一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法技术

本发明专利技术提供一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法，包括以下步骤：构建无缺陷和有缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，a

【技术实现步骤摘要】
一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法


[0001]本专利技术涉及凝聚态物理
，具体而言，涉及一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法。

技术介绍

[0002]当半导体器件处于高能粒子辐照等极端环境中时，器件的工作稳定性和服役寿命会受到巨大影响。高能粒子辐照能够造成器件微观结构的位移损伤或电离损伤，形成各种缺陷结构的积累会导致器件短暂失效，甚至永久损坏。因此，抗辐射半导体材料的研发具有重要的意义，而抗辐射半导体材料的研发需要对辐照缺陷性质与半导体材料性能之间的相关关系的机理进行深入理解。
[0003]其中，辐射缺陷是评价电子元器件抗辐射能力研究时必须考虑的因素之一，而缺陷的俘获截面是缺陷的一个本质物理性质。俘获截面能够表示缺陷结构对半导体器件中非平衡载流子的俘获能力，按照俘获对象分为电子俘获截面和空穴俘获截面。在电子元器件工作过程中，由于缺陷对非平衡载流子的俘获和发射，会导致器件射频性能下降、沟道电阻改变等一系列问题。因此，缺陷俘获截面是构建缺陷对半导体材料性质影响的必要参数之一。
[0004]目前，对高能粒子导致的缺陷性质与半导体材料性能之间的关系的微观机理主要通过试验研究和计算机模拟两种方式来实现，但试验研究方式在研究微观机理方面受到较多限制，研究的效率较慢。另外，虽然计算机仿真模拟方法虽然在对电子元器件的损伤能力评估方面有了较多的应用，但目前尚没有通过计算机模拟方式计算半导体材料中的缺陷俘获截面的方法，导致半导体材料中缺陷俘获截面的计算效率较低，且精准度差，影响了抗辐射半导体材料的研发。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是如何提供一种快速、准确计算半导体材料中缺陷俘获截面的方法。
[0006]为解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、构建无缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，并在所述带电状态a的基础上构建获得一个电子的状态a
‑
1和获得一个空穴的状态a+1的半导体材料结构，对半导体材料进行优化，使原子均处于各自的平衡位置；
[0008]步骤S2、构建有缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，并在所述带电状态a的基础上构建获得一个电子的状态a
‑
1和获得一个空穴的状态a+1的半导体材料结构，对半导体材料进行优化，使原子均处于各自的平衡位置；
[0009]步骤S3、计算步骤S1和步骤S2中构建得到的几种半导体材料结构的能量，分别以代表不同半导体材料结构的能
量，其中，和分别代表带电状态为a
‑
1、a和a+1条件下无缺陷的半导体材料结构的能量，和分别代表带电状态为a
‑
1、a和a+1条件下有缺陷的半导体材料结构的能量；
[0010]步骤S4，采用以下公式计算半导体材料中缺陷的俘获截面：
[0011]首先，计算半导体材料得到一个电子的能量势垒
Δ
E(a
‑
1)和一个空穴的能量势垒
Δ
E(a+1)；
[0012][0013][0014]然后，根据
Δ
E(a
‑
1)和
Δ
E(a+1)分别计算电子的俘获截面σ
‑
和空穴的俘获截面σ
+
：
[0015][0016][0017]其中，m
*
是有效电子质量或有效空穴质量，是约化狄拉克常数。
[0018]优选地，所述半导体材料包括Si、SiC、GaAs或GaN。
[0019]优选地，所述步骤S1和所述步骤S2中，利用第一性原理计算软件VASP对所述半导体材料进行优化。
[0020]优选地，所述步骤S1中，ISIF＝2、IBRION＝2，EDIFEG＝
‑
0.01，EDIEF＝1e
‑
6，直到所述半导体材料的原子位置和电子结构达到收敛标准，使原子均处于各自的平衡位置。
[0021]优选地，所述步骤S2中，以原子受力和电子能量作为收敛判据，ISIF＝2、IBRION＝2，EDIFEG＝
‑
0.01，EDIEF＝1e
‑
6，直到所述半导体材料的原子位置和电子结构达到收敛标准，使原子均处于各自的平衡位置。
[0022]优选地，所述带电状态a为0，a
‑
1为
‑
1，a+1为+1。
[0023]优选地，所述步骤S3中，在能量计算过程中，ISIF＝2，IBRON＝
‑
1，LHFCALC＝T，HFSCREEN＝0.2，AEXX＝0.31。
[0024]本专利技术通过分别构建无缺陷和有缺陷的材料结构，并指定材料的带电状态，并在指定的带电状态基础上增加获得一个电子的状态和获得一个空穴的状态，然后分别计算不同带电状态下无缺陷结构和有缺陷结构的能量，并通过能量计算缺陷结构得到一个电子或一个空穴的能量势垒，最后通过公式计算得到缺陷俘获截面的结果；本专利技术通过模拟计算的方式能够快速、准确计算半导体材料中的俘获截面，从而评估半导体材料的抗辐射性能，解决了传统的俘获截面计算过程中实验测试周期长、效率低的问题。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例中半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法的流程图；
[0026]图2为本专利技术实施例中无缺陷结构的GaN结构示意图；
[0027]图3为本专利技术实施例中有缺陷结构的GaN结构示意图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面对本专利技术的具体实施例做详细的说明。
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例中的特征可以相互组合。术语“包含”、“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。以上术语涵盖术语“由
……
组成”和“基本上由
……
组成”。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
[0030]在对半导体材料中缺陷俘获截面进行计算时，可以设想半导体材料中复合中心是一个带有半径的球体，其截面积为σ，而截面积越大，载流子在运动过程中碰上复合中心被俘获的几率就越大。因此，可以用σ代表复合中心俘获载流子的能力，被称为俘获截面。复合中心俘获空穴和电子的能力不同，可分别用电子俘获截面σ
‑
和空穴俘获截面σ
+
来表示。
[0031]本专利技术实施例提供一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0032]步骤S1、构建无缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，并在所述带电状态a的基础上构建获得一个电子的状态a
‑
1和获得一个空穴的状态a+1的半导体材料结构，对半导体材料进行优化，使原子均处于各自的平衡位置；
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料中缺陷俘获截面的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、构建无缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，并在所述带电状态a的基础上构建获得一个电子的状态a
‑
1和获得一个空穴的状态a+1的半导体材料结构，对半导体材料进行优化，使原子均处于各自的平衡位置；步骤S2、构建有缺陷的半导体材料结构，然后指定材料的带电状态a，并在所述带电状态a的基础上构建获得一个电子的状态a
‑
1和获得一个空穴的状态a+1的半导体材料结构，对半导体材料进行优化，使原子均处于各自的平衡位置；步骤S3、计算步骤S1和步骤S2中构建得到的几种半导体材料结构的能量，分别以代表不同半导体材料结构的能量，其中，和分别代表带电状态为a
‑
1、a和a+1条件下无缺陷的半导体材料结构的能量，和分别代表带电状态为a
‑
1、a和a+1条件下有缺陷的半导体材料结构的能量；步骤S4，采用以下公式计算半导体材料中缺陷的俘获截面：首先，计算半导体材料得到一个电子的能量势垒
Δ
E(a
‑
1)和一个空穴的能量势垒
Δ
E(a+1)；1)；然后，根据
Δ
E(a
‑
1)和
Δ
E(a+1)分别计算电子的俘获截面σ
‑
和空穴的俘获截面σ
+
：：其中，m
*
是有效电子质量或有...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓东，李兴冀，李伟奇，刘中利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：