(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210963477.4 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市碑林区咸宁西 路28号 申请人 中国工程物理研究院流体物理研究 所 (72)发明人 闵道敏　段亚楠　武庆周　王诗航　 李盛涛　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/13(2006.01)G06F 119/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 电介质暂态电流与电导熵-焓补偿特性仿真 方法和系统 (57)摘要 本发明公开了电介质暂态电流与电导熵 ‑焓 补偿特性仿真方法和系统， 提出了电荷载流子试 图跳跃频率的逆 幂函数形式， 得到了基于电荷载 流子跳跃输运和载流子谐振效应的载流子迁移 速率。 提出了电极 ‑电介质界面的两步电荷转移 模型， 得到了基于电介质表面陷阱填充和跳跃输 运的注入电流密度。 综合考虑电极 ‑电介质界面 的电荷注入、 电荷迁移与扩散、 电荷守恒、 及泊松 方程建立了纳米复合电介质的双极性电荷输运 模型。 最后， 融合双极性电荷输运和傅里叶热传 导建立了纳米复合电介质电 ‑热耦合作用的暂态 电流和电导熵 ‑焓补偿特性的仿真方法。 权利要求书2页 说明书12页 附图15页 CN 115329569 A 2022.11.11 CN 115329569 A 1.纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其特征在于， 包括以下步 骤： 步骤1： 建立纳米复合电介质中的电荷载流子试图跳跃频率的逆幂函数， 根据逆幂函数 得到瞬态电荷载流子试图逃逸频率； 根据电荷载流子试图跳跃频率得到基于跳跃输运和载 流子谐振效应的电子 迁移速率和空穴的迁移速率； 步骤2： 根据步骤1得到的瞬态电荷载流子试图逃逸频率计算阴极 ‑电介质的电荷注入 密度和阳极 ‑电介质界面的电荷注入密度； 步骤3： 建立纳米复合电介质的电极 ‑电介质界面的电荷迁移与扩散方程， 根据电极 ‑电 介质界面的电荷迁移与扩散方程、 电荷守恒方程及泊松方程以及步骤1得到的电子迁移速 率和空穴的迁移速率， 建立纳米复合电介质的双极性电荷输运模型； 步骤4： 建立傅里叶热传导方程， 根据阴极 ‑电介质的电荷注入密度和阳极 ‑电介质界面 的电荷注入密度、 傅里叶热传导方程、 电介质材料的暂态电流计算 公式、 电介质材料的稳态 电导率计算 公式和纳米复合电介质的双极性电荷输运模型建立纳米复合电介质电 ‑热耦合 作用的暂态电流和电导熵 ‑焓补偿特性的仿真模型， 用仿真模型对电介质暂态电流与电导 熵‑焓补偿特性进行仿真， 得到不同温度下纳米复合电介质的导电特性。 2.根据权利要求1所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其 特征在于， 所述步骤1 中， 电荷载流子试图跳跃频率的逆幂函电荷载流子试图跳跃频率的逆 幂函为： υATE(t)＝ υ0( α t‑β+1) (1)； 式中： υATE(t)为瞬态电荷载流子试图逃逸频率， υ0为稳态时的电荷载流子试图逃逸频 率， t表示施加电场的时间， α 为逆幂函数前置因子， β 为幂函数的指数； α和β与电场E和测试 温度T有关的系数， 即α(E,T)和β(E,T)。 3.根据权利要求1所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其 特征在于， 所述 步骤1中， 电子 迁移速率和空穴的迁移速率计算公式为： 式中： ve(x,t)和vh(x,t)分别为电子和空穴的迁移速率， λe和 λh分别是电子和空穴的平 均跳跃间距， uT(e)和uT(h)分别为电子和空穴的陷阱能级， e为电子电量， kB为玻尔兹曼常数， TMN为Meyer‑Neldel温度， x表示电介质中的位置， E(x,t)为外施电场强度， T为测试温度。 4.根据权利要求1所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其 特征在于， 所述 步骤2中， 阴极‑电介质的电荷注入密度和阳极 ‑电介质界面的电荷注入密度的计算公式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115329569 A 2式中： jin(e)(0,t)和jin(h)(d,t)分别为阴极 ‑电介质和阳极 ‑电介质界面的电荷注入密 度， nMD(e)和nMD(h)分别为纳米复合电介质与电极界面处通过电荷转移形成的表面陷阱电子 和表面陷阱空穴密度。 5.根据权利要求1所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其 特征在于， 所述 步骤3中， 建立的电荷迁移与扩散方程 为： 其中， jD(e)(x,t)和jD(h)(x,t)分别是电子和空穴形成的传导电流密度， De和Dh分别是电 子和空穴的扩散系数。 6.根据权利要求1或5所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方 法， 其特征在于， 所述步骤3中， 纳米复合电介质的双极性电荷输运模 型包括电极 ‑电介质界 面的电荷注入密度、 电极 ‑电介质界面的电荷迁移与扩散方程、 电荷守恒方程及 泊松方程。 7.根据权利要求1所述的纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法， 其 特征在于， 所述 步骤4中， 傅里叶热传导方程 为： 式中： ρ 为纳米复合电介质的质量密度， Cs为比热容， κ 为纳米复合电介质的热导 率。 8.一种纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真系统， 其特征在于， 包括迁 移速率计算模块、 电荷注入密度计算模块、 电荷迁移与扩散方程模块和仿真模块； 迁移速率计算模块， 用于建立纳米复合电介质中的电荷载流子试图跳跃频率的逆幂函 数， 根据逆幂函数得到瞬态电荷载流子试图逃逸频率； 根据电荷载流子试图跳跃频率得到 基于跳跃输运和载流子谐振效应的电子 迁移速率和空穴的迁移速率； 电荷注入密度计算模块， 用于根据瞬态电荷载流子试图逃逸频率计算阴极 ‑电介质的 电荷注入密度和阳极 ‑电介质界面的电荷注入密度； 电荷迁移与扩散方程模块， 用于建立纳米复合电介质的 电极‑电介质界面的 电荷迁移 与扩散方程， 根据电极 ‑电介质界面的电荷迁移与扩散方程、 电荷守恒方程及泊松方程、 电 子迁移速率和空穴的迁移速率， 建立纳米复合电介质的双极性电荷输运模型； 仿真模块， 用于建立傅里叶热传导方程， 根据阴极 ‑电介质的电荷注入密度和阳极 ‑电 介质界面的电荷注入密度、 傅里叶热传导方程、 电介质材料的暂态电流计算 公式、 电介质材 料的稳态电导率计算公式和纳米复合电介质的双极性电荷输运模型建立纳米复合电介质 电‑热耦合作用的暂态电流和电导熵 ‑焓补偿特性的仿 真模型， 用仿 真模型对电介质暂态电 流与电导熵 ‑焓补偿特性进行仿真， 得到不同温度下纳米复合电介质的导电特性。 9.一种纳米复合电介质暂态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真系统， 其特 征在于， 包括： 处理器； 用于存储处理器可执行指令的存 储器； 其中， 所述处理器被配置为执行上述权利要求1 ‑7任意一项所述的纳米复合电介质暂 态电流与电导熵 ‑焓补偿特性仿真方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115329569 A 3