强电磁脉冲诱导氮化镓高电子迁移率晶体管多物理效应机理与规律研究

基本信息
批准号:11675022
项目类别:面上项目
资助金额:64.00
负责人:徐福锴
学科分类:
依托单位:北京应用物理与计算数学研究所
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:叶珍宝,赵振国,赵磊,周鲜鲜
关键词:
多物理场耦合射频波加热二维电子气输运特性全波数值模拟
结项摘要

GaN HEMTs have been playing a critical role in the generation of high power RF electronic systems, since presenting excellent performance in high electron saturation velocity, high thermal conductivity and high radiation hardness. However, the reliability and capability of GaN HEMTs are exposed to a serious challenge in the complex electromagnetic environment. This project aims to resolve the reliability problem in the transient high-energy, high-power electro-magnetic radiation environment, by researching on modeling technique, large-scale parallel algorithm, and taking verification experiment. Completing the radiation effect analysis of GaN HEMTs, it need to build the computational model physical model of multi-physics coupling, which consists of electromagnetic, thermal, and mechanical field. Developing large time step iterative technique and combining with adaptive mesh refinement domain decomposition technology, it is able to realize the massively parallel algorithm which is applied in computing the built multi-physics model. And carrying out experiments to verify the accuracy of obtained time-domain finite element method, revealing the transient evolution process of GaN HEMTs under the electromagnetic radiation, and analyzing the degradation, fatigue, breakdown and failure mechanism and threshold rules in GaN HEMTs. The research in the project is useful to analyze the electromagnetic radiation effect and optimize protection design for military and civilian electronic system.

氮化镓高电子迁移率晶体管以其优越的功率性能和抗辐射能力,在电子信息器件和电力电子器件领域具有广阔的应用前景。针对强电磁脉冲诱导的器件性能降级与失效等可靠性问题,本项目旨在从能量效应的失效和毁伤角度,探索瞬时高能量、高功率电磁辐射场诱导的多物理效应机理和规律。具体工作包括:基于强电磁场作用下二维电子气输运特性研究和等效表面电流方法,研究全频段、强电磁场与二维电子气相互作用过程中的电子气迁移特性的表征方法;基于时域有限元方法和全波等离子体建模技术,研究强电磁脉冲诱导氮化镓晶体管电磁-热-应力多物理强耦合建模方法;借助大规模并行支撑框架,实现强电磁脉冲诱导氮化镓晶体管多物理效应高效数值模拟。重构和再现器件内部温度变化、烧毁和应力损毁等过程,揭示多物理过程的时间演化特性,分析性能退化与失效的机理、机制以及阈值规律,为氮化镓高电子迁移率晶体管复杂电磁环境效应分析和抗电磁辐射加固提供理论和技术支持。

项目摘要

针对强电磁脉冲诱导的氮化镓器件性能降级与失效等可靠性问题,从能量效应的失效和毁伤角度,探索瞬时高能量、高功率电磁辐射场诱导的多物理效应机理和规律。通过项目研究,发展了基于强电磁场作用下二维电子气输运特性研究和等效表面电流方法,研究了强电磁场与二维电子气相互作用过程中的电子气迁移特性的表征方法;基于时域有限元方法(TD-FEM)和控制体积有限元(CV-FEM)方法,研究了强电磁脉冲诱导氮化镓晶体管电磁-热-应力多物理强耦合建模方法;借助大规模并行支撑框架,实现强电磁脉冲诱导氮化镓晶体管多物 理效应高效数值模拟。重构和再现器件内部温度变化、烧毁和应力损毁等过程,揭示多物理过 程的时间演化特性,分析性能退化与失效的机理、机制以及阈值规律,为氮化镓高电子迁移率 晶体管复杂电磁环境效应分析和抗电磁辐射加固提供理论和技术支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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