[發明專利]硅?二氧化硅界面原子結構模型的建立方法

有效

• 申請號: 201410063874.1
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103853886B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 榮麗梅;杜龍歡;周龍;肖聰;杜江峰
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務所(普通合伙)51228
• 代理人: 廖曾

技術領域

本發明屬于材料界面及界面缺陷特性的仿真技術領域，具體涉及一種硅-二氧化硅界面原子結構模型的建立方法。

背景技術

隨著硅基器件的物理尺寸不斷減小，柵氧厚度不斷減小，硅-二氧化硅界面對器件特性的影響越來越顯著。在實驗方面，人們對硅-二氧化硅界面進行了大量研究，對界面的結構有了一定的了解，但僅僅通過實驗很難全面清晰地了解在原子尺度下的硅-二氧化硅界面及其缺陷特性。通過仿真計算可以從原子尺度上全面清晰地了解硅-二氧化硅界面特性及其對器件特性的影響，因此仿真計算是一種必不可少的研究手段，建立合理的硅-二氧化硅界面原子結構模型是仿真計算中準確計算硅-二氧化硅界面特性的前提。

到目前為止，在硅-二氧化硅界面及其缺陷特性的仿真計算研究過程中，人們建立了不同的硅-二氧化硅界面原子結構模型。這些模型均有不足之處，主要表現為：模型中的參數優化程度不足、模型結構不夠完整、沒能完善考慮和有效控制模型中的界面缺陷密度。其原因是在硅-二氧化硅界面原子結構模型建立方面，尚未有提出一種完整、準確的模型建立方法。因此有必要提出一種硅-二氧化硅界面原子結構模型的建立方法，用來準確地建立硅-二氧化硅界面原子結構模型。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中的缺點，提供一種硅-二氧化硅界面原子結構模型的建立方法，并對建模過程中的關鍵參數進行了優化，本方法能準確建立完整的硅-二氧化硅界面原子結構模型。

本發明通過下述技術方案實現：硅-二氧化硅界面原子結構模型的建立方法，包括以下步驟：

（1）建立硅、二氧化硅的晶胞結構模型，在建立硅的晶胞結構時，需要輸入的參數有：硅的晶胞參數、硅晶體所屬的空間群、硅晶胞中硅原子的位置參數；在建立二氧化硅的晶胞結構時，需要輸入的參數有：二氧化硅的晶胞參數、二氧化硅晶體所屬的空間群、二氧化硅晶胞中硅原子的位置參數、二氧化硅晶胞中氧原子的位置參數；

（2）利用所建立的硅晶胞和二氧化硅晶胞，分別建立它們的超晶胞結構；

（3）分別對所建立的硅超晶胞結構和二氧化超晶胞結構進行切取表面結構的操作，建立硅表面結構與二氧化硅表面結構，在建立表面結構時，需要輸入的參數有：所切表面結構的晶向、所切表面結構在晶向所在方向上的結構尺寸；

（4）將二氧化硅表面結構堆疊在硅表面結構之上，形成層結構；

（5）沿表面結構的晶向所在方向，在層結構上方添加真空層，使之成為疊層超晶胞結構；

（6）在疊層超晶胞結構中的硅表面結構與二氧化硅表面結構之間添加硅原子和氧原子，并連接成鍵，形成界面過渡區的原子結構；

（7）將疊層超晶胞結構中的底層和頂層原子與氫原子連接成鍵，使底層和頂層的原子的成鍵飽和；

（8）對經過上述7個步驟所建立的原子結構模型進行結構優化，得到硅-二氧化硅界面的原子結構模型。

進一步地，所述所切取的硅表面結構在晶向所在方向上的結構尺寸TSi?取為0.8nm~1.5nm。

進一步地，所述所切硅表面結構在晶向所在方向上的結構尺寸TSi?為0.9nm。

進一步地，所述所切取的二氧化硅表面結構在晶向所在方向上的結構尺寸TSiO2為0.8?nm?~1.3?nm。

進一步地，所述所切二氧化硅表面結構在晶向所在方向上的結構尺寸TSiO2為1.1nm。

進一步地，所述層結構中的硅和二氧化硅相靠近的表面之間垂直距離T1為0.15~0.5nm。

進一步地，所述層結構中的硅和二氧化硅相靠近的表面之間垂直距離T1為0.21nm。

進一步地，所述真空層的厚度T2為1~2nm。

進一步地，所述真空層的厚度T2為1.5nm。

本發明具有的優點及有益效果為：其一，優化了建模過程中的關鍵參數；其二，能夠建立包括襯底硅晶體結構、界面過渡區結構和二氧化硅結構在內的完整的硅-二氧化硅界面結構；其三，采用了超晶胞結構，可以更加有效地控制所建模型的大小，從而有利于更好地控制所建模型中的界面缺陷密度；其四，采用了層結構的建立方法，可以更加準確地控制所建模型中界面過渡區的厚度。

附圖說明

圖1是本發明的硅晶體的晶胞結構；

圖2是本發明的二氧化硅晶體的晶胞結構；

圖3是本發明的硅表面結構；

圖4是本發明的二氧化硅表面結構；