3. Методика текущего контроля самостоятельной работы студентов

Контроль самостоятельной работы студентов осуществляется на лекционных и практических занятиях студентов по методикам, описанным в п.п. 1-2.

Фос текущего контроля Темы и варианты для выполнения практических занятий

Тема практического занятия №1: "Численное моделирование нестационарного процесса теплопроводности в неоднородном теле с использованием прямых методов решения СЛАУ".

Тема практического занятия №2: "Численное моделирование нестационарного процесса теплопроводности в неоднородном теле с учетом зависимости плотности мощности источников (стоков) тепла от температуры с использованием явной схемы".

Тема практического занятия №3: "Численное моделирование нестационарного процесса теплопроводности в неоднородном теле с учетом зависимости плотности мощности источников (стоков) тепла от температуры с использованием неявной схемы".

Тема практического занятия №4: "Численное решение фундаментальной системы уравнений полупроводника в диффузионно-дрейфовом приближении для моделирования стационарных процессов в p-n-переходе".

Цель: приобретение практического опыта разработки программных средств численного моделирования элементов микросистем в среде программирования системы инженерных расчетов MATLAB.

Содержание отчета о выполнении практических занятий

1. Постановка задачи

2. Дискретизация системы уравнений

3. Алгоритм решения задачи

4. Программа численного моделирования

5. Результаты моделирования

Варианты заданий для выполнения практических занятий

Моделирование динамики распределения температуры по координатам в неоднородной структуре, общий вид которой приведен на рисунке 1, с параметрами, приведенными в таблице 1.

Один вариант задания, выбранный из таблицы, используется обучающимся для выполнения практических занятий №№ 1-3.

Рисунок 1 – Общий вид неоднородной структуры

Таблица 1 – Варианты индивидуальных заданий №№ 1-3

№ п/п	L, мм	W, мм	Коэффициент теплопроводности k, Вт/(м К)	Плотность , кг/м3	Удельная теплоемкость C, Дж/(кг К)	Начальное и граничные условия (род) gt gxmin gxmax gymin gymax, К или К/м	Зависимость плотности мощности источников (стоков) тепла от температуры f(T), Вт/м3	Интервал времени t, c
	100 50 300	70 10 50 15 60 5 200 120 220 410	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 0(2) 0(2) 300(1) 300(1)	5108 (ИЗ №1) 5108/T (ИЗ №2,3)	10
	50 20 200	20 20 20 20 30 30 30 50 50 170	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 0(2) 0(2) 300(1) 300(1)	5108 (ИЗ №1) 5108/(T-273) (ИЗ №2,3)	10
	50 20 200	20 20 20 20 30 30 30 50 50 170	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	350(1) 350(1) 350(1) 350(1) 350(1)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	20
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	350(1) 350(1) 350(1) 350(1) 350(1)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	20
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	150(1) 200(1) 100(1) 0(2) 0(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	50
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	150(1) 150(1) 150(1) 10(2) -10(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	50
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	250(1) 250(1) 270(1) 50(2) -50(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	10
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 0(2) 0(2) 20(2) 20(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	70
	150 10 260	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 10 100 10 100 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	400(1) -10(2) 10(2) 20(2) 20(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	40
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	100(1) 0(2) 0(2) 0(2) 0(2)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	10
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	500(1) 0(2) 0(2) 0(2) 0(2)	-1107 (ИЗ №1) -1107/lgT (ИЗ №2,3)	15
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	400(1) 0(2) 0(2) 400(1) 0(2)	-1107 (ИЗ №1) -1107/lgT (ИЗ №2,3)	15
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	200(1) 0(2) 0(2) 200(1) 200(1)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	15
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) -50(2) -50(2) 300(1) 300(1)	1107 (ИЗ №1) 1107/lgT (ИЗ №2,3)	25
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 50(2) 50(2) 300(1) 300(1)	-1107 (ИЗ №1) -1107/lgT (ИЗ №2,3)	20
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 50(2) 50(2) 300(1) 0(2)	-1107 (ИЗ №1) -1107/lgT (ИЗ №2,3)	20
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 30 30 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 50(2) 50(2) 300(1) 0(2)	-1108 (ИЗ №1) -1108/lgT (ИЗ №2,3)	20
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 50 50 130	1000 100 200 100 300 10 10000	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	10000 100 1000 100 1000 100 300	300(1) 300(1) -20(2) -20(2) 300(1)	-1108 (ИЗ №1) -1108/lgT (ИЗ №2,3)	10
	30 150 230	10 10 20 10 50 10 20 50 50 130	300 100 200 100 300 10 300	10000 2000 1000 2000 1000 2000 300	1000 200 100 200 100 200 300	300(1) 300(1) -20(2) -20(2) 300(1)	1108 (ИЗ №1) 1108/lgT (ИЗ №2,3)	10

При выполнении практического занятия №4 необходимо выполнить постановку задачи, разработать дискретную модель, разработать алгоритм и программу численного моделирования, построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) и пространственные распределения электростатического потенциала и концентраций электронов и дырок для каждой точки ВАХ полупроводникового р-n-перехода со следующими основными параметрами:

Вариант № 1.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 2.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 150 нм.

Длина р-области – 250 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 210¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 3.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 310¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 4.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 250 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 310¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 5.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 150 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 510¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 6.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 210¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,65) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 7.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 250 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 210¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 710¹⁶ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,65) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 8.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 300 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 710¹⁶ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,65) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 9.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 270 К.

Вариант № 10.

Полупроводник – кремний.

Длина n-области – 150 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 710¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,7) В.

Температура кристалла – 330 К.

Вариант № 11.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,9) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 12.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 150 нм.

Длина р-области – 250 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,9) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 13.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 310¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,9) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 14.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 300 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 310¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,9) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 15.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 150 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 510¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,8) В.

Температура кристалла – 300 К.

Вариант № 16.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,8) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 17.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 250 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 210¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 710¹⁶ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,8) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 18.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 300 нм.

Длина р-области – 300 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 710¹⁶ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,8) В.

Температура кристалла – 350 К.

Вариант № 19.

Полупроводник – арсенид галлия.

Длина n-области – 200 нм.

Длина р-области – 200 нм.

Концентрация легирующей примеси в n-области – 110¹⁷ см^-3.

Концентрация легирующей примеси в р-области – 110¹⁷ см^-3.

Диапазон напряжений – (0 – 0,9) В.

Температура кристалла – 280 К.