CN117708904B - 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法 - Google Patents

面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117708904B
CN117708904B CN202311479171.2A CN202311479171A CN117708904B CN 117708904 B CN117708904 B CN 117708904B CN 202311479171 A CN202311479171 A CN 202311479171A CN 117708904 B CN117708904 B CN 117708904B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grid
semiconductor
boundary
triangle
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311479171.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN117708904A (zh
Inventor
陈建军
金秉阳
刘陶然
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huanjiang Laboratory
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Huanjiang Laboratory
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huanjiang Laboratory, Zhejiang University ZJU filed Critical Huanjiang Laboratory
Priority to CN202311479171.2A priority Critical patent/CN117708904B/zh
Publication of CN117708904A publication Critical patent/CN117708904A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN117708904B publication Critical patent/CN117708904B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/005—Tree description, e.g. octree, quadtree
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Image Generation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法，包括获取半导体几何模型数据，构建八叉树背景网格尺寸场，通过基于四面体优化的曲面网格自动修复算法修复几何重叠等问题，并使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，确定用户选定的特征区域和非特征区域。根据八叉树背景网格尺寸场需求，在半导体连续几何模型的特征区域，使用扫掠法生成各向异性四边形表面网格和各向异性结构六面体网格单元；在半导体连续几何模型的非特征区域，使用前沿推进法生成符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，并使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元。

Description

面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法
技术领域
本申请涉及数值模拟仿真技术领域，尤其涉及一种面向半导体领域数值模拟的混合单元网格生成方法。
背景技术
随着计算机软硬件技术、计算机辅助设计(Computer Aided Design)、计算机辅助工程(Computer Aided Engineering)等技术的高速发展，数值模拟仿真方法的结果越来越真实可靠，也为工程应用提供了重要的数据支持。在半导体领域中，基于有限体积法的数值模拟仿真可以用来解决很多问题，例如计算系统功率提高后，电子器件产生的热量；或者进行微晶元件的总剂量效应和单粒子效应数值仿真，来改进器件结构，制造出性能更加优异可靠的半导体器件等。
网格生成是上述数值模拟仿真研究方法的重要步骤，网格种类、网格质量和网格规模都会影响到求解器计算精度和收敛速度，同时特定领域复杂问题的网格生成往往需要依赖用户经验，有较高的交互成本和时间成本，在半导体领域中，网格生成仍然存在问题，具体包括：
(1)尺寸控制：网格规模往往是网格生成过程中需要关注的重点之一。网格规模越大，计算精度越高，迭代求解的时间也会相应提高。为兼顾精度和效率两方面的要求，网格疏密需要得到一定的控制。基于半导体领域的物理背景，在电势和载流子浓度梯度大的区域，例如PN结附近，由于掺杂变化很快，因此需要划分尺寸更小精度更高的单元，来确保计算结果的准确性；而在梯度较小，或对计算结果影响较小的区域，可以产生一些尺寸较大的网格，来提高迭代求解的效率，减少计算时间。
(2)几何干涉和重叠：很多基于构造实体几何(Constructive solid geometry)技术表征的电磁半导体几何模型由多个基础体素，如六面体、棱台、圆柱等组成，每个基础体素均由一系列离散三角形网格表征。基础体素之间存在较为严重的干涉和重叠现象，直接生成体网格较为困难。
(3)混合网格生成：在半导体领域，由于半导体MOS管的电流特性，因此在沿着Si/SiO2表面方向，需要生成具有一定的各向异性和贴体性的体网格单元，即各向同性的六面体附面层网格，来符合物理量的变化需要。而在非其他区域，可以快速填充四面体网格，并以此平衡电磁半导体领域的需求和自动化网格生成算法的复杂度和效率等问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本申请实施例提供一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法。
根据本申请实施例，提供一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法，包括：
获取半导体几何模型数据，所述半导体几何模型数据包括半导体全三角形表面网格模型、半导体几何模型体区域信息和半导体几何模型网格源信息，根据所述半导体几何模型网格源信息，构建八叉树背景网格尺寸场；
在所述半导体全三角形表面网格模型上使用基于四面体优化的曲面网格自动修复算法，获取半导体干净离散三角形模型；
在所述半导体干净离散三角形模型上使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，并根据所述半导体几何模型体区域信息，确定用户在半导体连续几何模型上选定的特征区域和非特征区域；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的特征区域使用扫掠法生成各向异性四边形表面网格和各向异性结构六面体网格单元；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的非特征区域使用前沿推进法生成符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，对于所述各向异性四边形表面网格和所述符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元；
整理所述各向异性结构六面体网格单元、各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，获取并输出半导体混合单元网格模型。
可选的，所述半导体几何模型体区域信息包括以下三个内容：
(1)基础体素种类及数量，所述基础体素包括长方体、圆柱体、球、圆环体、正棱柱、正棱锥等基础体素；
(2)所述半导体全三角形表面网格模型中每个三角形的体序号，该序号标志该三角形是所述基础体素的表面三角形；
(3)各基础体素所需生成的网格类型。
可选的，所述半导体几何模型网格源信息包括一系列网格源点的坐标，每个网格源点的尺寸值信息以及网格源尺寸值增长率。
可选的，在所述半导体全三角形表面网格模型上使用基于四面体优化的曲面网格自动修复算法，获取半导体干净离散三角形模型，具体包括：
对于所述半导体全三角形表面网格模型，使用德劳内三角剖分方法，得到全四面体网格结果；
对于所述全四面体网格结果，使用四面体优化技术，获得高质量全四面体网格结果；
提取所述高质量全四面体网格表面边界，即为半导体干净离散三角形模型。
可选的，在所述半导体干净离散三角形模型上使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，并根据所述半导体几何模型体区域信息，确定用户在半导体连续几何模型上选定的特征区域和非特征区域，包括：
对所述半导体干净离散三角形模型，计算各网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和三角形邻接关系；
根据所述网格边邻接关系和三角形邻接关系，遍历所有网格边，判断每个网格边是否为边界边，若某一个网格边是边界边，则组成该网格边的顶点为边界点；
根据所述网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和所述边界边、边界点，遍历所有边界点，判断每个边界点是否为角点；
根据所述边界边和角点，使用追踪法找到两角点之间的边界曲线，对于所述边界曲线，使用采样插值方法生成弗格森曲线；
根据所述三角形邻接关系和边界边，使用染色法找到边界边所围成的边界曲面，对于所述边界曲面，使用采样插值方法生成孔斯曲面；
根据所述三角形邻接关系和边界边，构建所述弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系；
根据所述半导体几何模型体区域信息和所述边界曲面，构建体区域与孔斯曲面的拓扑关系，所述体区域、孔斯曲面、弗格森曲线、弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系、体区域与孔斯曲面的拓扑关系构成所述半导体连续几何模型；
根据所述半导体几何模型体区域信息和所述体区域与孔斯曲面的拓扑关系，确定在半导体连续几何模型上，用户选定的特征区域和非特征区域。
可选的，根据所述八叉树背景网格尺寸场，对于所述各向异性四边形表面网格和所述符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，包括：
对于所述各向异性四边形表面网格，使用快速层进算法构建多层各向异性结构六面体网格单元；
在所述各向异性结构六面体网格单元表面构建一层金字塔单元；
提取所述金字塔单元表面，得到过渡三角形表面网格，对于所述过渡三角形表面网格和符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过构建八叉树背景网格尺寸场进行尺寸控制，兼顾计算精度和计算效率两方面的要求；能够获取任意质量三角形表面网格输入，通过基于四面体优化的曲面网格自动修复算法处理用户输入，通过特征识别法获取干净连续几何模型，克服了半导体领域几何干涉和重叠现象导致的网格生成失败问题；同时，本文实现了各向异性六面体和各向同性四面体的混合单元网格的自动化生成，可以应用于半导体领域基于有限体积法的数值模拟仿真。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型表面网格样式示意图。
图3是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型表面网格内部结果示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型表面网格重叠现象示意图。
图5是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型干净离散三角形模型表面网格样式示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型干净离散三角形模型表面网格无重叠现象示意图。
图7是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型干净连续几何模型示意图。
图8是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型各向异性四边形表面网格和各向异性六面体网格单元示意图。
图9是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格示意图。
图10是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格尺寸分布示意图。
图11是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型多层各向异性六面体附面层网格单元示意图。
图12是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型混合网格单元整体情况示意图。
图13是根据一示例性实施例示出的半导体领域经典全加器模型混合网格单元细节部分示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是根据一示例性实施例示出的一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法的流程图，如图1所示，该方法可以包括以下步骤：
S1：获取半导体几何模型数据，所述半导体几何模型数据包括半导体全三角形表面网格模型、半导体几何模型体区域信息和半导体几何模型网格源信息，根据所述半导体几何模型网格源信息，构建八叉树背景网格尺寸场；
具体地，所述半导体几何模型包括分立器件几何模型及集成电路器件几何模型，其中分立器件包含各种开关晶体管、功率晶体管、二极管等器件，集成电路器件是由多个晶体管和电路元件组成的一体化器件，包含各种可编程逻辑器件、门阵列等。本申请将以全加器这一典型集成电路器件的几何模型为例来进行详细说明。
所述半导体全三角形表面网格模型包含一系列网格顶点和三角形网格单元。
具体地，所述半导体几何模型体区域信息包括以下三个内容：
(1)基础体素种类及数量，所述基础体素包括长方体、圆柱体、球、圆环体、正棱柱、正棱锥等基础体素。
(2)所述半导体全三角形表面网格模型中每个三角形的体序号，该序号标志该三角形是所述基础体素的表面三角形。
(3)各基础体素所需生成的网格类型。
(1)和(2)是半导体领域构造实体几何技术表征的几何模型信息，(3)是由用户基于半导体领域求解器具体仿真需要设计，默认情况下各基础体素均生成非结构各向同性四面体单元网格。这种半导体几何模型体区域信息的设计使得用户可以自由定义不同区域网格生成的类型，使得最终生成的网格可以匹配半导体领域不同几何模型、不同工况和不同计算任务。
具体地，所述半导体几何模型网格源信息包括一系列网格源点的坐标，每个网格源点的尺寸值信息以及网格源尺寸值增长率。这种信息的设计使得用户可以自由定义半导体几何模型任意位置的目标网格边长。
采用本发明算法验证半导体领域经典模型全加器的效果，该全加器模型包含214个基础体素，其中有28个基础体素需生成各向异性六面体网格，其余186个体需生成各向同性四面体网格，并使用半导体领域工具制作全三角形表面网格及几何模型网格源信息，所述半导体全三角形表面网格模型包含3752个三角形网格单元和2304个网格顶点，其表面网格样式如图2所示，内部结果如图3所示，全三角形表面网格上存在的重叠现象如图4所示，其中四边形区域均存在重叠问题。所述半导体几何模型网格源信息包含347814个网格源点坐标及该点上的尺寸值，取网格源尺寸值增长率为1.2，并根据所述半导体几何模型网格源信息，构建八叉树背景网格尺寸场。
S2：在所述半导体全三角形表面网格模型上使用基于四面体优化的曲面网格自动修复算法，获取半导体干净离散三角形模型：
S21：对于所述半导体全三角形表面网格模型，使用德劳内三角剖分方法，得到全四面体网格结果；
具体地，对于所述半导体全三角形表面网格模型的全部网格顶点，构造点集的德劳内三角剖分，并通过边界恢复操作恢复所述半导体全三角形表面网格模型的全部三角形单元，得到全四面体网格结果。
S22：对于所述全四面体网格结果，使用四面体优化技术，获得高质量全四面体网格结果；
具体地，所述四面体优化技术主要包括光滑化算法和拓扑变换算法，其中光滑化算法使用最速下降法修改所述全四面体网格结果中全部网格顶点的几何坐标，来确保包含该顶点的局部四面体网格单元质量最优，拓扑变换算法使用基本拓扑变换操作对四面体单元进行处理，保证所有四面体网格单元符合用户需求。
S23：提取所述高质量全四面体网格表面边界，即为半导体干净离散三角形模型；
具体地，本实施例中，所提取得到的半导体干净离散三角形模型包含有14934个三角形网格单元和6548个网格顶点，其表面网格样式如图5所示，此时半导体干净离散三角形模型不存在重叠问题，如图6所示。
S3：在所述半导体干净离散三角形模型上使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，并根据所述半导体几何模型体区域信息，确定用户在半导体连续几何模型上选定的特征区域和非特征区域：
S31：对所述半导体干净离散三角形模型，计算各网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和三角形邻接关系；
具体地，所述网格顶点邻接关系表示任意两个网格顶点之间是否存在一条网格边连接这两个顶点，所述网格边邻接关系表示任意两条网格边之间是否共用同一个网格顶点，所述三角形邻接关系表示任意两个三角形之间是否共用同一个网格边。
S32：根据所述网格边邻接关系和三角形邻接关系，遍历所有网格边，判断每个网格边是否为边界边，若某一个网格边是边界边，则组成该网格边的顶点为边界点；
具体地，根据所述网格边邻接关系和三角形邻接关系，遍历所有网格边。对于任意一个网格边，判断该网格边是否为非流形边，若该网格边是非流形边，则该网格边是边界边，若该网格边不是非流形边，则判断该网格边的邻接三角形之间构成的二面角是否大于15°，若邻接三角形之间构成的二面角大于15°，则该网格边为边界边。
S33：根据所述网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和所述边界边、边界点，遍历所有边界点，判断每个边界点是否为角点。
具体地，根据所述网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和所述边界边、边界点，遍历所有所述边界点。对于任意一个边界点，判断该边界点的邻接边界边数是否等于2，若该边界点的邻接边界边数不等于2，则该边界点为角点，若该边界点的邻接边界边数等于2，则判断该边界点的邻接边界边之间的夹角是否大于15°，若该边界点的邻接边界边之间的夹角大于15°，则该边界点为角点；
S34：根据所述边界边和角点，使用追踪法找到两角点之间的边界曲线，对于所述边界曲线，使用采样插值方法生成弗格森曲线；
具体地，根据所述边界边和角点，遍历每个角点。对于每个角点而言，遍历该角点所连接的边界边，沿每个边界边方向，使用深度优先搜索的方法进行追踪，直至搜索到另一个角点时停止。搜索得到的边界边即构成这两个角点之间的一条边界曲线，对于该边界曲线，在组成该边界曲线的边界边上进行采样，采样点数量为50个。对所有的采样点进行插值，即得到一条边界曲线的弗格森曲线表征。
S35：根据所述三角形邻接关系和边界边，使用染色法找到边界边所围成的边界曲面，对于所述边界曲面，使用采样插值方法生成孔斯曲面；
具体地，根据所述三角形邻接关系和边界边，遍历每个三角形。对于每个三角形，沿其三个邻接三角形方向，使用深度优先搜索的方法进行染色，直至搜索到边界边时停止。相同染色的三角形即构成边界边所围成的边界曲面，对于所述边界曲面，在组成该边界曲面的三角形中进行采样，采样点数量为81个。对所有的采样点进行插值，即得到一个边界曲面的孔斯曲面表征。
S36：根据所述三角形邻接关系和边界边，构建所述弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系；
具体地，根据所述边界曲面，对于每个边界曲面，可以获得该边界曲面所包含的边界边，根据所述边界曲线，可以获得该边界曲线所包含的边界边。因此对于每个边界曲面，遍历其包含的边界边，可以获得该边界曲面包含的所有边界曲线，构建述弗格森曲线和孔斯曲面的拓扑关系。
S37：根据所述半导体几何模型体区域信息和所述边界曲面，构建体区域与孔斯曲面的拓扑关系，所述体区域、孔斯曲面、弗格森曲线、弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系、体区域与孔斯曲面的拓扑关系构成所述半导体连续几何模型；
具体的，根据所述半导体几何模型体区域信息，对于每个体区域，可以获得该体区域包含的所有三角形，根据所述边界曲面，对于每个三角形，可以获得该三角形所属的边界去面序号。因此对于每个体区域，遍历其包含的三角形，可以获得该体区域包含的所有边界曲面，构建体区域与孔斯曲面的拓扑关系。整理全部体区域、孔斯曲面、弗格森曲线、弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系、体区域与孔斯曲面的拓扑关系，即构成所述干净连续几何模型，本实施例中，图7展示了所述干净连续几何模型，该模型共计有1778个孔斯曲面和3771个弗格森曲线，其中不同灰度表示了不同的孔斯曲面，每个孔斯曲面的边界均为弗格森曲线。
S38：根据所述半导体几何模型体区域信息和所述体区域与孔斯曲面的拓扑关系，确定在半导体连续几何模型上，用户选定的特征区域和非特征区域。
具体地，若某个体区域需生成各向异性六面体网格单元，则该体区域包含的各个边界曲面均需生成各向异性四边形网格单元，该体区域及体区域包含的边界曲面均为特征区域。若某个体区域需生成各向同性四面体网格单元，则此体区域所包含的边界曲面均为非特征区域。
S4：根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的特征区域使用扫掠法生成各向异性四边形表面网格和各向异性结构六面体网格单元；
具体地，对于所述半导体连续几何模型的特征区域，根据所述八叉树背景网格尺寸场要求，对特征区域几何模型中的所有边进行离散。基于边离散结果，选择一条边作为扫掠边，其邻边作为扫掠方向，其对边作为扫掠结束位置。每次迭代，沿其邻边前进方向扫掠一次，构建面内新的顶点和面内四边形拓扑，直至访问到对边上的点时结束。基于面扫掠的结果，选择一个面作为扫掠面，与该面不平行的一条边作为扫掠方向，该面的对面作为扫掠结束位置。每次迭代，沿扫掠方向前进一次，构建体内新的顶点和体内六面体拓扑，直至访问到扫掠结束位置。本实施例中，图8展示了扫掠法生成各向异性四边形表面网格和各向异性结构六面体网格单元。
S5：根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的非特征区域使用前沿推进法生成符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格；
具体地，对于所述半导体连续几何模型非特征区域的每一个边界曲面，根据所述八叉树背景网格尺寸场要求，将边界曲面所包含的所有边界曲线离散为线网格，并基于所述线网格，使用前沿推进法，填充各向同性三角形表面网格。本实施例中，所生成符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格共计271283个，图9展示了使用前沿推进法生成的符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格。所述符合尺寸分布可参见图10，其中A区域为电流流经区域，是求解器计算的重点区域，因此需生成尺寸更小的三角形单元；B区域为晶片材质表面，无电流流经，不是求解器计算的重点区域，因此可以生成尺寸更大的三角形单元。
S6：根据所述八叉树背景网格尺寸场，对于所述各向异性四边形表面网格和所述符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元：
S61：对于所述各向异性四边形表面网格，使用快速层进算法构建多层各向异性结构六面体网格单元；
具体地，对于需要构建各向同性六面体附面层网格的边界面，整理该边界面四边形网格的法向，使得该法向方向朝向特征区域外部。同时将边界面四边形网格切分为三角形网格，保存四边形到三角形的切分对应关系。根据所述切分三角形网格，使用快速层进算法，沿法向方向快速生长多层三棱柱边界层网格，并根据所述四边形到三角形的切分对应关系，将对应三棱柱组合为具有强各向同性的结构六面体单元。本实施例中，所生成结构六面体单元共计111546个，图11展示了使用快速层进算法构建的多层各向异性结构六面体网格单元。
S62：在所述各向异性结构六面体网格单元表面构建一层金字塔单元；
具体地，在所述各向异性结构六面体网格单元表面的四边形上，取初始高度为四边形最短边的一半，生成一个候选金字塔单元，并判断该候选金字塔是否与已生成金字塔单元相交，若相交，则更新金字塔高度为原高度的1/2，再进行判断，若不相交，则生成该金字塔单元。本实施例中，所生成的金字塔单元共计62162个。
S63：提取所述金字塔单元表面，得到过渡三角形表面网格，对于所述过渡三角形表面网格和符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元；
具体地，对于所述过渡三角形表面网格和符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用德劳内三角剖分在体区域内部插点四面体集合，使用边界恢复算法找回边界，并删除计算区域外部的四面体单元，使用四面体质量优化去除质量较差的四面体，得到最终的各向同性非结构四面体网格单元。本实施例中，所生成各向同性非结构四面体单元共计2911068个，所述各向异性结构六面体网格单元、各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元即构成所述混合单元网格，图12展示了混合单元网格整体情况，图13展示了混合单元网格细节部分。
S7：整理所述各向异性结构六面体网格单元、各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，获取并输出半导体混合单元网格模型；
具体地，获取所述S4步骤生成的各向异性结构六面体网格单元和S6步骤生成的各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，通过点去重方法进行合并，得到所述半导体混合单元网格模型。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法，其特征在于，包括：
获取半导体几何模型数据，所述半导体几何模型数据包括半导体全三角形表面网格模型、半导体几何模型体区域信息和半导体几何模型网格源信息，根据所述半导体几何模型网格源信息，构建八叉树背景网格尺寸场；
在所述半导体全三角形表面网格模型上使用基于四面体优化的曲面网格自动修复算法，获取半导体干净离散三角形模型；
在所述半导体干净离散三角形模型上使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，并根据所述半导体几何模型体区域信息，确定用户在半导体连续几何模型上选定的特征区域和非特征区域；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的特征区域使用扫掠法生成各向异性四边形表面网格和各向异性结构六面体网格单元；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，在所述半导体连续几何模型的非特征区域使用前沿推进法生成符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格；
根据所述八叉树背景网格尺寸场，对于所述各向异性四边形表面网格和所述符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元；
整理所述各向异性结构六面体网格单元、各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，获取并输出半导体混合单元网格模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体几何模型体区域信息包括以下三个内容：
（1）基础体素种类及数量，所述基础体素包括长方体、圆柱体、球、圆环体、正棱柱、正棱锥基础体素；
（2）所述半导体全三角形表面网格模型中每个三角形的体序号，该体序号标志该三角形是所述基础体素的表面三角形；
（3）各基础体素所需生成的网格类型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体几何模型网格源信息包括一系列网格源点的坐标，每个网格源点的尺寸值信息以及网格源尺寸值增长率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述半导体全三角形表面网格模型上使用基于四面体优化的曲面网格自动修复算法，获取半导体干净离散三角形模型，具体包括：
对于所述半导体全三角形表面网格模型，使用德劳内三角剖分方法，得到全四面体网格结果；
对于所述全四面体网格结果，使用四面体优化技术，获得高质量全四面体网格结果；
提取所述高质量全四面体网格表面边界，即为半导体干净离散三角形模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述半导体干净离散三角形模型上使用特征识别的方法重建连续几何的边界信息，获取半导体连续几何模型，并根据所述半导体几何模型体区域信息，确定用户在半导体连续几何模型上选定的特征区域和非特征区域，包括：
对所述半导体干净离散三角形模型，计算各网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和三角形邻接关系；
根据所述网格边邻接关系和三角形邻接关系，遍历所有网格边，判断每个网格边是否为边界边，若某一个网格边是边界边，则组成该网格边的顶点为边界点；
根据所述网格顶点邻接关系、网格边邻接关系和所述边界边、边界点，遍历所有边界点，判断每个边界点是否为角点；
根据所述边界边和角点，使用追踪法找到两角点之间的边界曲线，对于所述边界曲线，使用采样插值方法生成弗格森曲线；
根据所述三角形邻接关系和边界边，使用染色法找到边界边所围成的边界曲面，对于所述边界曲面，使用采样插值方法生成孔斯曲面；
根据所述三角形邻接关系和边界边，构建所述弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系；
根据所述半导体几何模型体区域信息和所述边界曲面，构建体区域与孔斯曲面的拓扑关系，所述体区域、孔斯曲面、弗格森曲线、弗格森曲线与孔斯曲面的拓扑关系、体区域与孔斯曲面的拓扑关系构成所述半导体连续几何模型；
根据所述半导体几何模型体区域信息和所述体区域与孔斯曲面的拓扑关系，确定在半导体连续几何模型上，用户选定的特征区域和非特征区域。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述八叉树背景网格尺寸场，对于所述各向异性四边形表面网格和所述符合尺寸分布的各向同性三角形表面网格，使用带附面层的德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元和金字塔过渡单元，包括：
对于所述各向异性四边形表面网格，使用快速层进算法构建多层各向异性结构六面体网格单元；
在所述各向异性结构六面体网格单元表面构建一层金字塔单元；
提取所述金字塔单元的表面，得到过渡三角形表面网格，对于所述过渡三角形表面网格和高质量三角形表面网格，使用德劳内三角剖分方法生成各向同性非结构四面体网格单元。
CN202311479171.2A 2023-11-08 2023-11-08 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法 Active CN117708904B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311479171.2A CN117708904B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311479171.2A CN117708904B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN117708904A CN117708904A (zh) 2024-03-15
CN117708904B true CN117708904B (zh) 2024-07-23

Family

ID=90150443

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311479171.2A Active CN117708904B (zh) 2023-11-08 2023-11-08 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117708904B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118095012B (zh) * 2024-03-29 2024-10-18 浙江大学 一种面向电磁计算的几何自适应网格生成方法
CN118071960B (zh) * 2024-03-29 2024-08-06 浙江大学 面向半导体器件模拟的八叉树网格加密和生成方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104331584A (zh) * 2014-11-28 2015-02-04 北京航空航天大学 一种面向附面层计算的二维混合网格自动化生成方法
CN115994410A (zh) * 2023-03-22 2023-04-21 中国人民解放军国防科技大学 基于八叉树细化四面体网格的飞行器仿真驱动设计方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030026300A (ko) * 2003-03-13 2003-03-31 원태영 3차원 구조물에 대한 비구조형 사면체 메쉬 생성 방법
CN113312778A (zh) * 2021-06-04 2021-08-27 浙江大学 一种自适应于模型几何特征的非结构网格生成方法
KR102572752B1 (ko) * 2021-10-25 2023-08-30 광주과학기술원 반도체 소자 시뮬레이션 시스템 및 반도체 소자 시뮬레이션 가속화 방법
CN114219899B (zh) * 2022-02-21 2022-05-10 墨研计算科学（南京）有限公司 一种基于改进叉树算法的网格生成方法及装置
CN115169274B (zh) * 2022-06-20 2023-05-02 浙江大学 电子器件装配体几何自适应数值仿真网格生成方法及装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104331584A (zh) * 2014-11-28 2015-02-04 北京航空航天大学 一种面向附面层计算的二维混合网格自动化生成方法
CN115994410A (zh) * 2023-03-22 2023-04-21 中国人民解放军国防科技大学 基于八叉树细化四面体网格的飞行器仿真驱动设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN117708904A (zh) 2024-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN117708904B (zh) 面向半导体数值模拟的混合单元网格生成方法
Ho-Le Finite element mesh generation methods: a review and classification
CN100468418C (zh) 由边界表示数据生成体数据的方法及其程序
CN106202265B (zh) 流域大尺度复杂河网海量精细规则网格的绘编方法
CN109584357A (zh) 基于多轮廓线的三维建模方法、装置、系统及存储介质
JPH077426B2 (ja) 形状設計方法又は形状予測方法
CN102306396A (zh) 一种三维实体模型表面有限元网格自动生成方法
Wang et al. Thickening freeform surfaces for solid fabrication
CN113434928B (zh) 一种复杂三维线性结构的参数化建造方法
CN108230452B (zh) 一种基于纹理合成的模型补洞方法
Anderson et al. Smooth, volume-accurate material interface reconstruction
CN106204748B (zh) 一种基于特征的cad体网格模型编辑、优化方法
CN111028335A (zh) 一种基于深度学习的点云数据的分块面片重建方法
CN107886573B (zh) 一种复杂地质条件下边坡三维有限元网格生成方法
Gupta et al. Computer aided design modeling for heterogeneous objects
Aubry et al. A surface remeshing approach
Huang et al. Automatic CAD model reconstruction from multiple point clouds for reverse engineering
Xiong et al. Automated structured all-quadrilateral and hexahedral meshing of tubular surfaces
Fries Higher-order accurate integration for cut elements with Chen-Babuška nodes
Ng et al. Incremental tessellation of trimmed parametric surfaces
Patel et al. Stitching and filling: Creating conformal faceted geometry
Lizier et al. Comparing techniques for tetrahedral mesh generation
Johnen Indirect quadrangular mesh generation and validation of curved finite elements
Mao et al. Std-net: Structure-preserving and topology-adaptive deformation network for 3d reconstruction from a single image
Lin et al. 3d design of gravity dam based on virtual reality cad dynamic interactive system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant