不同掺杂体系半导体器件的缺陷演化模拟方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法及系统，属于模拟仿真技术领域。所述方法包括：建立纯硅体系模型；向所述纯硅体系模型中引入掺杂元素，得到掺杂体系模型；基于所述掺杂体系模型，将入射粒子辐照器件后产生的初级撞出粒子的信息作为输入条件，利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程，输出演化结构；统计所述演化结构中的缺陷信息，并获取所述缺陷信息与所述掺杂体系模型中的掺杂信息、所述初级撞出粒子的信息之间的关系。本发明专利技术通过分子动力学方法实现了对不同掺杂体系的半导体器件缺陷演化情况的模拟，模拟过程极尽地贴合实际情况，模拟结果可与实验数据相互对比，且计算方法逻辑清晰，步骤简单且易于操作。单且易于操作。单且易于操作。

【技术实现步骤摘要】
不同掺杂体系半导体器件的缺陷演化模拟方法及系统


[0001]本专利技术涉及模拟仿真
，具体而言，涉及一种不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法及系统。

技术介绍

[0002]在空间辐照过程中，由空间高能量、大质量带电粒子辐射半导体电子器件造成的损伤主要表现为位移损伤，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粒子的级联碰撞、高温退火、最后趋于稳定的全过程，具体地，射线在材料中产生的位移效应通常为初级撞出粒子的直接产生与级联，初级撞出粒子输运早期由于能量高使得其碰撞平均自由程较大，随着级联碰撞过程的发展，末端初级撞出粒子在短距离内可以与较多晶格原子碰撞，直至其能量不足以使点阵原子移位。此外，热效应引起的扩散与退火也会影响缺陷结构，因此整个初级撞出粒子的级联过程从初期的激烈碰撞，到随后高温退火，最后趋于平衡。
[0003]现阶段在对半导体器件辐照缺陷进行模拟计算时采用的模拟方法较为粗略，例如模拟计算所采用的模型通常为类似于单晶硅的单一元素体系，与半导体器件的真实情况差距较大，无法准确模拟出半导体器件的辐射缺陷演化过程。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是现阶段对于器件辐照缺陷的模拟计算所采用的模型与实际情况差距较大，无法准确模拟辐照缺陷演化过程。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，包括：
[0006]步骤S1，建立纯硅体系模型；
[0007]步骤S2，向所述纯硅体系模型中引入掺杂元素，得到掺杂体系模型；
[0008]步骤S3，基于所述掺杂体系模型，将入射粒子辐照器件后产生的初级撞出粒子的信息作为输入条件，利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程，输出演化结构；
[0009]步骤S4，统计所述演化结构中的缺陷信息，并获取所述缺陷信息与所述掺杂体系模型中的掺杂信息、所述初级撞出粒子的信息之间的关系。
[0010]较佳地，所述掺杂元素包括C、O、B和P元素中的至少一种，其中C和O元素以间隙原子方式掺杂进所述纯硅体系模型中，B和P元素以替位原子方式掺杂进所述纯硅体系模型中。
[0011]较佳地，所述C和O元素的掺杂浓度均为10
12
/cm3—10
14
/cm3，和/或，所述B和P元素的掺杂浓度均为10
18
/cm3—10
20
/cm3。
[0012]较佳地，所述初级撞出粒子的信息包括所述初级撞出粒子的能量，所述缺陷信息包括所述缺陷的数量。
[0013]较佳地，所述利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程包括：初级演化阶段、次级演化阶段和终极演化阶段，其中，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。
[0014]较佳地，所述利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程包括：使用LAMMPS进行缺陷演化模拟计算。
[0015]较佳地，所述分子动力学方法的模拟系综包括NVE系综。
[0016]较佳地，所述分子动力学方法的模拟力场包括SW势、MORSE势、Tersoff势和L
‑
J势中的一种。
[0017]较佳地，在所述利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程之前还包括：使用双温度弛豫模型对所述掺杂体系模型进行温度控制，以使所述掺杂体系模型能量最小化。
[0018]本专利技术相较于现有技术的优势在于：
[0019]在空间辐照过程中，入射粒子辐照器件材料后产生初级撞出粒子，初级撞出粒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，器件中存在的掺杂元素也会对缺陷演化产生重要的影响，而现有技术在模拟缺陷演化时往往采用类似单晶硅的单一元素体系模型，忽略了器件中掺杂元素对缺陷演化的影响，因此，为了考察不同掺杂体系对器件缺陷演化的影响，本专利技术提供了一种可以体现掺杂元素效应影响的模拟方法，具体是将模拟体系按真实情况进行掺杂，使得模拟条件与试验条件更为接近，计算结果与试验数据也较为贴合，并利用分子动力学方法实现不同掺杂体系的器件缺陷演化情况的模拟，通过缺陷信息与掺杂信息和初级撞出粒子信息之间的关系，体现器件中掺杂元素对缺陷演化的影响。
[0020]本专利技术在使用分子动力学方法模拟器件缺陷演化时，考虑了器件中掺杂元素的影响，实现了对不同掺杂体系的半导体器件缺陷演化情况的模拟，且模拟过程极尽地贴合实际情况，模拟结果可与实验数据相互对比，且计算方法逻辑清晰，步骤简单且易于操作。
[0021]本专利技术还提供一种不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟系统，包括：
[0022]建模模块，用于建立纯硅体系模型；
[0023]掺杂模块，用于向所述纯硅体系模型中引入掺杂元素，得到掺杂体系模型；
[0024]分子动力学模块：用于对所述掺杂体系模型进行分子动力学模拟，并输出演化结构；
[0025]获取模块，用于统计所述演化结构的缺陷信息，并获取所述缺陷信息与所述掺杂体系模型的掺杂信息、入射粒子辐照器件后的初级撞出粒子的信息之间的关系。
[0026]本专利技术的不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟系统相较于现有技术的优势与不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法相同，在此不再赘述。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例中不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例中向纯硅体系模型进行元素掺杂后的体系示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例1和实施例3中只考虑B掺杂或P掺杂时缺陷演化计算结果图；
[0030]图4为本专利技术实施例3
‑
5中考虑C、O、B、P掺杂时缺陷演化计算结果图；
[0031]图5为本专利技术实施例6和实施例7中PN结掺杂时缺陷演化计算结果图。
具体实施方式
[0032]在空间辐照过程中，入射粒子辐照器件材料后产生初级撞出粒子(PKA)，PKA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，PKA级联损伤为微观尺度，因此为了能够精确描述PKA级联微观动态演化过程，包括PKA的级联输运、体系能量的平衡、弛豫过程等，可采用包括缺陷识别的分子动力学方法。但现有技术中在模拟缺陷演化时往往采用类似单晶硅的单一元素体系模型，忽略了器件中掺杂元素对缺陷演化的影响，而器件中存在的掺杂元素实际上会对缺陷演化产生重要的影响，且由于掺杂体系的不同，进行分子动力学模拟时用于体现多元素之间相互作用的力场也不同。但目前缺少能在建模时准确的引入掺杂元素的方法，亦没有可以描述多元素共同存在时元素之间相互作用的力场。因此，为了考察不同掺杂体系对器件缺陷演化的影响，本专利技术提供了一种可以体现器件尤其是半导体器件缺陷演化时掺杂元素影响的模拟方法，并试图找寻可以描述多掺杂元素存在时各元素相互作用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，其特征在于，包括：步骤S1，建立纯硅体系模型；步骤S2，向所述纯硅体系模型中引入掺杂元素，得到掺杂体系模型；步骤S3，基于所述掺杂体系模型，将入射粒子辐照器件后产生的初级撞出粒子的信息作为输入条件，利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程，输出演化结构；步骤S4，统计所述演化结构中的缺陷信息，并获取所述缺陷信息与所述掺杂体系模型中的掺杂信息、所述初级撞出粒子的信息之间的关系。2.根据权利要求1所述的不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，其特征在于，所述掺杂元素包括C、O、B和P元素中的至少一种，其中C和O元素以间隙原子方式掺杂进所述纯硅体系模型中，B和P元素以替位原子方式掺杂进所述纯硅体系模型中。3.根据权利要求2所述的不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，其特征在于，所述C和O元素的掺杂浓度均为10
12
/cm3—10
14
/cm3，和/或，所述B和P元素的掺杂浓度均为10
18
/cm3—10
20
/cm3。4.根据权利要求1所述的不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，其特征在于，所述初级撞出粒子的信息包括所述初级撞出粒子的能量，所述缺陷信息包括所述缺陷的数量。5.根据权利要求1所述的不同掺杂体系器件的缺陷演化模拟方法，其特征在于，所述利用分子动力学方法模拟所述器件的缺陷演化过程包括：初级演化阶段、次级演化阶段和终极演...

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