачи (1) выдерживающие обобщения на случай переменных
коэффициенто и областей скриволинейной границей, например, метод исключения
Гаусса , при сколько-нибудь больших и становится неудобным и не применяются.
Решение U(x,y) Задачи (2) можно
понимать как не зависящую от времени температуру в точке (x,y) пластинки, находящейся
в теплолвом равновесии. Функция j(x,y) и
Y(s) означаютв таком случае
соответственно распределения источников тела и температуру на границе.
Рассмотрим
вспомогательную нестационарную задачу о распределении тепла:
dV = d2V
+ d2V - j(x,y)
dt
dx2 dy2
V|г = Y(s) (3)
V(x,y,0) = Y0(x,y)
где j и Y те же что и в задаче (2),
а Y0(x,y) - произвольная.
Поскольку
источники теплп j(x,y) и температура на границе
Y(s) не зависит от времени,
то естественно, что и решение V(x,y,t) с течением времени будет
менятся всё медленнее, распределение температур V(x,y,t) в пределе при
t àOO превращается в
равновесное распределение тмператур U(x,y), описываемое задачей (2).
Поэтому вместо стационарной задачи (2) можно решать нестационарную
задачу (3) до того времени t, пока её решение перестаёт менятся в пределах
интересующей нас точности. В этом состоит идеал решения стационарных задач
методом установления.
В
соответствии с этим вместо задачи (2) решается задача (3), а
вместо разностной схемы (1) для задачи (2) рассмотрим и составим
три различные разностные схемы для задачи (3).
Именно,
рассмотрим простейшую явную разностною схему:
Up+1mn
- Upmn = LxxUpmn
+ LyyUpmn
- j(xm,yn)
t
Up+1mn|г = Y(smn)
(4)
U0mn
= Y0xm,yn)
Рассмотрим
так же простейшую неявную разностную схему:
Up+1mn
- Upmn = LxxUp+1mn
+ LyyUp+1mn
- j(xm,yn)
t
Up+1mn|г = Y(smn)
(5)
U0mn
= Y0(xm,yn)
и исследуем схему
применения направлений
U’mn
- Upmn = 1 [ LxxU’mn
+ LyyUpmn
- j(xm,yn)]
t
2
Up+1mn
- U’mn = 1 [ LxxU’mn
+ LyyUp+1mn
- j(xm,yn)]
t
2 (6)
Up+1mn|г = U’mn|г = Y(smn)
U0mn
= Y0(xm,yn)
Будем
считать, что Y0(xm,yn) по уже известному
Up={Upmn} для схемы (4)
оссуществляется по уже явным формулам.
Вычисление Up+1
= {Up+1mn} по схеме (5) требует решения задачи :
LxxUp+1mn
+ LyyUp+1mn
- Up+1mn = j(xm,yn)
- Upmn
t t
(7)
Up+1mn|г = Y(smn)
Вычисление Up+1
= {Up+1mn} по уже известным Up = {Upmn} по схеме (6)
осуществляется прогонками в направлении оси OX для вычисления решений
{U’mn} одномерных задач при
каждом фиксированом n, а затем прогонками в направлнии оси OY для вычисления решений
{Up+1mn} одномерных задач при
каждом фиксированом m.
Для каждой
из двух разностных схем (4) и (6) рассмотрим разность для счёта
погрешностеи вычислений:
epmn = Upmn
- Umn
между сеточной функцией
Up
= {Upmn} и точным решением U = {Umn} задачи (1).
Решение {Umn} задачи (1)
удовлетворяет уравнениям:
Upmn
- Umn = LxxUmn
- j(xm,yn)
t
Umn|г = Y(smn)
U0mn
= Umn
Вычитая
эти равенства из (4) почленно, получим для погрешности epmn следующую разностную
задачу:
ep+1mn - epmn = Lxxepmn + Lyyepmn
t
ep+1mn|г =
0 (9)
e0mn = Y0(xm,yn)
- Umn
Сеточная
функция epmn при каждом p (p=0,1,...) обращается в ноль на
границе Г.
Метод переменных
направлений
Рассмотрим
двумерное уравнение теплопроводности:
 dU = LU + f(x,t) , xÎG02
, tÎ[0,t0]
dt
U|г =
m(x,t)
(1)
U(x,0) = U0(x)
| 
Главная
Документация
Файлы
Информация
