强光辐照下半导体光电探测器的温度场模拟

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半导体光电探测器在科研、生产及其它相关领域有着广泛的应用,其工作性能对温度变化非常敏感,而有些光电探测器则需要在强光辐照的状态下工作,此时光热效应能引起明显的温升。因而计算半导体光电探测器的温度场分布是了解其工作性能的一个重要手段,对于改进器件的抗激光性能具有重要的理论价值。基于这一背景,本文对强光辐照下半导体光电探测器的温度场作了模拟计算,取得的成果如下:首先,将一维空间的温度场计算模型推广到二维空间,建立了二维空间的温度场方程。在以往的工作中,对强光辐照下半导体光电探测器的温度场计算,多集中在一维空间中进行,其工作前提是假设了强光均匀辐照光电探测器表面,但实际上其光照并不均匀,因而建立二维空间的温度场计算模型更能反映物理规律,适用性更广泛、更普遍。本文建立的温度场计算模型,可推广到一切二维轴对称情形,具有普遍适用性。其次,对于变系数二维抛物型温度场方程,采用了一种既能达到无条件稳定又能用追赶法求解的交替方向隐差分格式,较好地解决了方程的数值解问题。一般情况下,对于一维抛物型方程,隐格式绝对稳定,用消元法求解的计算量也不大,但对高维抛物型方程,隐格式虽然绝对稳定,但计算量增加很多;显格式计算简单,但稳定性条件十分苛刻。因此实际应用中需要寻找一种既稳定计算量又小的差分格式,而交替方向隐式方法就是满足这种要求的一种差分格式。它既是一种有效的分数步长算法,又是一种计算速度快,存储量小,无条件稳定和应用范围广的有限差分法。最后,针对由差分格式导出的大型三对角方程组,通过编制程序进行了求解,并对计算结果作了分析。虽然三对角方程组的求解有固定的模式,但对于高维抛物型方程引出的三对角方程组,其计算量仍然很大,相应的程序实现也有一定的难度。本文采用了分层计算法,通过设置数组、利用循环等程序设计技术编制了相应的程序,达到了解决问题的目的,同时可实现通过输入不同的物理参数及时间和空间步长而得到不同的解,以方便对物理现象进行分析。
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