【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种半导体设计领域的技术，具体是一种氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法。
技术介绍
1、氮化镓器件由于其优越的材料属性在射频功率电子应用方面有显著优势。随着功率密度提高，需要高效的瞬态热传导仿真技术以预测氮化镓器件的动态温度变化。瞬态热传导方程的时间步进求解方法包括隐式和显式两类。显式方法求解效率高，但是需要选择合适的时间步长以满足求解的稳定性条件，避免发散；隐式方法是无条件稳定的，不需要考虑时间步长对稳定性的影响，但是在求解过程中，需要求解大型稀疏矩阵，面临计算时间长，计算资源消耗高的问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有交替方向隐式技术只适用于计算区域为结构化网格场景的不足，提出一种氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，在保证精度的前提下，具有无条件稳定、效率高、计算资源消耗少等优点。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，通过构造氮化镓器件的三维几何模型并对模型在空间域经离散处理得到局部细化网格；设置氮化镓器件的材料属性和边界条件，通过有限体积法得到矩阵形式的方程并经广义交替方向隐式方法求解得到氮化镓器件的瞬态热仿真结果。
4、所述的氮化镓器件的三维几何模型包括：衬底层和氮化镓层，厚度方向为z方向，长度方向为x方向，宽度方向为y方向，其中：横截面为x-z平面。
5、所述的离散处理是指：在三维几何模型的x-z平面进行非结构化网格离散，生成局部细化网
6、i)根据x-z平面中每个矩形区域的网格尺寸标准，生成若干初始矩形网格；
7、ii)不断在矩形网格边长中点处进行分割，直到生成网格尺寸小于给定的标准且所有网格为合法网格，即最多只有两条相邻的边被分割，且相邻网格的分割比最大为2。
8、所述的局部细化网格包括：没有边被分割的类型i网格、有一条边被分割的类型ii网格以及有两条相邻的边被分割的类型iii网格，网格顶点为温度节点，每个温度节点被对应的控制体积包围。
9、所述的材料属性包括：比热容、密度和热导率。
10、所述的边界条件包括：恒温边界条件、热流边界条件和对流边界条件。
11、所述的通过有限体积法得到矩阵形式的方程，具体包括：
12、1)根据在控制体积v内的热传导方程方程左边第一项满足左边第二项通过散度定理计算为方程右边项满足∫vq(r,t)dv≈qava，其中：r为位置矢量，t为时间变量，t为温度值，κ为材料的热导率，ρ为密度，cp为热容，q为时变的热源，δt为瞬态仿真中的时间步长，va为温度节点a对应的控制体积，qa为温度节点a处的热源，s为控制体积v的外表面，总共由m部分组成，si为第i部分外表面，ni为si的外法向量，温度梯度通过中心差分近似和线性插值得到；
13、2)在三类局部细化网格中，空间温度节点a与周围温度节点a’，b，c，e，g分别满足：
14、类型i网格：
15、类型ii网格：
16、类型iii网格：
17、其中：δx，δy，δz，分别为x，y，z方向离散后的空间步长，sx＝δyδz/4,sy＝δxδz/4,sz＝δxδy/4,，κx，κy和κz分别是x，y和z方向的热导率，
18、3)通过将所有温度节点的方程组合，得到线性方程组其中：c为热容矩阵，g为热导矩阵，t为温度向量，q为热源向量。
19、所述的广义交替方向隐式方法，具体包括：
20、a)根据基于后向差分法的时间步进公式重写为：(i+a)tn+1＝tn+q'，其中：a＝δtc-1g，q'＝δtc-1q，矩阵a分裂为五个方向的传热矩阵，包括：a1表示x方向，a2表示y方向，a3表示z方向，a4表示左下-右上方向，a5表示右下-左上方向，代入后有
21、b)通过算子分裂方法，对步骤a)方程分为五个子步骤：每个子步骤的矩阵方程通过线性复杂度的追赶法求解，最后得到氮化镓器件的瞬态热仿真结果。
22、所述的瞬态热仿真结果包括预测氮化镓器件的工作温度，进一步用于提取氮化镓器件的热阻和热容，辅助分析氮化镓器件的热可靠性。
23、本专利技术涉及一种实现上述方法的系统，包括：网格划分模块、矩阵组装模块以及时间步进求解模块，其中：网格划分模块根据氮化镓器件三维几何模型，进行空间离散化处理，得到局部细化网格；矩阵组装模块根据局部细化网格和给定的材料属性和边界条件，通过有限体积法构造所有温度节点的方程，组装得到矩阵方程；时间步进求解模块基于广义交替方向隐式方法，根据规定的方向将原矩阵方程分裂为五个三对角矩阵，使用追赶法求解三对角矩阵，得到氮化镓器件瞬态热仿真结果。
24、技术效果
25、本专利技术通过基于非结构化的局部细化网格的广义交替方向隐式方法，设置了五个特定方向，在求解时间步进方程时，根据五个特定方向将大型稀疏矩阵分裂为五个三对角矩阵，可以通过具有线性复杂度的追赶法求解。本专利技术突破了现有交替方向隐式方法不能处理非结构化网格的局限。由于算法具有线性复杂度，对于未知量数目较大情况的氮化镓器件瞬态热仿真，在仿真效率上具有显著优势。
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1.一种氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征在于，通过构造氮化镓器件的三维几何模型并对模型在空间域经离散处理得到局部细化网格；设置氮化镓器件的材料属性和边界条件，通过有限体积法得到矩阵形式的方程并经广义交替方向隐式方法求解得到氮化镓器件的瞬态热仿真结果；
2.根据权利要求1所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的氮化镓器件的三维几何模型包括：衬底层和氮化镓层，厚度方向为z方向，长度方向为x方向，宽度方向为y方向，其中：横截面为x-z平面；
3.根据权利要求1或2所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的离散处理具体为：
4.根据权利要求1或2所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的局部细化网格包括：没有边被分割的类型I网格、有一条边被分割的类型II网格以及有两条相邻的边被分割的类型III网格，网格顶点为温度节点，每个温度节点被对应的控制体积包围。
5.根据权利要求1所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的通过有限体积法得到矩阵形式的方程，具体包括：
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1.一种氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征在于，通过构造氮化镓器件的三维几何模型并对模型在空间域经离散处理得到局部细化网格；设置氮化镓器件的材料属性和边界条件，通过有限体积法得到矩阵形式的方程并经广义交替方向隐式方法求解得到氮化镓器件的瞬态热仿真结果；
2.根据权利要求1所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的氮化镓器件的三维几何模型包括：衬底层和氮化镓层，厚度方向为z方向，长度方向为x方向，宽度方向为y方向，其中：横截面为x-z平面；
3.根据权利要求1或2所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的离散处理具体为：
4.根据权利要求1或2所述的氮化镓器件瞬态热传导的优化仿真方法，其特征是，所述的局部细化网格包括：没有边被分割的类型i网格、有一条边被分割的类型ii网格以及有两条相邻的边被分割的类型iii网格，网格顶点...
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