半导体论文设计思想

半导体器件中的泊松方程是描述电子和空穴在非平衡状态下的空间电荷分布和电势分布的基本方程，其数值求解是半导体器件模拟中的重要问题。追赶法（Sweeping method）是常用的求解半导体泊松方程的一种数值方法，其基本思想是通过将泊松方程转化为一组差分方程，并利用迭代求解法逐步追赶更新电势和空间电荷分布的结果。追赶法的基本过程如下：将泊松方程离散化为一组差分方程，通常采用有限差分法或有限元法等数值方法。初始化电势分布和空间电荷分布，通常可以采用均匀分布或给定的初始条件。通过迭代求解法逐步更新电势分布和空间电荷分布，直到收敛为止。根据求解结果计算器件的电流、电场和载流子浓度等物理参数，以评估器件的性能和可靠性。追赶法的优点是计算速度快、精度高、收敛稳定，适用于各种半导体器件的仿真计算。但其缺点是需要对差分方程进行合理的离散化和边界条件的处理，对计算精度和稳定性要求较高。总的来说，追赶法是求解半导体泊松方程的重要数值方法之一，可应用于半导体器件设计、制造和测试等领域。

半导体物理学的迅速发展及随之而来的晶体管的发明，使科学家们早在50年代就设想发明半导体激光器，60年代早期，很多小组竞相进行这方面的研究。在理论分析方面，以莫斯科列别捷夫物理研究所的尼古拉·巴索夫的工作最为杰出。在1962年7月召开的固体器件研究国际会议上，美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯（Keyes）和奎斯特（Quist）报告了砷化镓材料的光发射现象，这引起通用电气研究实验室工程师哈尔（Hall）的极大兴趣，在会后回家的火车上他写下了有关数据。回到家后，哈尔立即制定了研制半导体激光器的计划，并与其他研究人员一道，经数周奋斗，他们的计划获得成功。像晶体二极管一样，半导体激光器也以材料的p-n结特性为敞弗搬煌植号邦铜鲍扩基础，且外观亦与前者类似，因此，半导体激光器常被称为二极管激光器或激光二极管。早期的激光二极管有很多实际限制，例如，只能在77K低温下以微秒脉冲工作，过了8年多时间，才由贝尔实验室和列宁格勒（现在的圣彼得堡）约飞（Ioffe）物理研究所制造出能在室温下工作的连续器件。而足够可靠的半导体激光器则直到70年代中期才出现。半导体激光器体积非常小，最小的只有米粒那样大。工作波长依赖于激光材料，一般为～微米，由于多种应用的需要，更短波长的器件在发展中。据报导，以Ⅱ～Ⅳ价元素的化合物，如ZnSe为工作物质的激光器，低温下已得到微米的输出，而波长～微米的室温连续器件输出功率已达10毫瓦以上。但迄今尚未实现商品化。光纤通信是半导体激光可预见的最重要的应用领域，一方面是世界范围的远距离海底光纤通信，另一方面则是各种地区网。后者包括高速计算机网、航空电子系统、卫生通讯网、高清晰度闭路电视网等。但就目前而言，激光唱机是这类器件的最大市场。其他应用包括高速打印、自由空间光通信、固体激光泵浦源、激光指示，及各种医疗应用等。晶体管利用一种称为半导体的材料的特殊性能。电流由运动的电子承载。普通的金属，如铜是电的好导体，因为它们的电子没有紧密的和原子核相连，很容易被一个正电荷吸引。其它的物体，例如橡胶，是绝缘体 --电的不良导体--因为它们的电子不能自由运动。半导体，正如它们的名字暗示的那样，处于两者之间，它们通常情况下象绝缘体，但是在某种条件下会导电。

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半导体泊松方程追赶法是一种数值求解半导体器件中的泊松方程的方法。泊松方程在半导体器件的静态行为中扮演着极为重要的角色，求解泊松方程可以得到器件中的电场分布，从而预测器件的静态特性。半导体泊松方程追赶法是一种时间域的有限差分数值方法，可以用于求解时变的三维泊松方程。半导体泊松方程追赶法的基本思想是将泊松方程中的二阶空间导数变换为两个一阶导数，同时引入一个时间变量，将三维泊松方程转化为与时间有关的一维偏微分方程组。然后利用追赶法（类似于显式欧拉法），根据时间的顺序求解每个时间步上的方程，每步计算只需要考虑相邻两个时间步的解，从而大大提高了求解的速度。半导体泊松方程追赶法较为适用于求解中小型器件的三维泊松方程，求解精度较高，且速度较快，能够有效模拟半导体器件的电场分布。半导体泊松方程追赶法的主要优点是简单易懂，易于实现，并具有较高的求解速度，因此被广泛应用于半导体器件的数值模拟和设计。