不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法及系统，属于模拟仿真技术领域。所述方法包括：获取入射粒子辐射器件后产生的PKA的信息，对所述器件进行网格化处理，并获取每个网格中的所述PKA的信息；建模；利用分子动力学模拟方法进行PKA在器件中级联碰撞的微观损伤过程模拟；利用动力学蒙特卡罗方法进行缺陷演化模拟；S5，改变所述入射粒子的能量数值，重复上述步骤，获取不同入射粒子能量与所述器件中缺陷信息之间的关系。本发明专利技术采用不同模拟方法分别覆盖不同的时间尺度，模拟计算更为精确，模拟过程与实际情况更为贴合，模拟结果与实验数据也较为贴合，且计算法方法逻辑清晰，步骤简单且易于操作。步骤简单且易于操作。步骤简单且易于操作。

【技术实现步骤摘要】
不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法及系统


[0001]本专利技术涉及模拟仿真
，具体而言，涉及一种不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]半导体电子器件长时间处于空间环境时，器件中的半导体材料会受到空间带电粒子的辐射而产生损伤，在器件中造成缺陷。辐射损伤引起缺陷的基本原理是电离损伤和位移损伤，电离损伤主要是在半导体和绝缘体中产生电子
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空穴对，需要的能量较低，而位移损伤主要是在半导体中产生晶格空位(即原子离开晶格位置后所留下的空位)，需要的能量要高得多，主要是高能量、大质量的粒子流，这些高能粒子流辐照晶体材料时，与晶体中的原子发生碰撞，将能量传递给原子，原子因入射粒子的碰撞而获得大于位移阈能的能量，产生离位现象，该原子称为初级撞出原子，其离位后原来的晶格位置就会产生一个空穴，若初级撞出原子带有很高的能量，又会作为入射粒子去碰撞其他原子使之发生离位而形成二级撞出原子，同理，具有相当能量的二级撞出原子又能碰撞出三级离位的撞出原子，以此方式继续，直至各个级次的撞出原子静止，由此构成了一个级联碰撞的过程。初级撞出原子与材料中的晶格原子相互作用产生移位级联，从而造成材料的辐照损伤。
[0003]为清楚理解位移缺陷的产生与形成机制，需研究在缺陷演化中的初级撞出原子的级联碰撞、高温退火、最后趋于稳定的全过程，其中，初级撞出原子引发的级联过程由于时间尺度发生在飞秒到皮秒级别，实验上较难观测。而缺陷演化过程通常在秒级别。目前半导体器件受到辐照缺陷的模拟计算采用的往往都是较为粗略的模拟方法，例如仅模拟单一入射粒子能量与半导体器件的相互作用，而现实中的辐照粒子流情况较为多样，导致当前方法的准确性较低。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是提供一种可以方便且准确实现不同能量入射粒子辐照半导体器件后缺陷产生及演化全过程的模拟方法。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，包括：
[0006]步骤S1，获取入射粒子辐射器件后产生的初级撞出原子的信息，根据所述初级撞出原子的信息对所述器件进行网格化处理，并获取每个网格中的所述初级撞出原子的信息；
[0007]步骤S2，建立与所述网格各参数相适配的体系模型；
[0008]步骤S3，基于所述体系模型，将所述网格中的所述初级撞出原子的信息作为输入条件，利用分子动力学模拟方法进行所述初级撞出原子在所述器件中的级联碰撞模拟，输出第一结构，并统计所述第一结构中的缺陷信息；
[0009]步骤S4，将所述第一结构中的缺陷信息作为输入条件，利用动力学蒙特卡罗方法
进行缺陷演化模拟，输出第二结构，并统计所述第二结构中的缺陷信息，并对所有所述网格中的缺陷信息进行汇总，得到所述器件的综合缺陷信息；
[0010]步骤S5，改变所述入射粒子的能量数值，重复步骤S1至步骤S4，获取不同所述入射粒子能量与所述器件的综合缺陷信息之间的关系。
[0011]较佳地，所述获取入射粒子辐射器件后产生的初级撞出原子的信息包括：利用蒙特卡罗方法获取所述入射粒子辐照所述器件后产生的所述初级撞出原子的信息，所述信息包括所述初级撞出原子的数量和在所述器件中的分布情况。
[0012]较佳地，每个所述网格中的所述初级撞出原子的信息包括所述初级撞出原子的数量、能量、位置和入射方向。
[0013]较佳地，所述建立与所述网格各参数相适配的体系模型包括：建立与所述网格等大小的纯硅模型，并向所述纯硅模型中掺杂粒子。
[0014]较佳地，所述分子动力学模拟包括初级演化阶段、次级演化阶段和终极演化阶段，所述初级演化阶段的时间步长为0.01fs，所述次级演化阶段的时间步长为0.1fs，所述终极演化阶段的时间步长为1fs，且所述初级演化阶段、所述次级演化阶段和所述终极演化阶段的演化时间共20ps。
[0015]较佳地，在进行所述分子动力学模拟之前还包括：通过共轭梯度方法使体系能量最小化以及弛豫。
[0016]较佳地，所述利用动力学蒙特卡罗方法进行缺陷演化模拟包括：对各类缺陷的捕获半径、指前因子、迁移势垒、迭代步数以及各类缺陷之间的相互反应分别进行设定。
[0017]较佳地，所述对所有网格中的缺陷信息进行汇总包括：
[0018]对含有同样数量所述初级撞出原子的网格按比例抽样，得到抽样网格；
[0019]获取所述抽样网格中缺陷的类型和每类缺陷的数量，按比例进行加和，获得所有所述网格的缺陷类型和每类缺陷的总数量，将每类缺陷的总数量除以所述器件的总体积，得到所述器件中缺陷的类型及每类缺陷的浓度。
[0020]较佳地，所述第一结构中的缺陷信息包括缺陷的类型和每类缺陷的坐标信息。
[0021]本专利技术相较于现有技术的优势在于：
[0022]在空间辐照过程中，入射粒子的能量也会对器件的缺陷演化产生重要的影响，因此为了考察不同能量入射粒子与器件之间的相互作用，本专利技术提供了一种可以体现入射粒子能量效应的模拟方法，具体是在建模后采用MD模拟和KMC结合的方法，通过MD模拟初级撞出粒子的级联碰撞造成微观损伤的过程，通过KMC进行更大时间尺度下的缺陷演化模拟，由此实现了不同能量入射粒子下器件中辐照缺陷产生及演化的模拟计算，另外在建模之前为便于后续计算还对器件进行网格化处理。本专利技术采用不同模拟方法分别覆盖不同的时间尺度，模拟计算更为精确，模拟过程与实际情况更为贴合，模拟结果与实验数据也较为贴合，且计算法方法逻辑清晰，步骤简单且易于操作。
[0023]本专利技术还提供一种不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真系统，包括：
[0024]获取模块，用于获取不同能量入射粒子辐射器件后产生的初级撞出原子的信息，还用于获取每个网格中的所述初级撞出原子的信息；
[0025]网格化处理模块，用于根据所述初级撞出原子的信息对所述器件进行网格化处理；
[0026]模型构建模块，用于建立与所述网格各参数相适配的体系模型；
[0027]分子动力学模块，用于对所述体系模块进行分子动力学模拟，并输出第一结构；
[0028]动力学蒙特卡罗模块，用于对所述体系模块进行动力学蒙特卡罗模拟，并输出第二结构；
[0029]统计模块，用于统计所述第一结构和所述第二结构中的缺陷信息，并对所有所述网格中的缺陷信息进行汇总，得到所述器件的综合缺陷信息。
[0030]本专利技术的不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真系统相较于现有技术的优势与不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法相同，在此不再赘述。
附图说明
[0031]图1为本专利技术实施例中不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法流程图；
[0032]图2为本专利技术实施例中入射粒子辐照器件后产生的PKA分布情况以及网格划分示意图；
[0033]图3为本专利技术实施例中全时域缺陷演化图；
[0034]图4为本专利技术实施例中器件被辐照后产生的空位缺陷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，其特征在于，包括：步骤S1，获取入射粒子(1)辐射器件(2)后产生的初级撞出原子(4)的信息，根据所述初级撞出原子(4)的信息对所述器件(2)进行网格化处理，并获取每个网格(3)中的所述初级撞出原子(4)的信息；步骤S2，建立与所述网格(3)各参数相适配的体系模型；步骤S3，基于所述体系模型，将所述网格(3)中的所述初级撞出原子(4)的信息作为输入条件，利用分子动力学模拟方法进行所述初级撞出原子(4)在所述器件(2)中的级联碰撞模拟，输出第一结构，并统计所述第一结构中的缺陷信息；步骤S4，将所述第一结构中的缺陷信息作为输入条件，利用动力学蒙特卡罗方法进行缺陷演化模拟，输出第二结构，并统计所述第二结构中的缺陷信息，并对所有所述网格(3)中的缺陷信息进行汇总，得到所述器件(2)的综合缺陷信息；步骤S5，改变所述入射粒子(1)的能量数值，重复步骤S1至步骤S4，获取不同所述入射粒子(1)能量与所述器件(2)的综合缺陷信息之间的关系。2.根据权利要求1所述的不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，其特征在于，所述获取入射粒子(1)辐射器件(2)后产生的初级撞出原子(4)的信息包括：利用蒙特卡罗方法获取所述入射粒子(1)辐照所述器件(2)后产生的所述初级撞出原子(4)的信息，所述信息包括所述初级撞出原子(4)的数量和在所述器件(2)中的分布情况。3.根据权利要求1所述的不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，其特征在于，每个所述网格(3)中的所述初级撞出原子(4)的信息包括所述初级撞出原子(4)的数量、能量、位置和入射方向。4.根据权利要求1所述的不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，其特征在于，所述建立与所述网格(3)各参数相适配的体系模型包括：建立与所述网格(3)等大小的纯硅模型，并向所述纯硅模型中掺杂粒子。5.根据权利要求1所述的不同能量入射粒子辐照器件的缺陷演化仿真方法，其特征在于，所述分子动力学模拟包括初级演化阶段、次级演化阶段和终极演化阶段，所述初级演化阶段的时间步长...

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