Математическое моделирование и оптимизация тепловых процессов в микроэлектронных структурах

• Автор: Мельников, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 176 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1. ПРОБЛЕМЫ, МЕТОДЫ И ЗАДАЧИ МАТЕМАТИЧЕСКОЮ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СТРУКТУРАХ
1.1. Выводы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ СТРУКТУРАХ
2.1. Обобщенная математическая модель процессов теплообмена в многослойных микроэлектронных структурах.
2.2. Математическое описание процессов теплообмена в многослойных кусочнонеоднородных микроэлектронных структурах.
2.3. Математическое описание процессов теплообмена в многослойных кусочнооднородных микроэлектронных структурах.
2.4. Вариационная постановка задач теплообмена в многослойных микроэлектронных структурах
2.5. Постановка задач оптимального управления тепловыми процессами в многослойных микроэлектронных структурах.

2.6. Выводы.

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ И АЛГОРИТМОВ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В

МИКРОЭ ЛЕКТРII1ЫХ СТРУКТУРАХ
3.1. Общая методика численного моделирования тепловых процессов в микроэлектронных структурах
3.2. Построение эффективных алгоритмов численного моделирования тепловых процессов в микроэлектронных структурах.
3.3. Выводы.
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МНОГОСЛОЙНЫХ КУСОЧНОНЕОДНОРОДНЫХ СТРУКТУРАХ С
ПЛОСКОСТНОЙ СИММЕТРИЕЙ И ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ МЕТОДОВ
ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ГОМОГЕНИЗАЦИИ
4.1. Математическое описание процессов теплообмена в многослойных кусочнонеоднородных структурах с плоскостной симметрией.
4.2. Построение аналитических моделей процессов теплообмена в многослойных кусочнонеоднородных структурах с плоскостной симметрией методом эквивалентной гомогенизации.
4.3. Оценка погрешности методов эквивалентной гомогенизации
4.4. Выводы
5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МИКРОСТРУКТУРАХ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ
5.1. Расчет тепловых режимов гибридных матричных фотоприемников инфракрасного диапазона спектра на основе узкозонных твердых растворов x,.x .
5.2. Оптимальное управление тепловым состоянием микроэлектронных сорбционнокондуктометрических газовых сенсоров на основе пленок диоксида олова.
5.3. Оптимальное управление тепловым состоянием детекторов рентгеновского и гаммаизлучений на основе широкозонных твердых растворов теллурида кадмияцинка xx
5.4. Выводы.
6. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В МИКРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР.
6.1. Математическое моделирование процессов теплообменна в микродвигателях на основе многослойных волокнистых микроструктур.
6.1.1. Общая характеристика и классификация многослойных структур микродвигателей.
6.1.2. Численное моделирование температурных полей в многослойных плоскосимметричных структурах микродвигателей с электрически пассивными и активными ферромагнитными слоями.
6.1.3. Расчет тепловых режимов микродвигателей на основе многослойных
волокнистых микроструктур.
6.2. Выводы.
7. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ С МНОГОСЛОЙНЫМИ МИКРОЭЛЕКТРОННЫМИ СТРУКТУРАМИ В ПРОЦЕССЕ ДИАГНОСТИКИ ИХ СВОЙСТВ.
7.1. Численное моделирование процессов теплообмена при взаимодействии электронного зонда с многослойной микроэлектронной структурой.
7.1.1. Расчет распределения плотности тепловых источников.
7.1.2. Расчет температурных полей, возникающих при взаимодействии электронного зонда с многослойной микроэлектронной структурой
7.2. Выводы.
8. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ МОНОКРИСТАЛЛОВ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ
8.1. Численное моделирование и оптимизация тепловых процессов при выращивании монокристаллов полупроводниковых соединений методом направленной кристаллизации.
8.2. Численное моделирование тепловых процессов при выращивании монокристаллов полупроводниковых соединений методом бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом.
8.3. Выводы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Результаты численного моделирования процессов теплообмена при взаимодействии пучков электронов с многослойными микроэлектронными структурами в процессе диагностики их свойств. Результаты решения задачи оптимального управления тепловыми процессами при выращивании твердых растворов теллурида кадмияцинка методом направленной кристаллизации. Результаты численного моделирования процессов теплообмена при выращивании монокристаллов кремния методом бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом. Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше работ, из которых работ являются статьями, опубликованными в журналах Радиотехника и электроника, Микроэлектроника, Вопросы оборонной техники, Атомная энергия, Прикладная физика, Известия РАН Серия физическая, Микросистемная техника, Нано и микросистемная техника, , I и др. Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения. В первой главе рассмотрены существующие математические модели и методы моделирования процессов теплообмена в микроэлектронных структурах. Обоснована необходимость разработки корректных математических моделей и эффективных методик численного моделирования и оптимизации процессов теплообмена в микроэлектронных структурах. Сформулированы задачи исследования, решаемые в диссертационной работе. Во второй главе представлена обобщенная математическая модель процессов теплообмена в микроэлектронных структурах сложной геометрической формы с разрывными теплофизическими характеристиками. Получены математические описания процессов теплообмена в кусочнонеоднородных и кусочнооднородных многослойных микроэлектронных структурах. Дана вариационная постановка задач теплообмена в многослойных микроэлектронных структурах. Сформулированы задачи оптимального управления тепловыми процессами в многослойных микроэлектронных структурах. Третья глава посвящена разработке общей методики и алгоритмов численного моделирования процессов теплообмена в микроэлектронных структурах сложной формы с разрывными теплофизическими характеристиками. Рассмотрены вопросы автоматизации численного моделирования. В четвертой главе раассматриваются вопросы математического моделирования процессов теплообмена в кусочнонеоднородных структурах с плоскостной симметрией и оценки погрешности методов эквивалентной гомогенизации. В пятой главе изложены результаты численного моделирования и оптимизации процессов теплообмена в микроструктурах твердотельной электроники. Проведено численное моделирование тепловых режимов гибридных матричных фотоприемников инфракрасного диапазона спектра на основе узкозонных твердых растворов КРТ. Предложена методика решения задач оптимального управления тепловыми процессами в микроэлектронных структурах при управлении как локальными тепловыми источниками, так и граничными режимами. Решена задача оптимального управления тепловым состоянием микроэлектронных сорбционнокондуктометрических газовых сенсоров на основе пленок диоксида олова. Решена задача оптимального управления тепловым состоянием детекторов рентгеновского и гаммаизлучений на основе широкозонных твердых растворов ix x. Шестая глава посвящена математическому моделированию тепловых процессов в микроэлектромеханических МЭМС системах на основе многослойных структур. Решена задача расчета тепловых режимов микродвигателей на основе многослойных волокнистых микроструктур. Решена задача численного моделирования процессов теплообмена при взаимодействии электронного зонда с многослойной кусочнонеоднородной средой. Восьмая глава посвящена решению задач численного моделирования и оптимизации процессов теплообмена при получении монокристаллов полупроводниковых соединений для изделий микроэлектронной техники. Решена задача оптимального управления тепловыми процессами при выращивании твердых растворов теллурида кадмияцинка методом направленной кристаллизации. Проведено численное моделирование процессов теплообмена при выращивании монокристаллов кремния для изделий микроэлектронной техники методом бестигельной зонной плавки с радиационным нагревом. В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.