南京邮电大学软件设计实验报告

1、魚首内習软件设计报告（2014 / 2015学年第二学期）课程名称软件设计指导老师赵江实习时间第十八周学生姓名学号学院专业31魚首内習软件设计课程编号：B04650UC适用专业：班级：一、所涉及的课程及知识点涉及的课程：第6学期之前的专业基础课程。知识点：专业基础课程中所学的知识点。二、目的与任务目的：通过软件设计，培养学生的实践能力和创新精神，加强学 生对专业基础课程的理解和掌握，加强学生高级语言编程能力、 应用软件以及仿真能力。任务：选择以下任一模块进行设计：Mat lab软件仿真、C语言及 应用。软件设计的内容31412题目1：如果给出两个矩阵A = 12 4520 7820781361

2、 2 33=456-7 8 1执行下面的矩阵运算命令。(1) 4 + 5*3和A B + /分别是多少(其中I为单位矩阵)(2) 介*3和将分别给出什么结果，它们是否相同？为什么？逻辑功能程序：function = EXP1()A二4, 12, 20; 12, 45, 78; 20, 7& 136;B二1,2,3;4, 5,6;7, 8, 0;I二eye (3);disp( A+5*B二);disp(A+5*B);disp(A-B+I=)disp(A-B+I);disp( A. *B二);disp (A. *B)disp( A*B=,);disp (A*B);End实验过程与结果打开matla

3、b,在命令窗D uCommand Windowv中键入edit,启动程序编辑 器。输入完整程序后利用save as储存为M文件，文件名为EXP1。返回主界面, 在命令窗口 Command Windowv中输入函数EXP1 (),按下回车，得到程序 运行结果如下： EXP1()A+5*B=31贝Fl内容92235327010855118136A-B+I二41017841721370137A. *B二42460482254681406240A*B 二1922288473887330612841518528实验结果分析（1）利用MATLAB提供的disp函数既可以输出表达式、数值，也可以输 出字符串

4、，其调用方式为：disp（表达式或数值）、dispC待显示字符串）；（2）在MATLAB的矩阵运算中，+、-运算符通用，表示矩阵相加、减；* 与*不同在于*表示矩阵乘法，而表示矩阵对应位置元素相乘，所以*要求 两个矩阵的行、列数互为转置，而*则要求两个矩阵行、列数要相同；（3）使用eye可以获得单位矩阵函数（矩阵对角线处元素为1,其余元 素为0）,矩阵的阶数山括号内的值决定，格式为eye（n）,n为矩阵阶数。题目2:请绘制出一个圆形，要求用函数实现。31贝Fl内容逻辑功能程序function = EXP2(a, b, R)t=0:pi/150:2*pi;x=a+R*cos (t);y=b+R*

5、sin(t);hold on;plot (x, y);plot (a, b,;axis (a-R, a+R, b-R, b+R);axis equal;title(圆:(x-a)2+(y-b) 2二R2);legend( (x,num2str (a), 厂2+(y,num2str (b),、厂2二,num2str (R), 它);hold off;end实验过程与结果打开mat lab,在命令窗口 u Command Window中键入edit,启动程序编辑 器。输入完整程序后利用save as储存为M文件，文件名为EXP2。返回主界面, 在命令窗口 “Command Window中输入函数E

6、XP2(),按下回车，得到程序 运行结果如下：EXP2(15, 25, 40)31实验结果分析（1）构建关于圆的参数方程，使用hold on的使用保证后绘的图不会覆 盖先绘的图，在程序结束前使用hold off；（2）为了使圆的圆心位置和半径长度等参数可调，所以函数使用了带参 量的输入方式；（3）绘图使用plot函数，带参数可以限制绘图范围，plot函数绘制圆 心用符号+ 表示；（4）axis equal是坐标轴刻度等距，这样是图形显示的不失真；（5）lengends num2str函数添加图形注释，lengend添加注释的调用格 式为lengend（字符串，num2str使数值转换成字符，n

7、um2str （数值或数 值的表达式）；31贝Fl内容题目3：双极型晶体管基区少子浓度分布 试绘出缓变基区的杂质分布为：以）如0心（0=心（0）/%时，基区的少子浓度分布图，并能清楚解释各参量对少子浓度分布函数的影响。程序说明：当晶体管偏置在有源放大区时，Vcvo且WckT/q,集电结边缘处电 子密度为零，即x=Wb，阳(必)二0。由此边界条件，得到缓变基区少子浓度分布 函数：nJx)= 一-協1 NH(x)dx假定：/nE=0.01mA ； DnB=2cm2/s； WB=0.05um ； q= 1.6e-l 9C o逻辑功能程序function 二 Question3()syms x eta

8、 NBO InE DnB WB q a;NBlx=NB0*(l-x/TO);NB2x=NB0*exp(-eta*x/WB);nBx=InE*int(NB2x, x, x, WB)/(NB2x*q*DnB);nBO二InE*WB/(q*DnB);y=nBx/nB0;nB0=subs (nBO, InE, DnB, WB, q, 0. 01, 2, 0. 05, 1. 6*10-19);y=subs (y, x, a*WB);y=subs(y, q, 1. 6*1019);for i二0:2:8yx=limit (y, eta, i);ezplot(yx, 0, 1);text (0. 5-0.

9、05*i, subs (yx, a, (0. 5-0. 05*i), q 二，num2str (i); hold on;31贝Fl内容endhold off;grid on;titleC不同内建电场下的丛区少子浓度分布);text (0. 5, 0. 85, V nB0=InE*WB/ (q*DnB), num2str (nB0*10-15), *10 8cm-2);xlabel ( x/WB);ylabel ( nBx*q*DnB/ 仃nE*WB);axis(0, 1, 0, 1);end实验过程与结果打开mat lab,在命令窗D u Command Window M中键入edit,启动程

10、序编辑 器。输入完整程序后利用save as储存为M文件，文件名为EXP1。返回主界面, 在命令窗口 Command Windowv中输入函数EXP1 (),按下回车，得到程序 运行结果如下：Question3 ()(8/ALLJu_)muchbx8u10.90.80.70.60.50.40.30.20.10iB0=lnE*WB/(fDnB)=：1.5625M08cmn ufn=2、n=4 J、.n 二6rl uJ一1 J、不同内建电场下的基区少子浓度分布00.10.20.30.40.50.60.70.80.91x/WB31实验结果分析（1）当杂质浓度呈线性分布时，少子浓度分布呈线性变化。少子

11、浓度随 基区宽度的增大逐渐减小；（2）当杂质浓度呈指数分布时，少子浓度分布也呈指数变化。少子浓度 随基区宽度的增大逐渐减小；（3）随着e的增大，基区少子浓度逐渐减少，这是因为内建电场增大 的原因，达到同样电流密度所需少子浓度梯度较低；（4）符号变量及其表达式的使用需要提前定义，用syms定义；（5）对符号或表达式的积分采用int函数，可以指定上下限，也可以只 是不定积分。314：确定PN结势垒区内电场分布和碰撞电离率随反偏电圧的变化关系。(1) 基本口标：突变结分析(2) 标准目标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景(1) 突变结势垒区内电场分布分析 N N内建电势Vhi=V.og-丄/V

12、o(+V) 2N区耗尽区宽度兀=-丄P区耗尽区宽度入=，Na其中，V为反偏电压，约化浓度叫=Nd +电场强度E(x)在耗尽区中的变化关系如下式(1-4)、(1-5)所示:” E(x) = (xn+x)No (一暫 KO) sYE(x) = -(xp-x)NA (0xFunction M-File* 命名为Question4,键入整个函数，在主界面的uCommand Window中输入 函数Question4 (ND, NA),其中D是施主杂质浓度，NA是受主杂质浓度，按回 车会显示结果，具体显示如下： Question4(2*1016, 9*1016)31x105突变结电场分布Xx 105xi

13、o4线性缓变结电场分布Z/.、V=8v-6V/一、氓、V=2vw / / / / / / / /-/、*AfeOvv -2-1012-4X1031贝Fl内容突变结空穴碰撞电离率分布线性缓变结空穴碰撞电离率分布突变结电子碰撞电离率分布线性缓变结电子碰撞电离率分布r/1/1/归2三1 1 1 -1厂/V=Ov/-2-1012x x W4-500050一/ Z , / / f f/ /1 f1、 /11f111/ 11 1 1 1 IIIV-Ov1 1 1Il 1/-2-1012x x 104(一S0L6O一o o o o O2 4 6 8 0 4(一o)0L6o_实验结果分析（1）对多图的绘制，s

14、ubplot函数使不同类的函数分别绘制在不同的坐 标中,同时使用hold on让曲线叠加;（2）由突变结电场分布图得到势垒区内的电场强度与距离结的距离成 线性关系，随着距离增大，电场强度逐渐从最大值减小，直到PN结的边缘减 少为零；（3）III突变结电场分布图还可以得到杂质浓度大的一侧结宽较小，而且 结宽之比与浓度之比成反比；（4）电离率随着电场的增加增加，且在电场最大时电离率也是最大，而 且电压依赖比较大，同等条件下空穴的电离率要小于电子的电离率；31题目5：确定雪崩倍增因子随外加反偏电圧的变化关系。(1) 基本目标：突变结分析(2) 标准标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景空穴雪崩倍

15、增因子电子雪崩倍增因子逻辑功能程序function = Questions(NA, ND)syms V x t;V0=0. 026;ni=l. 5*1010;epsilon0=8. 854*10-14;q=l. 60219*10-19;a=1019;An二7. 03*105;Bn=l. 23*10 飞；Ap=l. 58*106;Bp二2. 03*106;m=l;epsilons=11. 9*epsilon0;N0=NA*ND/(NA+ND):Vl)i=V0*log(ND*NA/ni2) ;%常量31% 突变结雪崩倍增因子 %怒爲%for V=32:0.04:46xn=sqrt(2*epsilo

16、ns*N0*(Vbi+V)/q)/ND;xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;Exn=q*(xn+x)*ND/epsilons;Exp=q* (xp-x)*NA/epsilons;Emaxsubs (Exn, x, 0);%Vbih=V0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi/(a*q)(1/3)2)a1pha i_nn=An*exp(-(Bn/Exn);a1pha i_pn=An*exp(-(Bn/Exp);a1pha i_np=Ap*exp(-(Bp/Exn);alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp);int0=quad(

17、matlabFunct ion(alphai_nn-alphai_np), xn/1000-xn,0);int_nn=quad2d(matlabFunction(alphai_nn. *subs(alphai_nn-alphai_np, x, t), -xn, 0, -xn, (x) x);int_pn=quad2d(matlabFunction(alphai_pn. *(subs(a1phai_pna1phai_pp ,x, t) +into), 0, xp, 0, (x) x);int_n=int_nn+int_pn;Mn二1/(1-int_n);int_np=quad2d(matlabF

18、unction(alphai_np欢subs(alphai_nn-alphai_np, x, t), -xn, 0, -xn, (x) x);int_pp=quad2d(matlabFunction(alphai_pp *(subs(a1phai_pna1phai_pp ,x, t) +int0), 0, xp, 0, (x) x);31贝Fl内容int_p=int_np+int_pp;Mp=l/(l-int_p);figure (1);subplot 1, 1); plot(V, Mn);hold on; subplot (2, 1, 2);plot (V, Mp);hold on;ends

19、ubplot (2, 1, 1);titlef突变结电子兀崩倍增因子随电爪变化);hold off;subplot (2, 1, 2):titleC突变结空穴雪崩倍增因r随电汗变化O-hold off;% 缓变结雪崩倍增因子%for V=165:0. 2:245xp_h=(1/2)*(12*epsilons*(Vbi+V)/(a*q)(1/3);xn_h二xp_h;Emax_h=(a*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)2;E_h二Emax_h*(l-(x/xp_h)2);alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h)m);alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_

20、h)m);int2_n=quad2d(matlabFunction(alphai_nh *subs(alphai_nh-alphai_ph,x, t), 一xn_h, xp_h, -xn_h, (x) x);int2_p=quad2d(matlabFunction(alphai_ph *subs(alphai_nh-alphai_ph,31贝Fl内容x, t), -xn_h, xp_h, -xn_h, (x) x);Mn_h二 1/ (l-int2_n);Mp_h=l/ (l-int2_p);figure (2);subplot 1, 1):plot(V, Mn_h);hold on;subp

21、lot (2, 1, 2);plot (V, Mp_h);hold on;endsubplot (2, 1, 1);t辻le(缓变结电子雪崩倍增因子随电丿k变化)；hold off;subplot (2, 1, 2);titleC缓变结空穴雪崩倍增因产随电压变W) ；hold off;end实验过程与结果运行 mat lab,在菜单栏中点击File 选择ewFunction M-File”, 命名为Question5,键入整个函数，在主界面的uCommand Window中输入 函数Question5 (ND, NA),其中D是施主杂质浓度，NA是受主杂质浓度，按回 车会显示结果，具体显示如下

22、： Questions(2*10*16,8*10*16)31突变结电子雪崩倍增因子随电压变化3436384042444632缓变结电子雪崩倍增因子随电压变化缓变结空穴雪崩倍壇因子随电压变化31实验结果分析(1) 对于相对复杂的函数，int函数符号积分无法进行运算，只能依靠人 为处理化简，选择适当的定积分函数quad,和二重积分函数quad2d,可以 减少程序运行的时间；(2) 山曲线得在很大范用内倍增因子处于较小的值，而在很小范围内产生 突变，曲线的右半侧曲线没有实际意义，因为已超过击穿电压，PN结已击穿;(3) 相同情况下，电子的击穿电压低于空穴的击穿电压。31题目6：确定击穿电压随P区和N

23、区浓度的变化关系。（1）基本目标：突变结分析（2）标准U标：突变结+线性缓变结分析设计物理基础背景利用碰撞电离率积分方法确定击穿电压PN结的击穿电压，以及击穿时候的 最高电场碰撞电离率乞依赖于电场强度E（x）,随着反偏电压V的增加，E）不断增大直至发生击穿，此时的电场强度为&发生雪崩击穿的条件为Mts,即上式中的积分趋于1,雪崩击穿条件可写为或者击穿时的电压为BV ,最高电场为突变结线性缓变结逻辑功能程序function 二 Question6( NAO, ND0 ) syms V x t;V0二0. 026;ni=l. 5*1010;epsilon0=8. 854*10 -14;q=l. 6

24、0219*10-19;a=1019;An二7. 03*105;31贝Fl内容Bn=l. 23*106;Ap二1 58*106;Bp二2. 03*106;m=l;epsilons=11. 9*epsilon0;%常量%怒聯%9墨%突变结击穿电丿与浓度怒b%Vout=50;for NA=NA0:NA0:50*NA0N0=NA*ND0/(NA+NDO);Vbi二V0*log(ND0*NA/ni2);int_n=2;V二Vout;while (int_nl)xn=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NDO;xp=sqrt(2*epsilons*N0*(Vbi+V)/q)/NA;

25、Exn二q*(xn+x)*ND0/epsilons;Exp=q* (xp-x)*NA/epsilons;%Vbih=V0*log(a/(2*ni)*(12*epsilons*Vbi/(a*q)(1/3)2)alphai_nn=An*exp(-(Bn/Exn);alphai_pn=An*exp(-(Bn/Exp);alphai_np=Ap*exp(-(Bp/Exn);alphai_pp=Ap*exp(-(Bp/Exp);intO=quad(matlabFunction(alphai_nn-alphai_np), xn/1000-xn, 0);int_nn=quad2d(matlabFunctio

26、n(alphai_nn.水subs(alphai_nn-alphai_np,x, t), -xn, 0, -xn, (x) x);31贝Fl内容int_pn=quad2d(matlabFunction(alphai_pn. *(subs(a1phai_pna1phai_pp ,x, t) +into), 0, xp, 0, (x) x);i nt_n= i nt_nn+i nt_pn;V=V-Vout/500;endVout=V+Vout/500;figure (1);subplot (2, 1, 1);plot(NA, Vout, +);hold on;Emax二subs (Exn, x,

27、0);subplot (2, 1, 2);plot (NA, Emax, +) ;hold on;endsubplot 1, 1);title (突变结击穿电丿k随杂质浓度变化关系);hold off;subplot (2, 1, 2);title(突变结击穿时最高电场随杂质浓度变化关系);hold off;%歆渊揶歸號缓变结击穿也k随浓度梯度关系确縱%號%9渊揶歸縱Vout=500;for ai=a/10:a/10:5*aNO二NA0*ND0/(NA0+ND0);Vbi二V0*log(ND0*NA0/ni2);int2_n=2;V二Vout;while(int2_nl)xp_h=(l/2)*

28、(12*epsilons*(Vbi+V)/(ai*q)(1/3);xn_h二xp_h;31贝Fl内容Emax_h=(ai*q/(8*epsilons)*(xn_h+xp_h)2;E_h二Emax_h*(l-(x/xp_h)2);alphai_nh=An*exp(-(Bn/E_h) m);alphai_ph=Ap*exp(-(Bp/E_h)m);int2_n=quad2d(matlabFunction(alphai.nh欢subs(alphai_nh-alphai_ph,x, t), 一xn_h, xp_h, -xn_h, (x) x);V=V-Vout/500;endVout=V+Vout/5

29、00;figure (2);subplot (2, 1, 1);plot (ai, Vout, +，) ;hold on;subplot (2, 1, 2);plot (ai, Emax_h, +,) ;hold on;endsubplot 1, 1);titleC缓变结击穿电爪随朵质浓度梯度变化关系);hold off;subplot (2, 1, 2);titleC缓变结击穿时最高电场随杂质浓度梯度变化关系);hold off;end实验过程与结果运行 mat lab,在菜单栏中点击File,选择ewFunction M-File”, 命名为Question6,键入整个函数，在主界面的Co

30、mmand Window中输入 函数Question6(ND,NA),其中ND是施主杂质浓度，NA是受主杂质浓度，按回 车会显示结果，具体显示如下：31贝Fl内容 Question6(3*10 16,6*10 16)xw5 突变结击穿时最高电场随杂质浓度变化关系444+卅+卜卜卄卜卜屮+十十+6.565.554.505101531x1017贝Fl内容缓变结击穿电压随杂质浓度梯度变化关系00.511.522.533.544.55X105缓变结击穿时最高电场随杂质浓度梯度变化关系5 Ltc 00.511.522.533.544.55实验结果分析(1) 因为是带值步进计算，不是方程，所以无法求得准确的击穿电压， 采用近似处理，给予一个精确度进行求解；(2) 由图得击穿电压随着杂质浓度的增加逐渐减小，(在一个浓度一定时) 而且趋近于某个值；(3) 击穿时的最大电场强度随着杂质浓度增加而增加，(在一个浓度一定 时)而且趋近于某个值；31实验小结与心得实验小结与心得体会体会本次软件设计实验主要!_!的是通过使用MATLAB软件对一些半导体器件物理 方面的问题进行研究和仿真，从而使我们对本专业知识有更深入和细