半导体器件电离辐照损伤效应模拟的数值算法及应用

本文研究了半导体器件伽马辐照电离损伤效应定量物理模型系列算法,其中包括有限元空间离散、隐式时间积分以及非线性系统解耦迭代算法.算法有效地处理了电离损伤模型多组分、电-输运-反应多物理耦合以及强刚性等难点.基于三维并行有限元平台(PHG),我们完成了半导体器件电离辐照效应三维并行求解器TIDSim的研制.针对典型场效应晶体管NMOS、双极晶体管GLPNP进行了电离辐照损伤模拟,数值模拟结果与器件辐照实验数据吻合.     

纳米级MOSFET亚阈值区电流特性模型

基于纳米级金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件结构,从基本的漂移扩散方程出发,分别建立了亚阈值区漏极电流模型和栅极电流模型。其中将频率与偏置依赖性的影响显式地体现在模型中。通过对比分析发现亚阈值区漏极电流模型具有等比例缩小的可行性,栅极电流具有跟随性和频率依赖性。同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较,验证了模型准确性。     

关于抢电流逻辑(CHL)的二维分析和设计步骤

基本的抢电流逻辑元件(反相器)是一个带有附加收集极的横向晶体管,该收集极处在发射极 E 和输出收集极 C_0之间,即所谓控制收集极 C_1,图1(a—b)。反向偏置的 C_1,抢去了所注入的载流子,使得 C_0中只剩下漏泄电流,浮空条件下 C_1饱和,因此相当于一个发射极注入空穴被 C_0所收集。本文将指出用计算机模拟的办法,对该问题给予精确的求解,并且提供一个关于 CHL设计问题的一个简化模型。对于具有埋层,衬底和隔离扩散的单块PNP 晶体管的分析,证实了以下几个假设是正确的。CHL 线路(抢电流逻辑)通常采用中等     

基于Drift-Ah积分法的CKF估算锂电池SOC

锂电池荷电状态(SOC)是反映电池使用情况的重要参数之一.在锂电池实际工作过程中,电流传感器测量时的漂移电流会对SOC估计精度造成很大影响.对此,提出一种加入漂移电流的Drift-Ah积分法,建立SOC的噪声组合模型,并采用容积卡尔曼滤波算法(CKF)实现锂电池的SOC估计.最后,对锂电池进行模拟工况实验,仿真结果表明,所提出的估计算法可以有效抑制漂移电流的干扰,精度高且复杂度低.     

无线传感器网络LEACH协议的Petri网模型及性能分析

Petri网是分析网络协议一种有效的形式化建模工具,基于对无线传感器网络LEACH协议运行机制的分析,为协议建立广义随机Petri网(GSPN)性能模型,并用SPNP软件对建立的性能模型进行分析,模型数据验证了模型的有效性,同时讨论了性能模型对协议的低功耗改进所起的指导作用。     

基于ARIMA模型的光纤陀螺随机漂移滤波方法研究

对光纤陀螺随机漂移输出进行了非平稳性检验,并建立了非平稳求和自回归滑动平均(ARIMA)模型,在此模型的基础上对光纤陀螺随机漂移进行卡尔曼(Kalman)滤波,并对滤波结果进行Allan方差分析。与基于自回归(AR)模型的Kalman滤波结果进行比较,实验结果表明:基于ARIMA模型的Kalman滤波比基于AR模型的Kalman滤波更能减小光纤陀螺的零偏不稳定性和角度随机游走。     

基于压控单元的单电子晶体管宏模型

采用等效电路的方法,将单电子晶体管(SET)等效为由电容、电阻、多个压控电压源和压控电流源构成的电路,并从SET的结构出发,利用正统理论和量子力学理论,得到了单电子晶体管的电压与电流的关系.该模型可以较好模拟SET稳态时的工作状态,并可以由此出发,研究SET反相器和存储器电路,解决SET/MOS混合电路仿真的问题,对未来单电子电路的研究会有一定的帮助.     

三维半导体器件漂移扩散模型的并行有限元方法研究

本文设计了一种新的三维自适应迎风稳定化有限元方法(SUPG-IP),并对比研究了几种半导体器件模拟的并行有限元方法.数值模拟结果表明:稳定化有限元方法适用于大偏压以及高掺杂器件模拟;而经典的Zlamal有限元方法更适用于计算半导体器件的电学响应曲线.我们基于三维并行自适应有限元平台PHG开发了半导体器件漂移扩散模型求解器DevSim,并对几种典型的半导体器件进行了模拟测试.计算结果与商业软件Sentaurus吻合较好,验证了算法的有效性.我们对PN结进行了超大规模网格并行模拟测试,网格达8亿单元并使用2048进程计算,展示了算法良好的并行可扩展性.     

带漂移的单侧正规化回火分数阶扩散方程的三阶数值格式

研究带漂移的单侧正规化回火分数阶扩散方程的数值格式.基于已有的针对单侧正规化回火分数阶扩散方程的三阶拟紧算法,将该算法的思想应用于带漂移的单侧正规化回火分数阶扩散方程的数值模拟,导出数值格式.证明了数值格式的稳定性与收敛性,并通过数值试验验证了数值格式的有效性.     

基于小波去噪和AR建模的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种基于小波去噪和AR建模的MEMS陀螺组合数据处理方法.采用小波去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,自适应确定小波分解层数,提高了其信噪比.采用AR(autoregressive,自回归)模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模,利用平均均方预测误差确定模型的最佳阶数,并与传统的一阶马尔可夫模型进行了比较.实验结果表明,该组合数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测.     

均值漂移算法中的目标模型更新方法研究

均值漂移(Mean shift)是一种鲁棒的快速模式匹配算法, 但该算法框架下现有的整体模型更新策略不足以对场景中目标外观变化、遮挡等情况进行有效处理. 为此, 本文提出了一种Mean shift框架下的选择性子模型更新策略, 将特征模型中的每个分量作为单独个体, 基于每个分量的匹配贡献度, 分别选择当前帧中需要更新的子模型分量及其更新权值. 实验结果表明本文算法具有比整体模型更新策略更好的跟踪鲁棒性.     

LEO/MEO双层卫星网络的性能分析

基于模型方法和软件仿真方法,对一种低轨／中轨(LEO／MEO)双层卫星网络进行了性能分析．首先建立了双层卫星网络的广义随机Petri网(GSPN)模型,通过对模型进行分析和合理简化,采用SPNP4．0软件进行了网络性能分析．然后,将分析的结果与采用OPNET软件对LEO／MEO双层卫星网络模拟的结果进行比较,验证了模型分析方法的正确性,同时得到了一些新的结论．     

残差深度特征和漂移检测的核相关滤波跟踪

传统特征的片面性,传统跟踪模型对于模型漂移问题检测手段和补救措施的缺乏,限制着传统跟踪算法的性能.因此,本文提出了一种残差深度特征和漂移检测的核相关滤波跟踪算法.通过卷积神经网络提取分层特征,在卷积神经网络加入残差结构,连接不同的网络层,实现浅层和深层特征的融合.不需要人为设计特征融合方式,网络结构能够自动实现特征融合的功能.用深度特征区分目标和背景,比传统特征更具有分辨力,跟踪结果更精确;在预测当前帧的目标位置时,设计了一个响应强度下降计数器.计数器根据相邻连续帧响应强度的变化计数.每一帧根据计数器的数值判断是否出现模型漂移,并采取相对应的模型更新方案作为补救措施.响应强度下降计数器检测模型漂移的策略能够处理不同场景下跟踪目标的任务,实现鲁棒跟踪.在与当下的几种跟踪算法比较中,本文提出的跟踪算法在跟踪精度和鲁棒性都优于所对比的算法.     

基于ARMA模型和狼群算法的陀螺随机漂移建模研究

光纤陀螺的随机漂移误差是影响惯性导航系统精度的关键因素之一,根据陀螺随机漂移数据的数学模型进行补偿,可有效地提高系统精度.在大量实验的基础上建立陀螺随机漂移的自回归移动平均(ARMA)模型,同时使用长自回归模型法求解模型参数,再对参数进行优化.实验结果证明:经狼群算法优化后的陀螺随机漂移模型更加准确,建模精度相对于传统的时间序列分析法有了较大提高.研究内容对光纤陀螺随机漂移建模精度的提高有较好的参考价值.     

基于隐马尔可夫模型的陀螺仪漂移预测

针对陀螺仪实验数据的有限性和非平稳性,提出了基于自回归(AR)模型和隐马尔科夫模型(HMM)的陀螺漂移预测方法。首先利用AR模型参数能够敏感状态变化规律的特性,提取陀螺漂移数据的自回归系数作为特征量;然后对具有混合高斯输出的HMM进行训练;最后对陀螺仪的状态进行加权预测,改进了趋势预测的方法,解决了陀螺漂移在小样本数据条件下的预测问题。实验分析了加权模型阶数和HMM状态数对陀螺漂移预测结果的影响,并验证了预测方法的有效性。     

光纤陀螺随机漂移测试与建模

文中介绍了光纤陀螺(FOG)随机漂移的测试方法和实验设备,探讨了一种利用AIC准则和长自回归法建立随机漂移ARMA模型的新途径.利用实验平台对光纤陀螺输出信号进行了采集,对原始数据进行了平稳化处理,然后进行了光纤陀螺随机漂移ARMA建模实验,并通过白噪声检验验证了用新方法建立的ARMA模型具有很好的适用性.     

基于UKF的动力调谐陀螺随机漂移建模研究

随机漂移与陀螺结构及其工作环境存在非线性关系.文中对动力调谐陀螺(DTG)漂移时间序列采用AR模型进行参数粗估计,根据所建立的参数模型,采用UKF滤波方法进行滤波处理,由于UKF是一种较好的非线性滤波方法,它既消除了非线性对陀螺漂移的影响,同时克服了AR模型参数估计过程中参数不稳所带来的误差.实验结果表明,与传统的Kalman滤波方法相比,UKF对于陀螺漂移的随机项滤除效果更好.     

基于电磁力的FBG电流传感器研究

利用通电螺线管与永磁铁之间的作用力,提出了一种测量电流的方法.光纤Bragg光栅(FBG)在永磁铁的牵引下发生轴向应变,引起Bragg中心波长的漂移,通过解调中心波长漂移量对电流进行测量.实验中采取多匝数螺线管和小电流来模拟大电流,对0-3A的直流电流进行了测量.实验结果表明:中心波长漂移量与电流有很好的线性关系,线性...     

一种光纤陀螺随机漂移的非平稳时序建模法

为减小光纤陀螺的随机漂移,针对其弱非平稳的特点,采用时间序列分析法建立其模型.提出一种全局最优的模型阶次搜索算法,把二维搜索化为一维搜索,得到了模型阶次的一致性估计.提出了一种改进的参数估计算法,它将非线性参数估计过程转化为线性过程,使用正置与逆置漂移时序共同估计参数,以前向和后向模型的滤波误差平方和最小为参数估计的指标,在(p+1)维空间中求极小值.对实测漂移进行了趋势项、周期项、自相关和偏自相关等分析,采用3种方式分别建立其非平稳模型,验证了上述算法的有效性.建模结果同时表明:直接辨识漂移模型的方式优于工程中常用的将非平稳漂移中的确定性模型和平稳随机模型分别辨识的方式.     

基于数值模拟的扇形分裂漏磁敏场效应晶体管相对灵敏度研究

使用二维数值模拟求得了扇形分裂漏磁敏场效应晶体管(MAGFET)的相对灵敏度.通过有限元分析求解约束载流子输运的偏微分方程,描绘出沟道反型层中的静电势分布.磁场中扇形MAGFET的电流偏转量大于相应矩形MAGFET的电流偏转量,因此扇形MAGFET与已报导的矩形MAGFET相比具有灵敏度高的优势.模拟结果表明极长沟道器件的灵敏度几乎不变.所研制的N型沟道分裂漏MAGFET采用0.6 μm标准CMOS工艺制造,实测扇形MAGFET的最高灵敏度为3.77%/T.该数值模拟方法及其计算结果已用于CMOS磁敏传感器芯片的设计.