[發明專利]器件輻照缺陷演化分子動力學仿真的注量模擬方法及系統

在審

• 申請號: 202210762679.2
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115146559A
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 李興冀;楊劍群;荊宇航;徐曉東;呂鋼
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/25;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 丁晴晴

本發明提供了一種器件輻照缺陷演化分子動力學仿真的注量模擬方法及系統，屬于模擬仿真技術領域。所述方法包括：獲取收斂的單個入射粒子輻照器件產生PKA的數量；對器件進行網格化處理，得到多個含有PKA的網格；構建與網格等大小的體系模型；標定注量的入射粒子分批次輻照器件，基于體系模型，利用分子動力學方法和KMC方法對網格中的PKA進行缺陷演化；統計每個網格中缺陷的種類和數量并歸入器件中，改變入射粒子的注量，重復上述步驟，獲得不同注量入射粒子與器件中缺陷信息之間的關系。本發明結合分子動力學和動力學蒙特卡羅方法，實現在不同注量下整個半導體器件的缺陷演化過程的模擬計算，且計算邏輯清晰，步驟簡單易操作。

技術領域

本發明涉及模擬仿真技術領域，具體而言，涉及一種器件輻照缺陷演化分子動力學仿真的注量模擬方法及系統。

背景技術

當半導體電子器件長時間處于空間環境中，器件中的半導體材料會受到空間帶電粒子的輻射而產生損傷。輻射損傷引起的缺陷主要通過電離損傷、位移損傷產生，為清楚理解位移缺陷產生與形成機制，需研究在缺陷演化中的初級撞出粒子(PKA)級聯碰撞、高溫退火、最后趨于穩定的全過程。PKA引發的級聯過程時間尺度發生在飛秒到皮秒級別上，實驗上較難觀測。

然而，現階段對半導體器件輻照缺陷模擬計算時，輸入的入射粒子流的相關信息通常只有粒子數、粒子能量這些信息，而根據試驗結果可知，入射粒子的注量對半導體器件的輻照缺陷的演化有著極為重要的影響。在Geant4的模擬中是無法對入射粒子流的注量進行設置的，因此需要使用新的方法來體現注量對半導體器件缺陷演化的影響。

發明內容

本發明解決的是半導體器件缺陷演化模擬中注量效應無法體現的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種器件輻照缺陷演化分子動力學仿真的注量模擬方法，包括：

步驟一，獲取收斂的單個入射粒子輻照器件產生的PKA數量；

步驟二，對所述器件進行網格化處理，得到多個含有PKA的網格，統計所述網格中的PKA信息；

步驟三，構建與所述網格等大小的體系模型；

步驟四，標定注量的所述入射粒子按照設定的固定注量率分批次輻照所述器件，根據所述收斂的單個入射粒子輻照器件產生的PKA數量、所述網格中的PKA信息、所述網格的面積、所述標定注量和所述固定注量率，獲取所述網格中每批次的所述入射粒子產生的PKA數量以及標定注量的所述入射粒子產生的PKA總量，并基于所述體系模型，利用分子動力學方法和Kinetic MonteCarlo方法對所述網格中的PKA進行缺陷演化；

步驟五，統計所述缺陷演化后每個所述網格中的缺陷種類和數量并歸入所述器件中，獲得標定注量所述入射粒子條件下所述器件中的缺陷信息；

步驟六，改變所述入射粒子的注量，重復所述步驟四和所述步驟五，得到不同注量的所述入射粒子與所述器件的缺陷信息之間的關系。

較佳地，所述步驟四中，所述網格中每批次的所述入射粒子產生的PKA數量根據下式得出；

其中，n_i為第i個網格中產生的PKA的數量，T為標定注量的所述入射粒子在所述固定注量率下輻照所述器件所用的時間；

標定注量的所述入射粒子在所述固定注量率下輻照所述器件所用的時間T根據下式得出：

其中，Flu為所述入射粒子的標定注量，FR為所述固定注量率。

較佳地，相鄰批次的所述入射粒子輻照產生PKA的時間間隔為Δt，其中，

較佳地，所述步驟四還包括：根據Δt判斷所述網格中產生下一批次PKA時的結構狀態；