ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2014, № 2 · МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Параллельные вычисления в задачах физико-топологического моделирования физических процессов в перспективных полупроводниковых приборах с учетом радиационного воздействия

В.К. Киселев1, С.В. Оболенский1, А.С. Пузанов1, А.В. Скупов1

1 ННГУ им. Н.И. Лобачевского, Россия
Полный текст УДК 004.4, 517.929, 621.382 EDN SBUZGT

Аннотация

В работе представлены результаты применения параллельных вычислений на графических процессорах при решении задачи переноса носителей заряда в полупроводниковых приборах с учетом радиационного воздействия. На примере квазигидродинамической модели последовательно рассмотрены сведение системы уравнений в частных производных к дифференциально-алгебраической задаче и численные методы ее решения. На примере решения тестовой задачи показана эффективность рассмотренных алгоритмов.

  • физико-топологическое моделирование полупроводниковых приборов
  • квазигидродинамическое приближение
  • параллельные вычисления на графических процессорах
  • численное решение систем дифференциально-алгебраических уравнений
  • моделирование радиационного воздействия на полупроводниковые приборы
  • physical and topological modeling of semiconductor devices
  • quasi-hydrodynamic approximation
  • parallel computing on graphics processors
  • numerical solution of differential-algebraic equations
  • modeling of radiation effects on semiconductor devices
Abstract (in English)

The paper presents the results of parallel computing on GPUs for the solving of the problem of charge transport in semiconductor devices taking into account the radiation effect. By the example of quasi-hydrodynamic model, the reduction of partial differential equations to the differential-algebraic problem and numerical methods for solving it are consistently considered. The efficiency of the considered algorithms is shown by the example of the the test problem solution.

Для цитирования

Киселев В.К., Оболенский С.В., Пузанов А.С., Скупов А.В. Параллельные вычисления в задачах физико-топологического моделирования физических процессов в перспективных полупроводниковых приборах с учетом радиационного воздействия // Журнал радиоэлектроники. – 2014. – № 2.

Литература

  1. Ricketts L.W. Fundamentals of Nuclear Hardening of Electronic Equipment. - Wiley-Interscience, 1972. - 548 P.
  2. Коршунов Ф.П., Гатальский Г.В., Иванов Г.М. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах. - М.: Наука и техника, 1978. - 232 с.
  3. Gwyn C.W., Scharfetter D.L., Wirth G.L. The analysis of radiation effects in semiconductor junction devices // IEEE Transactions on nuclear science. 1967. V.NS-14, №6. P.153-159.
  4. Gummel H.K. A self-consistent iterative scheme for one-dimentional steady - state transistor calculation // IEEE Transactions on electron devices. 1964. V.ED-11. P.455-465.
  5. Sandborn P.A., Rao A., Blakey P.A. An assessment of approximate nonstationary charge transport models used for GaAs device modeling // IEEE Transactions on electron devices. 1989. Vol.ED-36, №7. P.1244-1253.
  6. Demarina N.V., Obolensky S.V. Modeling of ionizing irradiation influence on Schottky-gate field-effect transistor // Microelectronics Reliability. 1999. Vol.39. P.1247-1263.
  7. Оболенский С.В. Предел применимости локально-полевого и квазигидродинамического приближений при расчетно-экспериментальной оценке радиационной стойкости субмикронных полупроводниковых приборов // Известия ВУЗов. Электроника. 2002. №6. С.31-38.
  8. Кудряшов Н.А., Кучеренко С.С., Сыцько Ю.И. Математическое моделирование фотоэлектрических процессов в полупроводниковых элементах при высоком уровне фотовозбуждения // Математическое моделирование. 1989. Т.1, №12. С.1-12.
  9. Gear C.W. Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations. - Englewood, New Jersey: Prentice Hall, 1971. - 253 P.
  10. Валиев К.А., Вьюрков В.В., Орликовский А.А. Кремниевая наноэлектроника: проблемы и перспективы // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. №6. С.7-22.
  11. Lundstrom M. Fundamentals of carrier transport. - Cambridge University Press, 2000. - 418 P.
  12. Боресков А.В., Харламов А.А. Основы работы с технологией CUDA. - М.: ДМК Пресс, 2010. - 232 с.
  13. Сандерс Д., Кэндрот Э. Технология CUDA в примерах: введение в программирование графических процессоров. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 232 с.
  14. Боресков А.В., Харламов А.А., Марковский А.А., Микушин Д.Н., Мортиков Е.В., Мыльцев А.А., Сахарных Н.А., Фролов В.А. Параллельные вычисления на GPU. Архитектура и программная модель CUDA. - М.: МГУ, 2012. - 336 с.
  15. Электронный ресурс http://www.nvidia.com
  16. Scharfetter D.L., Gummel H.K. Large-signal analysis of silicon Read diode oscillator // IEEE Transactions on electron devices. 1969. Vol.ED-16, №1. P.64-77.
  17. Ting Wei Tang Extension of the Scharfetter-Gummel algorithm to the energy balance equation // IEEE Transactions on electron devices. 1984. Vol.ED-31, №.12. P.1912-1914.
  18. Альшин А.Б., Альшина Е.А., Калиткин Н.Н., Корягина А.Б. Схемы Розенброка с комплексными коэффициентами для жестких и дифференциально-алгебраических систем // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2006. Т.46, №8. С.1392-1414.
  19. Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. М.: Мир, 1999. - 685 с.
  20. Электронный ресурс http://www.synopsys.com
  21. Rosenbrock H.H. Some general implicit processes for the numerical solution of differential equations // Comput. J. 1963. V.5, №4. P.329-330.
  22. Электронный ресурс http://www.intel.com
  23. Пузанов А.С. Перенос электронов в транзисторных структурах в сильных резконеоднородных электрических полях при воздействии потока квантов высоких энергий // Диссертационная работа на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. - Н.Новгород, 2011. - 162 с.