基于斯卡那维模型的离子晶体介电性能的研究

本文采用玻恩圆周轨道极化模型、双原子分子离子位移极化模型,分别计算了NaCl晶体中各离子的电子位移极化率和离子位移极化率。进一步采用点偶极子近似和双原子分子平均场近似,考虑在极化离子所产生的附加电场的作用下,基于斯卡那维模型计算出包含不同离子数目的NaCl晶体的有效电场结构系数,得到了与实测值更为接近的介电常数,与将晶体内部的有效电场视为外施宏观平均电场的Born理论计算值进行对比,误差值从11.4%降至4.3%。研究结果提供了通过斯卡那维模型精确计算离子晶体介电性能的新思路。

分维模型在晶体结构转换认知中的应用研究

分维模型法是化学学科分类的重要思想之一。通过三方石墨与六方石墨结构差异性的解析认识分维模型的可逆性,并将分维模型法应用在立方金刚石和六方金刚石、立方钙钛矿和六方钙钛矿等晶体结构及其转换的学习中;通过三维的拆解深度理解二维结构,通过二维的灵活组装实现三维空间结构的创新,有效突破结构学习的难点,从而提升学生的空间想象力,发展学生的“证据推理与模型认知”以及“创新意识”等学科核心素养。

JGD提拉单晶炉晶体模型的数字化

中国电科芯片研究院生产的JGD提拉单晶炉是一种上称重自动直径控制激光单晶炉,它实现了提拉法晶体全自动智能生长控制。利用JGD提拉单晶炉控制软件建立提拉法晶体数学模型,晶体生长全程以数学模型为标准,以晶体质量为控制量进行实时闭环反馈控制。该软件建立的晶体数学模型有四段式晶体数学模型和任意多段晶体数学模型两种形式。在设计放肩段时,四段式晶体数学模型充分体现了晶体籽晶段与放肩段、等径段三位一体平滑过渡的理念;而任意多段晶体数学模型在曲线设计上更加灵活多样,晶体数学模型设计更便捷。JGD提拉单晶炉控制软件晶体数学模型被广泛用于多种晶体生长过程,如InSb、YAG等晶体。晶体外形控制良好、品质优良。

晶体结构的堆积-填充模型的符号表示及其应用

堆积-填充模型是一种学习和理解晶体结构的方法和视角。用字母等符号组合表示堆积-填充模型中原子、空隙分布情况的方式称为堆积-填充模型的符号表示。系统地阐述了晶体结构中堆积-填充模型的符号表示,详细地介绍了符号表示的多种应用方法,加深对晶体结构的认识和理解。

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管静电放电栅源电容解析模型的建立

在实际静电放电测试时,发现各种功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的静电放电测试结果均呈现出正反向耐压不对称现象,而人体与器件接触时的静电放电过程是不区分正反向的.正反向耐压差异较大对于功率MOSFET或作为静电放电保护器件来说都是无法接受的,其造成器件失效的问题格外凸显.本文通过建立SGT-MOSFET,VUMOSFET和VDMOS在静电放电正反向电压下的栅源电容解析模型,对比分析了三种功率MOSFET器件静电放电正反向耐压不对称及其比值不同的原因,为器件的静电放电测试及可靠性分析提供了理论依据.

一种全尺寸MOS晶体管的俘获隧穿电流优化模型

针对当前的俘获隧穿电流模型中,对于不同器件尺寸只有统一的参数进行模型拟合,存在无法针对器件尺寸变化进行准确地模型拟合的问题。本文提出了在俘获隧穿电流模型的参数中,添加与器件全尺寸信息相关的方法,包括器件宽度方向,长度方向及小尺寸的系数对原有的漏电模型基础上进行优化,使得该优化的漏电模型能更好地反应器件特性实测数据,更好地解决了俘获隧穿电流更准确地表征器件特性的问题,这就提高了给电路设计者做仿真参考的准确性。

YAG晶体自旋转磨削过程崩边尺寸模型

YAG晶体具有高脆性和高硬度的特点,加工过程中容易产生边缘崩碎,严重影响晶体元件的使用精度和寿命。基于划痕断裂力学模型建立了考虑应变率效应的YAG晶体自旋转磨削过程工件崩边尺寸理论模型,并开展YAG晶体自旋转磨削实验对理论模型的可靠性进行了验证,同时分析了磨削工艺参数对崩边尺寸的影响规律。结果表明:理论模型预测结果与实验结果相近,模型可靠;随着砂轮转速的增加,崩边尺寸逐渐减小;随着工件转速和进给速度的增加,崩边尺寸逐渐增大。

基极触发的雪崩晶体管导通机理

为研究基极触发的雪崩晶体管导通机理,建立了雪崩晶体管(n+⁃p⁃n⁃n+掺杂结构)的准三维器件模型和实验测试电路。研究了雪崩晶体管的温度分布特征,导通结束后器件最高温度约为417 K,位于电流通道内n⁃n+边界处。当集电极电压为300 V、基极触发电压为2.4 V时,仿真和实验获得的脉冲上升时间分别为2.4 ns、2.5 ns,半高宽(FWHM)分别为6.2 ns、5.8 ns,仿真和实验结果基本一致。研究结果表明:高触发脉冲电压幅值会加速晶体管内部电场的重建过程,从而缩短延迟时间,提高晶体管响应速度;负载阻抗会影响器件导通通道尺寸,负载阻抗减小时,电流密度提升,器件通过缩窄通道来提高通道内电流密度,宏观导通电阻降低。

晶体塑性本构模型材料参数识别方法研究

为建立简单高效的晶体塑性本构模型材料参数识别方法,将传统Voronoi多晶/柱晶微结构模型进行了简化,探索了简化微结构模型的建模策略,验证了利用简化微结构模型进行材料参数识别的合理性,分别形成了针对多晶、柱晶与单晶合金的材料参数识别策略,获得了ZSGH4169,DZ125与DD6合金共15组材料参数。结果显示:简化模型的网格数量远远低于传统Voronoi微结构模型,极大地降低了计算代价;为保证简化模型的结果合理且计算代价适中,简化多晶模型需大致含有125个晶粒;相同材料参数条件下,简化模型与传统Voronoi模型的计算结果基本一致;3类合金仿真/实验结果间的最大误差均不超过5%。文中所开发材料参数识别方法计算成本小、操作难度低、运行效率高。

基于GT-Power的压电晶体喷油器性能仿真分析

为优化柴油机压电晶体喷油器性能,采用GT-Power建立高压共轨压电晶体喷油器仿真模型,改变模型中压电晶体的材料属性,设置不同电压条件,仿真分析压电晶体执行器的弹性模量、晶体驱动电压对执行器位移、喷油针阀压强、喷油器温度及每循环喷油量的影响。仿真结果表明:压电晶体喷油器弹性模量大于75 GPa,执行器位移随驱动电压的增大而增大;喷油器弹性模量大于80 GPa,喷油针阀处的压强增大,温度升高;相比弹性模量为55 GPa,弹性模量为80 GPa时,压电晶体执行器位移增大15.6%,喷油器每循环喷油量增加2.3%。压电晶体喷油器弹性模量为75~80 GPa,可以提高喷油速率,缩短喷油持续期,有利于提高柴油机热效率。

基于QCM液体密度响应模型测量油品含水率研究

油田开发中一直存在高含水率和低含水率测量不准确的问题,新型可再生的生物柴油,同样需要控制含水率以保证热值和稳定性。文中提出一种基于石英晶体微天平(QCM)液体密度响应模型的油品含水率测量方法,通过5组标准甘油溶液进行模型验证,结果表明,实验值与理论值的误差小于5%,并且在低含水量和高含水量2种情况下,误差幅度小于1%。重复性实验验证了模型的有效性。现场测量实验结果证实了模型的适用性。

晶体塑性模型及其在金属疲劳寿命预测中的应用

作为细观尺度上描述各向异性非均质材料塑性变形行为的重要方法,晶体塑性模型能够基于晶体材料的微观组织结构预测其宏观力学性能,在航空航天金属的力学性能设计及评估中展现出应用前景。本文总结了晶体塑性模型的发展历程和不同变种,从流动准则、硬化模型和内部状态变量演化3个角度对比分析了唯象晶体塑性模型与基于物理机制的晶体塑性模型的特点与差异;然后介绍了基于疲劳指示参数和寿命评估准则的晶体塑性有限元在金属疲劳寿命预测领域的应用尝试,以航空航天常用金属疲劳裂纹萌生寿命预测为例,给出了部分应用实例表明不同模型的预测能力和适用性;最后展望了晶体塑性模型和应用的未来发展趋势和有待加强的研究方向。

车轴表面缺陷位置晶体塑性本构模型及力学特性分析

为研究高速列车车轴疲劳裂纹萌生问题,基于滑移理论构建车轴钢材料体心立方晶体塑性本构方程,通过建立含缺陷的车轴试样晶体塑性有限元组合模型,从介观尺度研究了车轴钢材料上划痕缺陷位置的应力分布情况,并探索了缺陷位置微观变形演化规律。结果表明:模型缺陷位置应力呈梯度分布,相邻晶粒晶体取向的差异会造成应力集中,随着疲劳载荷的施加,累积塑性应变逐渐增强并形成较长的滑移带,这种较长滑移带会影响材料的疲劳行为,对疲劳裂纹的萌生起到诱导作用。

多重折射率光子晶体谐振腔模型设计与仿真

本文提出了一种基于二维多重折射率光子晶体结构的谐振腔模型,这种谐振腔模型结构是由硅介质柱在空气背景中周期性排列而成。通过有限时域差分法、平面波展开法对光子晶体结构进行分析,发现该光子晶体结构中存在多种折射率。基于这种光子晶体进行谐振腔模型结构设计,利用快速傅里叶变换算法对该光子晶体谐振腔的折射率进行计算,验证出这种光子晶体谐振腔中存在两种折射率。随后研究了双重折射率光子晶体谐振腔模型中温度与谐振腔模型出射频谱波峰位置的关系,结果表明温度在0℃到240℃范围内每升高60℃,波峰位置向右定量移动0.014 μm。

考虑模糊变量的声子晶体带隙特性研究及优化

针对声子晶体设计中存在模糊变量导致带宽不可靠问题,建立新型二维多组元局域共振型声子晶体,通过数值计算得到带隙曲线并探究带隙产生机制,并基于分析包覆层几何参数和材料参数对带隙影响结果,考虑将环状包覆层材料参数作为模糊变量,几何参数作为设计变量,通过拉丁超立方体抽样进行实验设计建立基于Kriging模型的声子晶体带隙优化模型,利用麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)对Kriging模型进行全局寻优,得到声子晶体最优设计解。结果表明,优化后带隙宽度从101.17 Hz变为224.164 Hz,增大121.5%,且带宽边界均在设计目标范围内,所提出的Kriging带隙优化模型在避免大量数值计算的同时,考虑了模糊变量的影响,具有较高的预测精度和可靠性,为声子晶体设计提供新研究思路。

绝缘栅双极型晶体管模块的双向热网络模型构建方法

针对传统热网络模型提取结温时忽略了硅胶和外壳的影响而导致结温提取存在误差的问题,建立了完整封装结构的绝缘栅双极型晶体管(insulation gate bipolar transistor, IGBT)模块的双向Cauer模型,得到了精确的暂态结温,验证了传统热网络模型计算稳态结温的可行性。通过有限元仿真结果和试验数据对比,证明双向Cauer模型计算结果的正确性。

基于双分支Cauer模型的IGBT模块焊料层老化监测方法

以绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的焊料层为研究对象,在传统Cauer模型的基础上,提出考虑芯片-铜端子热流支路的双分支Cauer模型,利用光纤温度传感器测量裸露在IGBT模块外部的铜端子温度和IGBT模块底板温度,以获取IGBT芯片结温,通过分析芯片结温、铜端子温度、底板温度的变化规律,准确定位焊料层老化位置,以区分芯片焊料层老化和底板焊料层老化,从而实现对不同焊料层的老化状态监测。

计及非线性寄生参数的SiC MOSFET开关暂态模型

针对SiC分析模型忽略高频欠阻尼振荡和非线性寄生参数,导致开关暂态电压/电流误差较大的问题,提出一种计及非线性寄生参数的SiC金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)开关暂态分析模型。首先,根据SiC器件开关过程不同状态建立状态方程。其次,提取非线性结电容和沟道电流变化曲线。基于离散状态变量分析方法,实现状态方程间的转换和非线性寄生参数的更新。最后,将状态方程的迭代输出结果以受控电压源/电流源的形式转换为相应的电路输出,实现计及非线性寄生参数的SiC MOSFET器件开关暂态分析建模,通过双脉冲实验对分析模型开关特性进行验证。

IGBT器件级物理模型的FPGA设计与实现及在环验证

基于硬件在环(HIL)仿真,研究了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件级Hefner物理模型及其求解算法与优化方法,在现场可编程门阵列(FPGA)上设计并实现了Hefner优化模型,并基于PYNQ框架对其进行了在环验证。首先,分析并仿真了Hefner物理模型与其求解算法,提出并训练了一个前馈神经网络用以拟合模型中的一组非线性函数;接着,在FPGA上设计并验证了Hefner优化模型IP核,并使用基于PYNQ框架的FPGA在环验证方法对其进行了板级验证;最后,用IKW50N60H3和FGA25N120两种型号的IGBT器件对IP核进行了实例验证。结果表明,Hefner优化模型能准确地反映IGBT的开关瞬态特性;在Zynq 7020芯片的处理器系统(PS)端运行PYNQ框架,可编程逻辑(PL)端时钟频率为100 MHz时,实现60 000个时间步长的时间为212 s,是软件运行同样次数所用时间(341 s)的62%,FPGA加速明显。