Реферат по предмету "Разное"


«Применение matlab для моделирования физических процессов»

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТВыпускная работа по«Основам информационных технологий» Магистранткафедры радиофизики Стамбакио Егор Руководители: профессор Борздов Владимир Михайлович старший преподавательКожич Павел Павлович Минск – 2009 г. Оглавление Оглавление 3Список обозначений 4Реферат на тему «Применение MATLAB для моделирования физических процессов» 5Введение 5Глава 1. Моделирование физических процессов. 5 1.1. Моделирование процессов переноса электронов в полупроводниках 5 1.2. Преимущества использования MATLAB для разработки программ моделирования процессов переноса частиц в полупроводниках 8Заключение. 9Список литературы. 9Предметный указатель. 11Интернет ресурсы. 12Личный сайт 13Граф научных интересов. 14Тестовые вопросы по основам информационных технологий. 15Презентация магистерской работы. 16Список литературы к выпускной работе. 17Приложение 1. Презентация магистерской диссертации. 18 ^ Список обозначений ИС – интегральная схема БИС – большая интегральная схемаСБИС – супербольшая интегральная схемаЭВМ – электронная вычислительная машинаСВЧ – сверхвысокие частоты^ Реферат на тему «Применение MATLAB для моделирования физических процессов» Введение Одним из важнейших этапов создания интегральных схем с субмикронными и нанометровыми размерами является физико-топологическое моделирование активных элементов интегральных схем. При этом при построении моделей, которые адекватно описывают процессы переноса носителей заряда в проводящих каналах очень малых (субмикронных) размеров, нужно учитывать влияние на дрейф носителей заряда специфических эффектов. Это связано, прежде всего, с созданием ультрабольших интегральных схем и полупроводниковых приборных структур с низкоразмерным электронным газом, изготавливаемых по промышленным технологиям. Основными особенностями численного моделирования переноса электронов в упомянутых выше структурах является необходимость учета квантовой природы носителей заряда. Несмотря на то, что в настоящее время основная масса дискретных полупроводниковых приборов и интегральных схем (ИС, БИС, СБИС) изготавливается на основе кремния (Si), большое количество научных исследований и публикаций в области полупроводников и полупроводниковых приборов посвящено исследованию арсенид галлиевых (GaAs) соединений. Это обстоятельство связано, во-первых с тем, что приборы на основе GaAs являются гораздо более быстродействующими, особенно при малых размерах образцов, и во-вторых, на основе этих соединений имеется возможность создавать квантоворазмерные полупроводниковые структуры, которые обладают, в принципе, еще более высоким быстродействием. Приборы и интегральные схемы на GaAs служат элементной базой для сверхскоростной и СВЧ - электроники. Для дальнейшего усовершенствования таких приборов и улучшения их характеристик необходимо проведение большого объема как теоретических, так и экспериментальных исследований. Хорошо известно, что численное моделирование позволяет сократить материальные затраты связанные с этим. В то же время многие из существующих и хорошо разработанных методов численного моделирования не могут быть использованы непосредственно для расчета электрофизических свойств квантоворазмерных структур и приборов.^ Глава 1. Моделирование физических процессов. 1.1. Моделирование процессов переноса электронов в полупроводниках Моделирование процессов переноса в полупроводниках методом Монте-КарлоАнализ зарубежных и отечественных литературных источников показал, что одним из наиболее перспективных в методов моделирования переноса электронов в полупроводниках является метод Монте-Карло. В настоящей работе при построении численной модели переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях использован многочастичный метод Монте-Карло.Целью работы является разработка модели переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях, разработка соответствующего алгоритма и реализующей его программы для расчета кинетических параметров, характеризующих перенос, и проведение вычислительного эксперимента по расчету дрейфовой скорости электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях многочастичным методом Монте-Карло.Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи: Сделать обзор доступных литературных источников по теме моделирования многочастичным методом Монте-Карло процессов переноса носителей заряда в полупроводниках, в частности в арсениде галлия (GaAs). Разработать модель переноса электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях на основе многочастичного метода Монте-Карло. Разработать алгоритм и соответствующую программу для расчета кинетических параметров, характеризующих перенос. Рассчитать частоты рассеяния для всех основных механизмов рассеяния электронов в GaAs в сильных электрических полях. В данной модели были учтены следующие механизмы рассеяния: рассеяние на акустических и оптических фононах, междолинное рассеяние и внутридолинное рассеяние Показать адекватность разработанной модели и ее программной реализации Провести вычислительный эксперимент по расчету дрейфовой скорости электронов в нелегированном GaAs в сильных электрических полях в интервале 0 ÷ 5 кВ/см в интервале температур 77 ÷ 300K.Метод Монте-Карло позволяет проводить моделирование различных физических процессов на микроскопическом уровне до тех пор, пока характеристические размеры области моделирования значительно превышают длины волн де-Бройля носителей заряда. В противном случае, для моделирования процесса переноса частиц в квантоворазмерных полупроводниковых средах, должны использоваться специальные квантово-механические методы. В то же время, как и при моделировании переноса носителей заряда в объемных полупроводниковых структурах, рассматриваемый метод можно применять и к квантоворазмерным структурам с 2D- и 1D-электронным газом, поскольку в этом случае существуют направления, вдоль которых движение частиц остается свободным. Эти обстоятельства делают метод Монте-Карло одним из наиболее перспективных подходов к моделированию электрофизических свойств квантовых слоев, проволок и ряда других структур наноэлектроники.При реализации метода Монте-Карло могут применяться два подхода: одночастичный и многочастичный. В первом из этих подходов рассматривается движение одной частицы, а во втором — движение ансамбля частиц. Использование этих двух подходов обусловлено, в первую очередь, необходимостью решения стационарных и нестационарных задач.При исследовании стационарных процессов можно, опираясь на эргодическую теорему, заменить ансамбль частиц одной частицей, достаточно долго следить за ее движением во времени и на основании этого вычислить все необходимые средние по времени кинетические параметры, характеризующие данный стационарный перенос. Преимущество такого подхода состоит в относительно простой программной реализации и достаточно низких требованиях к ресурсам ЭВМ.Задачи, требующие использования многочастичного подхода, возникают в ряде практически важных случаев. Во-первых, при изучении нестационарных процессов. Во-вторых, при моделировании процессов, где важно непосредственное взаимодействие между частицами. Чаще всего применяют разновидность многочастичного метода Монте-Карло, названную методом частиц. Суть этого метода заключается в том, что при расчете электрических полей в приборе все количество электронов в нем заменяется ансамблем порядка так называемых крупных частиц таким образом, чтобы их суммарный заряд был равен суммарному заряду электронов в моделируемой области, что позволяет учесть влияние пространственного распределения носителей заряда на электрическое поле в приборе. В то же время, при моделировании свободного пробега и рассеяния частица рассматривается как обычный электрон.Итак, под задачами, требующими применение многочастичного метода Монте-Карло, понимаются такие случаи, где необходимо знать среднее по ансамблю в каждый из определенных моментов времени. А под задачами, решаемыми одночастичным методом — такие, где достаточно проследить движение одной частицы, и провести усреднение по времени. На основании этого можно сделать вывод о том, что время является важнейшей переменной в каждом из рассмотренных методов моделирования, так как его необходимо фиксировать, как при вычислении среднего по времени в одночастичных задачах, так и при определении состояния ансамбля частиц в любой момент времени при многочастичном моделировании.^ 1.2. Преимущества использования MATLAB для разработки программ моделирования процессов переноса частиц в полупроводниках Использование программного комплекса MATLAB для реализации алгоритмов моделирования процессов переносаСистема MATLAB (сокращение от MATrix LABoratory - МАТричная Лаборатория) разработана фирмой The MathWorks, Inc. (США, г.Нейтик, шт. Массачусетс) и является интерактивной системой для выполнения инженерных и научных расчетов, которая ориентирована на работу с массивами данных. Система использует математический сопроцессор и допускает обращения к программам, написанным на языках Fortran, C и C++.Наиболее известные области применения системы MATLAB:• математика и вычисления;• разработка алгоритмов;• вычислительный эксперимент, имитационное моделирование;• анализ данных, исследование и визуализация результатов;• научная и инженерная графика;• разработка приложений, включая графический интерфейс пользователя.MATLAB – это интерактивная система, основным объектом которой является массив, для которого не требуется указывать размерность явно. Это позволяет решать многие вычислительные задачи, связанные с векторно-матричными формулировками, существенно сокращая время, необходимое для программирования на скалярных языках типа Fortran или C. Будучи ориентированной на работу с реальными данными, эта система выполняет все вычисления в арифметике с плавающей точкой, в отличие от систем компьютерной алгебры REDUCE, MACSYMA, DERIVE, Maple, Mathematica, Theorist, где преобладает целочисленное представление и символьная обработка данных.Система MATLAB – это одновременно и операционная среда и язык программирования. Одна из наиболее сильных сторон системы состоит в том, что на языке MATLAB могут быть написаны программы для многократного использования. Пользователь может сам написать специализированные функции и программы, которые оформляются в виде М-файлов. По мере увеличения количества созданных программ возникают проблемы их классификации и тогда можно попытаться собрать родственные функции в специальные папки. Это приводит к концепции пакетов прикладных программ (Application Toolboxes или просто Toolboxes), которые представляют собой коллекции М-файлов для решения определенной задачи или проблемы.В действительности Toolboxes – это нечто большое, чем просто набор полезных функ-ций; часто это результат работы многих исследователей по всему миру, которые объеди- няются в группы по самым различным интересам, начиная от нейтронных сетей, дифференциальных уравнений в частных производных, сплайн-аппроксимации, статистики и размытых множеств до проектирования робастных систем управления, теории сигналов, идентификации, а также моделирования линейных и нелинейных динамических систем с помощью исключительно эффективного пакета SIMULINK. Именно поэтому пакеты прикладных программ MATLAB Application Toolboxes, входящие в состав семейства продуктов MATLAB, позволяют находиться на уровне самых современных мировых достижений в разных областях науки и техники.Решающим критерием выбора системы MATLAB стали следующие факторы: оптимизированная для целей моделирования физических процессов структура данных, простота и высокая скорость обработки собранной статистической информации, большое разнообразие способов построения различных графиков и зависимостей из собранных статистических данных, простота и интуитивный интерфейс и программный язык. Таким образом в работе можно было проводить множество экспериментов, не отвлекаясь на сложности реализации расчетов. Заключение. Программный комплекс MATLAB является одним из лучших современных решений для организации математического моделирования физических процессов, в частности моделирования процессов переноса электронов в полупроводниках, а также проведения вычислительных экспериментов с собранными статистическими данными. Структура данных и оптимизированные вычислительные алгоритмы позволяют оперировать сложными формулами, не приводя данные к каким-либо типам данных, что дает возможность исследователю не отвлекаться от физической сути эксперимента, переложив работу по расчету, сбору статистических данных и их обработке на данный программный комплекс.^ Список литературы. Иващенко В. М., Митин В. В. Моделирование кинетических явлений в полупроводниках. Метод Монте-Карло. — Киев: Навукова думка, 1990. Жевняк О.Г. Моделирование методом Монте-Карло электронного переноса в n-канале кремниевого субмикронного МОП-полевого транзистора. Диссертация на соискание уч. степ. канд. физ.-мат. наук по специальности 01.04.04. Минск, 1996. Хокни Р., Иствуд Дж. Численное моделирование методом частиц. – М.: «Мир», 1987. Борздов В. М., Жевняк О. Г., Комаров Ф. Ф., Галенчик В. О. Моделирование методом Монте-Карло приборных структур интегральной электроники. Минск: БГУ 2007. http://mathworks.com^ Предметный указатель. Интернет ресурсы. http://www.research.ibm.com/DAMOCLES/ - разработка алгоритмов и программ по моделированию переноса электронов в полупроводниках;http://gss-tcad.sourceforge.net/ - графические методы моделирования различных физических свойств полупроводников;http://jas.eng.buffalo.edu/ – полезные программы для тестирования собственных алгоритмов моделирования процессов переноса;http://www.siborg.ca/descrip.html - программа моделирования свойств полупроводников при различных внешних условиях и воздействиях.^ Личный сайт http://estamb.narod.ru/ - личный сайт магистранта кафедры радиофизики Стамбакио Егора Сергеевича. Граф научных интересов. магистранта Стамбакио Е. С., факультет радиофизики и электроники. Специальность диссертации: физическая электроника. Смежные специальности Основная специальность Сопутствующие специальности 01.04.04Физическая электроника 1Полупроводниковая электроника и микроэлектроника. Физические основы электроники твердого тела. 01.04.01Приборы и методы экспериментальной физики Моделирование физических процессов. 01.04.03 Радиофизика Компьютерная радиофизика. Статистическая радиофизика 01.01.07 Вычислительная математика Параллельные вычисления.Численные методы. 01.01.05 Теория вероятностей и математическая статистика Вероятностно-статистическое моделирование 01.01.09 Дискретная математика и математическая кибернетика Теоpия и методы минимизации функций ^ Тестовые вопросы по основам информационных технологий. Вопрос №1 Виды моделирования физических процессов математическое моделирование компьютерное моделирование статистическое моделированиевсе верноВопрос №2 CSS стили загружаются дольше чем HTML не поддерживаются IE 6.0 могут выноситься в отдельный файл обязательны в любом HTML документе^ Презентация магистерской работы. presentation.ppt – презентация магистерской работы Список литературы к выпускной работе. Свиридова М.Ю. Текстовый редактор WORD // Academia, 2007. Несен А.В. Microsoft Word 2007: от новичка к профессионалу // Солон, 2007.^ Приложение 1. Презентация магистерской диссертации.


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Безпека в туристських походах
Реферат Чем я буду заниматься по окончанию занятий в спецгруппе
Реферат «утверждаю» Исполнительный директор но благотворительного фонда наследия Менделеева
Реферат Расчеты показателей привода лебедки
Реферат Маркетинговое исследование рыночной адекватности обновленной концепции делового издания Самарское
Реферат Несостоятельность банкротство индивидуального предпринимателя
Реферат Госы по гражданскому праву
Реферат Программа по концертмейстерскому классу
Реферат Панин, Николай
Реферат Пути повышения конкурентоспособности продукции предприятия на примере СЗАО Протрэйд 2
Реферат Профессиографические методы изучения профессий. Личностные методы изучения профессий
Реферат Мадлен Олбрайт
Реферат Характеристика Мцыри по поэме М.Ю. Лермонтова Мцыри
Реферат Право собственности и иные вещные права на жилые помещения
Реферат Ценные бумаги как объект гражданского права