介绍了用于描述工作在高频强电场条件下的亚微米半导体器件的流体动力学模型,并讨论了为求解流体动力学模型所采用的算子分裂方法和有限体积法.使用流体动力学模型,对亚微米GaAs金属半导体场效应管器件进行了2维数值模拟,得到了该器件的I-V曲线、电子密度分布和电子温度分布.数值模拟结果表明, 器件栅极电压越负, 肖特基结的耗尽层越厚, 源漏电流越小;在耗尽层内电场最强处, 电子温度达到4 000 K;在强电场下,电子温度将严重偏离晶格温度,形成所谓热电子.

以适合亚微米器件的流体动力学模型为基础,建立了1维数值模拟程序,程序中采用耦合牛顿法求解非线性方程组.应用该程序对亚微米1维弹道二极管进行了瞬态数值模拟,分析了外加低电压和高电压脉冲情况下的电场强度、载流子浓度、载流子温度等参数的变化情况.低电压脉冲下的结果与文献一致;对于文献中并未开展的高电压脉冲下的模拟,得到了器件处于非正常工作状态的各参数分布曲线,并尝试用二次击穿理论对结果进行分析.结果显示:随着外电压的升高,载流子的碰撞电离将导致少子空穴浓度急剧增大,并达到与电子浓度相同的量级,这时在器件分析中空穴方程已不能省略,并且载流子浓度将取代掺杂浓度控制电势分布,并进而影响电场及电流密度,涌极附近电场将增强,电流密度也将迅速增加.结论可为研究瞬态电磁脉冲对2维器件的损伤效应提供参考.