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用于真实蛋白质结构预测的一种新的优化方法 被引量:9
1
作者 卢本卓 王存新 王宝翰 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2003年第2期117-121,共5页
用“相对熵”作为优化函数 ,提出了一个有效快速的折叠预测优化算法 .使用了非格点模型 ,预测只关心蛋白质主链的走向 .其中只用到了蛋白质主链上的两两连续的Cα 原子间的距离信息以及 2 0种氨基酸的接触势的一个扩展形式 .对几个真实... 用“相对熵”作为优化函数 ,提出了一个有效快速的折叠预测优化算法 .使用了非格点模型 ,预测只关心蛋白质主链的走向 .其中只用到了蛋白质主链上的两两连续的Cα 原子间的距离信息以及 2 0种氨基酸的接触势的一个扩展形式 .对几个真实蛋白质做了算法测试 ,预测的初始结构都为比较大的去折叠态 ,预测构象相对于它们天然结构的均方根偏差 (RMSD)为 5~ 7 .从原理上讲 ,该方法是对能量优化的改进 . 展开更多
关键词 蛋白质 结构预测 折叠预测 相对熵 优化方法 非格点模型 三级结构 氨基酸序列
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生物分子模拟中的静电计算 被引量:8
2
作者 彭波 李翰林 卢本卓 《计算物理》 CSCD 北大核心 2015年第2期127-159,共33页
在分子尺度上对生物系统的研究主要通过模拟生物分子间的相互作用来完成.在众多的分子间相互作用中,静电相互作用及其重要,对它的定量计算是了解生物分子的溶剂化效应、生物分子折叠和酶催化作用等的一个中心课题.本综述着重介绍用于计... 在分子尺度上对生物系统的研究主要通过模拟生物分子间的相互作用来完成.在众多的分子间相互作用中,静电相互作用及其重要,对它的定量计算是了解生物分子的溶剂化效应、生物分子折叠和酶催化作用等的一个中心课题.本综述着重介绍用于计算溶剂化效应的泊松-玻尔兹曼模型,包括模型的理论基础、发展历程、数值求解方法、及在分子生物学研究中的应用等.同时,也介绍泊松-玻尔兹曼模型的一种近似模型,广义玻恩模型. 展开更多
关键词 泊松-玻尔兹曼方程 广义玻恩模型 溶剂化效应 边界元 有限元
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胰岛素六聚体在水溶液中的稳定性研究 被引量:3
3
作者 王维宴 卢本卓 +1 位作者 陈慰祖 王存新 《化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2002年第12期2129-2134,共6页
用分子动力学(MD)模拟方法设计了两个模拟时间为 60 0ps的对比计算机模拟实验,研究了R6态的胰岛素六聚体在水溶液中的稳定性以及苯酚和锌离子对结构稳定性的影响.通过对MD模拟所得到的轨迹的分析发现,在维系胰岛素六聚体稳定性的因素中... 用分子动力学(MD)模拟方法设计了两个模拟时间为 60 0ps的对比计算机模拟实验,研究了R6态的胰岛素六聚体在水溶液中的稳定性以及苯酚和锌离子对结构稳定性的影响.通过对MD模拟所得到的轨迹的分析发现,在维系胰岛素六聚体稳定性的因素中,静电相互作用和氢键起着主要的作用.对于包含锌离子和苯酚的体系,胰岛素六聚体的稳定性得到了增强;对不含锌离子和苯酚的体系,胰岛素六聚体的稳定性明显减弱,在这种情况下,胰岛素六聚体还表现出解聚的倾向. 展开更多
关键词 水溶液 胰岛素六聚体 分子动力学模拟 结构稳定性
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从对接结构中挑选近天然构象的新方法
4
作者 于永辉 李春华 +2 位作者 卢本卓 陈慰祖 王存新 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2003年第8期757-761,共5页
分析了包含静电能(ΔEele)、去水化自由能(ΔGACE)以及范德华能(ΔEvdw)的打分函数在蛋白质-蛋白质对接中评价近天然构象的能力.对17种蛋白质复合物对接体系进行打分的结果表明,包含范德华能的打分函数(ΔEele+ΔGACE+ΔEvdw)比通常的... 分析了包含静电能(ΔEele)、去水化自由能(ΔGACE)以及范德华能(ΔEvdw)的打分函数在蛋白质-蛋白质对接中评价近天然构象的能力.对17种蛋白质复合物对接体系进行打分的结果表明,包含范德华能的打分函数(ΔEele+ΔGACE+ΔEvdw)比通常的打分函数(ΔEele、ΔGACE、ΔEele+ΔGACE、ΔEele+ΔEvdw、ΔGACE+ΔEvdw)具有更好的区分近天然构象的能力.进一步的研究表明,优化(EM)对接体系后再进行打分,上面几种打分函数对对接结构的评价效果都有不同程度的改善,其中打分函数(ΔEele+ΔGACE+ΔEvdw)有更明显的改善.为了进一步确定候选结构中的近天然构象,以一种蛋白质复合物为例,对候选结构进行分子动力学(MD)模拟,根据MD轨迹中构象相对于初始构象的平方平均偏差(MSD)随时间的变化来辅助打分函数排除错误构象,得到了较好的结果. 展开更多
关键词 对接结构 近天然构象 打分函数 范德华能 能量优化 分子动力学 分子势能
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胰岛素六聚体在水溶液中的构象柔性研究
5
作者 王维宴 卢本卓 +1 位作者 陈慰祖 王存新 《生物物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2003年第1期35-40,共6页
用分子动力学(MD)模拟方法设计了两个模拟时间为600 ps的对比计算机模拟实验,研究了R6态的胰岛素六聚体在水溶液中的构象柔性。通过对MD模拟所得到的轨迹的分析发现,包含锌离子和苯酚的胰岛素六聚体体系的构象柔性弱于不含锌离子和苯酚... 用分子动力学(MD)模拟方法设计了两个模拟时间为600 ps的对比计算机模拟实验,研究了R6态的胰岛素六聚体在水溶液中的构象柔性。通过对MD模拟所得到的轨迹的分析发现,包含锌离子和苯酚的胰岛素六聚体体系的构象柔性弱于不含锌离子和苯酚的胰岛素六聚体体系,对于不包含锌离子和苯酚的体系,胰岛素六聚体的构象柔性表现得较为突出,特别是在实验研究认为与胰岛素和受体结合位点有关的每个单体的B链羧端的β折叠部分,发生了快速而显著的构象变化,表现出了很大的构象柔性。这些模拟结果与实验观测结果相吻合。 展开更多
关键词 胰岛素六聚体 分子动力学模拟 构象柔性
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缺失数据下蛋白质多结构叠加的迭代方法
6
作者 路建波 高华方 +2 位作者 张世华 卢本卓 马旭 《中国生物化学与分子生物学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第6期630-637,共8页
蛋白质三维结构叠加面临的主要问题是,参与叠加的目标蛋白质的氨基酸残基存在某些缺失,但是多结构叠加方法却大多数需要完整的氨基酸序列,而目前通用的方法是直接删去缺失的氨基酸序列,导致叠加结果不准确。由于同源蛋白质间结构的相似... 蛋白质三维结构叠加面临的主要问题是,参与叠加的目标蛋白质的氨基酸残基存在某些缺失,但是多结构叠加方法却大多数需要完整的氨基酸序列,而目前通用的方法是直接删去缺失的氨基酸序列,导致叠加结果不准确。由于同源蛋白质间结构的相似性,因此,一个蛋白质结构中缺失的某个区域,可能存在于另一个同源蛋白质结构中。基于此,本文提出一种新的、简单、有效的缺失数据下的蛋白质结构叠加方法(ITEMDM)。该方法采用缺失数据的迭代思想计算蛋白质的结构叠加,采用优化的最小二乘算法结合矩阵SVD分解方法,求旋转矩阵和平移向量。用该方法成功叠加了细胞色素C家族的蛋白质和标准Fischer's数据库的蛋白质(67对蛋白质),并且与其他方法进行了比较。数值实验表明,本算法有如下优点:(1)与THESEUS算法相比较,运行时间快,迭代次数少;(2)与PSSM算法相比较,结果准确,运算时间少。结果表明,该方法可以更好地叠加缺失数据的蛋白质三维结构。 展开更多
关键词 蛋白质结构叠加 蛋白质结构比对 迭代算法 缺失数据
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基于高斯曲率的蛋白质嵌入到对称低温电镜密度图的方法
7
作者 路建波 高华方 +1 位作者 卢本卓 马旭 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1881-1887,共7页
为了解决低温电镜三维重构得到的对称生物大分子三维结构分辨率低的问题,提出一种新的基于高斯曲率计算的自动化的方法.通过计算生物分子表面的高斯曲率和优化模型等数学方法把单个蛋白质或其他亚基嵌入到对称的低温电镜密度图中,通过... 为了解决低温电镜三维重构得到的对称生物大分子三维结构分辨率低的问题,提出一种新的基于高斯曲率计算的自动化的方法.通过计算生物分子表面的高斯曲率和优化模型等数学方法把单个蛋白质或其他亚基嵌入到对称的低温电镜密度图中,通过计算蛋白质和对称低温电镜密度图的离散高斯曲率来定义特征点,对低温电镜密度图,利用K-means分类来定义相应的特征点.用均方根偏差值、曲率的交叉关联系数和优化模型来匹配对应的特征点,用最小二乘法计算旋转矩阵和平移向量.最后,用同样的方法把其他部分也嵌入到对称的生物大分子中.给出了椭球体x^2+y^2/2+z^2/3=1的解析高斯曲率和数值计算的高斯曲率的比较、蛋白质1DOR的高斯曲率计算和特征点的计算结果、蛋白质1DOR和2REC的分子装配结果可视化.数值实验结果表明所提出来的一系列的方法是准确和有效的. 展开更多
关键词 大分子结构 低温电镜 表面高斯曲率 优化模型
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双极器件LPNP辐照损伤效应的并行有限元数值模拟
8
作者 王芹 马召灿 +2 位作者 李鸿亮 张林波 卢本卓 《系统仿真学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期2376-2382,共7页
在基于漂移扩散模型的半导体器件仿真模拟中,采用Zlamal有限元方法进行数值离散,结合提出的电离损伤耦合模型,对横向PNP(LPNP)双极晶体管(BJT,bipolar junction transistors)的电离损伤效应进行模拟。基于三维并行自适应有限元软件平台P... 在基于漂移扩散模型的半导体器件仿真模拟中,采用Zlamal有限元方法进行数值离散,结合提出的电离损伤耦合模型,对横向PNP(LPNP)双极晶体管(BJT,bipolar junction transistors)的电离损伤效应进行模拟。基于三维并行自适应有限元软件平台PHG(Parallel Hierarchical Grid)实现了模型和算法,并通过数值计算的方式成功模拟出了LPNP受电离辐射影响后出现的基极电流增大及电流增益退化的现象。进行了网格规模达1亿单元、并行规模达1024进程的大规模数值实验,展示了算法良好的并行可扩展性。 展开更多
关键词 Zlamal有限元 辐照损伤效应 LPNP晶体管 并行数值模拟
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电离损伤效应漂移扩散模型的数值算法和应用
9
作者 马召灿 李鸿亮 卢本卓 《太赫兹科学与电子信息学报》 2021年第6期1126-1133,共8页
针对半导体器件中的氧化物由于辐射电离损伤所产生的界面陷阱和体缺陷的模型,采用向后欧拉方法处理时间离散,采用线性化的方法处理带反应项的非线性漂移扩散反应方程,完成了氧化金属–绝缘层–半导体结构(MIS)中二氧化硅层产生界面缺陷... 针对半导体器件中的氧化物由于辐射电离损伤所产生的界面陷阱和体缺陷的模型,采用向后欧拉方法处理时间离散,采用线性化的方法处理带反应项的非线性漂移扩散反应方程,完成了氧化金属–绝缘层–半导体结构(MIS)中二氧化硅层产生界面缺陷和体缺陷的数值模拟。该算法在三维并行自适应有限元软件平台(PHG)上编程实现,模拟的数值结果与电离损伤实验中所出现的低剂量增强效应和在不同氢气浓度条件下的数据相符合。针对模拟结果给出了对应模型的结果分析。 展开更多
关键词 电离损伤效应 氧化物缺陷 界面缺陷 并行有限元
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Mutants only Partially Represent Characteristics of Calcium-ReleaseActivated Calcium Channel Gating 被引量:1
10
作者 Jun Huo Ben-zhuo Lu Hao Dong 《Chinese Journal of Chemical Physics》 SCIE CAS CSCD 2021年第6期915-924,I0005,共11页
Calcium-release-activated calcium(CARC)channels are one of the major pathways of calcium entry in non-excitable cells.Despite a decade or two of research,its regulatory mechanism is not yet thoroughly understood.The s... Calcium-release-activated calcium(CARC)channels are one of the major pathways of calcium entry in non-excitable cells.Despite a decade or two of research,its regulatory mechanism is not yet thoroughly understood.The slow progress is due to the complexity of its pores(i.e.,Orai)on one hand and the difficulty in capturing its regulatory complex on the other hand.As a result,possible gating mechanisms have often been speculated by exploring the structure and properties of constitutive open mutants.However,there is much debate about how they can truly reflect the gating of CRAC channels under physiological conditions.In the present study,we combined molecular dynamics simulations with free energy calculations to study three dOrai mutants(G170P,H206A,and P288A),and further calculated their current-voltage curves.Results show that these constructs adopt different approaches to maintain their conductive state.Meanwhile they have unique pore structures and distinctive rectification properties and ion selectivity for cations compared to wild-type pores.We conclude that although the mutants may partially capture the gating motion characteristics of wild-type pores,the information obtained from these mutants is likely not a true reflection of CRAC channel gating under physiological conditions. 展开更多
关键词 Calcium-release-activated calcium channel Gating mechanism Molecular dynamics simulations MUTANT Free energy profile
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Improvements in continuum modeling for biomolecular systems
11
作者 乔瑜 卢本卓 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第1期333-338,共6页
Modeling of biomolecular systems plays an essential role in understanding biological processes, such as ionic flow across channels, protein modification or interaction, and cell signaling. The continuum model describe... Modeling of biomolecular systems plays an essential role in understanding biological processes, such as ionic flow across channels, protein modification or interaction, and cell signaling. The continuum model described by the Poisson- Boltzmann (PB)/Poisson-Nernst-Planck (PNP) equations has made great contributions towards simulation of these pro- cesses. However, the model has shortcomings in its commonly used form and cannot capture (or cannot accurately capture) some important physical properties of the biological systems. Considerable efforts have been made to improve the con- tinuum model to account for discrete particle interactions and to make progress in numerical methods to provide accurate and efficient simulations. This review will summarize recent main improvements in continuum modeling for biomolecu- lar systems, with focus on the size-modified models, the coupling of the classical density functional theory and the PNP equations, the coupling of polar and nonpolar interactions, and numerical progress. 展开更多
关键词 Poisson-Boltzmann equation Poisson-Nernst-Planck equations ionic size effects density func-tional theory
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边界元法与广义Langevin动力学相结合的模拟方法 被引量:2
12
作者 卢本卓 陈慰祖 王存新 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第14期1482-1486,共5页
提出了将水化力加到广义Langevin方程中的新的模拟方法(GLDBEM).水化力通过边界元方法(BEM)求出,包括溶质分子与表面诱导电荷的Coulomb相互作用和溶剂对分子表面的压力,摩擦记忆函数采用指数模型.以环... 提出了将水化力加到广义Langevin方程中的新的模拟方法(GLDBEM).水化力通过边界元方法(BEM)求出,包括溶质分子与表面诱导电荷的Coulomb相互作用和溶剂对分子表面的压力,摩擦记忆函数采用指数模型.以环苞霉素A(CPA)为研究对象,并将GLDBEM模拟结果与分子动力学(MD)模拟和通常的随机动力学(SD)模拟结果作了比较.结果表明GLDBEM模拟方法对研究分子的结构和动力学性质均比SD模拟有明显改善. 展开更多
关键词 边界元法 模拟 广义Langevin动力学 生物大分子
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并行自适应有限元软件平台PHG及其应用 被引量:11
13
作者 张林波 郑伟英 +3 位作者 卢本卓 崔涛 冷伟 林灯 《中国科学:信息科学》 CSCD 北大核心 2016年第10期1442-1464,共23页
PHG(parallel hierarchical grid)是一个由中国科学院"科学与工程计算国家重点实验室"研制的开源并行自适应有限元程序开发平台.与国际上其他同类型软件相比,其主要特征有:(1)提供基于最新顶点单元二分的非结构协调四面体网... PHG(parallel hierarchical grid)是一个由中国科学院"科学与工程计算国家重点实验室"研制的开源并行自适应有限元程序开发平台.与国际上其他同类型软件相比,其主要特征有:(1)提供基于最新顶点单元二分的非结构协调四面体网格并行局部加密;(2)支持h-p自适应有限元计算;(3)支持大规模并行和动态负载平衡;(4)提供大型稀疏线性方程组直接求解和灵活的预处理迭代求解.本文介绍PHG平台的主要模块和核心算法,以及基于PHG平台开发的一些并行有限元应用程序,它们包括:大型变压器铁损模拟、离子通道中的离子输运过程模拟、集成电路互连线寄生参数提取、冰盖模拟、弹性波PML方程谱元计算等. 展开更多
关键词 有限元 自适应网格 并行计算 离子通道 电磁涡流 寄生参数提取 冰盖模拟 地震波模拟
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一个基于PHG平台的并行有限元生物分子模拟解法器 被引量:3
14
作者 许竞劼 谢妍 卢本卓 《数值计算与计算机应用》 CSCD 2016年第1期67-82,共16页
本文介绍一个面向生物分子模拟的并行有限元解法器,该解法器基于三维并行自适应有限元软件平台PHG^([1]),计算并模拟在生物溶液系统在静电场下的扩散过程.该解法器的最新版本在已有算法的基础上^([2]),添加了整体求解、含时求解等一些... 本文介绍一个面向生物分子模拟的并行有限元解法器,该解法器基于三维并行自适应有限元软件平台PHG^([1]),计算并模拟在生物溶液系统在静电场下的扩散过程.该解法器的最新版本在已有算法的基础上^([2]),添加了整体求解、含时求解等一些新算法,规范并扩展了边界条件的选取,并整合多项辅助功能,现提供对于Poisson-Nernst-Planck(PNP)方程的两个含时算法和四个稳态算法,以及对于Smoluchowski-Poisson-Boltzmann(SPB)方程的一个稳态算法.解法器可模拟生物分子,离子通道和纳米管等模型,通过有限元方法计算静电场和离子浓度分布,并计算电流强度、反应速率等物理量,可研究离子通道的选择机理,酶的催化反应过程及反应速率等问题.相关软件、工具和进展见www.continuummodel.org. 展开更多
关键词 解法器 PHG 生物溶液 静电场 扩散 算法
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一种基于特征点匹配的生物大分子装配方法
15
作者 路建波 张世华 +1 位作者 马旭 卢本卓 《数值计算与计算机应用》 2017年第2期155-166,共12页
研究高分辨率的大分子三维结构,对于分析研究其功能和生物代谢路径具有很重要作用.许多大分子结构可以由低温电镜得到,然而低温电镜三维重构得到的三维结构仍然需要进一步提高其分辨率,所以这些结构仍然需要具体信息.大分子的单独组成... 研究高分辨率的大分子三维结构,对于分析研究其功能和生物代谢路径具有很重要作用.许多大分子结构可以由低温电镜得到,然而低温电镜三维重构得到的三维结构仍然需要进一步提高其分辨率,所以这些结构仍然需要具体信息.大分子的单独组成部分可以通过结晶、NMR、或者蛋白质结构比较等方法得到.如何将这些高分辨率的组成部分正确装配到大分子结构中是一个很复杂的问题.该问题的实质可以理解为图像处理.在生物大分子的装配过程中,大部分研究者都会用到特征点的方法.现有的研究方法几乎都是基于几何体内的特征点,本文提出一种新的基于蛋白质和低温电镜密度图的表面高斯曲率的方法结合优化模型,对该问题进行研究.数值实验表明,我们的方法是有效的. 展开更多
关键词 低温电镜 高斯曲率 特征点 生物大分子装配 优化模型
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SPNP晶体管辐照损伤效应的有限元数值模拟
16
作者 倪宇晖 张倩茹 +2 位作者 王芹 阳莺 卢本卓 《数值计算与计算机应用》 2022年第3期237-247,共11页
结合辐照损伤模型和漂移扩散模型,研究辐照效应对衬底PNP (SPNP)双极型晶体管电学性质的影响.基于三维并行自适应有限元平台Parallel Hierarchical Grid (PHG),采用倒数平均有限元法对漂移扩散方程进行离散求解.同时,对间断的掺杂分布... 结合辐照损伤模型和漂移扩散模型,研究辐照效应对衬底PNP (SPNP)双极型晶体管电学性质的影响.基于三维并行自适应有限元平台Parallel Hierarchical Grid (PHG),采用倒数平均有限元法对漂移扩散方程进行离散求解.同时,对间断的掺杂分布做了连续化处理,使其更接近于物理实际,也更有利于数值计算的健壮性.数值模拟再现了辐照后SPNP晶体管出现的基极电流增大及电流增益退化现象,并与横向PNP (LPNP)晶体管进行对照,最终得到这两类晶体管对辐照损伤的敏感程度上的差异. 展开更多
关键词 SPNP晶体管 漂移扩散模型 辐照损伤模型 倒数平均有限元
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前言
17
作者 卢本卓 《数值计算与计算机应用》 2020年第2期83-84,共2页
>芯片产业是目前我国核心技术"卡脖子"的重灾区.半导体器件仿真又是该行业核心技术中不可或缺的一环.国内在半导体器件仿真的核心算法和自主软件研发方面的积累相比硬件环节更加薄弱.另外,器件的辐照损伤效应也密切关乎航... >芯片产业是目前我国核心技术"卡脖子"的重灾区.半导体器件仿真又是该行业核心技术中不可或缺的一环.国内在半导体器件仿真的核心算法和自主软件研发方面的积累相比硬件环节更加薄弱.另外,器件的辐照损伤效应也密切关乎航天、核能等国家重要工业,这方面的仿真算法和自主软件研制也受到相应限制.可喜的是近年来国家已十分重视工业仿真技术,大力投入研发力量力图改善现状,并已取得一些初步成果.本专辑就是在这样的背景下旨在集中辑录部分成果,抛砖引玉,让更多的人来推动本领域的进展.该专辑由电子科技大学张健教授等人(编委名单见后)负责组织.经过同行专家审稿,专辑录用了6篇文章. 展开更多
关键词 电子科技大学 半导体器件 张健 软件研发 芯片产业 辐照损伤 核心算法 改善现状
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三维半导体器件漂移扩散模型的并行有限元方法研究 被引量:7
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作者 王芹 马召灿 +3 位作者 白石阳 张林波 卢本卓 李鸿亮 《数值计算与计算机应用》 2020年第2期85-104,共20页
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... 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. 展开更多
关键词 半导体器件 漂移扩散模型 有限元方法 并行数值模拟 DevSim
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3Ddevice:半导体器件及其辐照损伤效应仿真软件系统 被引量:6
19
作者 黄成梓 白石阳 +7 位作者 王芹 马召灿 张倩茹 刘田田 桂升 卢本卓 陈旻昕 李鸿亮 《数值计算与计算机应用》 2020年第2期121-142,共22页
本文介绍我们开发的一款适用于半导体器件及其辐照损伤效应定量模拟的三维并行仿真应用软件平台3Ddevice.该软件由中国科学院数学与系统科学研究院和中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心联合开发,能直接解算半导体器件的电学响应... 本文介绍我们开发的一款适用于半导体器件及其辐照损伤效应定量模拟的三维并行仿真应用软件平台3Ddevice.该软件由中国科学院数学与系统科学研究院和中国工程物理研究院微系统与太赫兹研究中心联合开发,能直接解算半导体器件的电学响应性质及其氧化物层在电离辐照下带电缺陷与界面态缺陷累积动力学过程,计算器件损伤后的电学响应偏移.我们已经实现器件电离辐照总剂量效应以及低剂量率增强效应定量模拟,模拟结果与实验数据吻合良好.软件采用C/S架构,分为本地客户端与远程计算端两大子系统.客户端由总控模块、前处理模块、通信模块以及后处理模块组成.总控模块主要的功能是求解器挂载、数值模拟流程搭建与管理.前处理模块主要功能是器件几何建模以及网格生成与优化.通信模块主要功能是求解器参数初始化与硬件系统状态监控.后处理模块主要功能是数值模拟结果可视化与数据分析.计算端基于三维并行自适应有限元平台[1](PHG)开发,目前包括半导体器件模拟器(DevSim),电离辐照损伤模拟器(TIDSim).上述求解器采用MPI通讯技术,支持大规模分布式并行,已实现十亿量级网格单元数的器件电离损伤及电学响应模拟.本文介绍的仿真软件系统是一个初级版本,将会得到持续开发更新,它的详细使用方法请参照并以软件使用说明书为准. 展开更多
关键词 器件模拟 辐照损伤效应 网格生成 可视化系统 有限元
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半导体器件电离辐照损伤效应模拟的数值算法及应用 被引量:5
20
作者 马召灿 许竞劼 +1 位作者 卢本卓 李鸿亮 《数值计算与计算机应用》 2020年第2期105-120,共16页
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... 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. 展开更多
关键词 辐射效应 电离损伤 总剂量效应 有限元 TIDSim
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