[发明专利]材料中不同种类空位缺陷的识别和统计方法

说明书

本发明提供了一种材料中不同种类空位缺陷的识别和统计方法。属于模拟技术领域。所述方法包括建立与材料对应的体系模型；设定模拟参数，利用分子动力学方法对所述体系模型进行缺陷演化模拟计算；获取缺陷演化过程直至缺陷演化完成后的各体系结构，并获取所述体系结构中的空位缺陷及其坐标信息；利用团簇分析法将所述空位缺陷划分为不同种类的空位团簇；统计同一种类所述空位团簇的数目，根据各体系结构中空位团簇的信息，得到不同种类空位缺陷随时间演化的关系。本发明可以直观且准确的表征出半导体材料受辐照后材料中各类空位缺陷的存在情况，且方法逻辑清晰，步骤简单、易于操作。

技术领域

本发明涉及模拟技术领域，具体而言，涉及一种材料中不同种类空位缺陷的识别和统计方法。

背景技术

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。辐射对于材料和元器件产生损伤的基本机理是电离损伤和位移损伤，位移损伤引起的缺陷主要是由高能量、大质量粒子流通过弹性碰撞在半导体中产生的晶格空位缺陷，位移缺陷的产生与形成机制大致可以描述为，高能粒子流撞击材料的晶格原子，原子获得能量并克服其离位阈能而成为初级碰撞原子(PKA)，PKA继续与材料中的其它晶格原子发生碰撞致使原子离位，如此循环下去发生级联碰撞，并经高温退火最后趋于稳定。

其中，PKA引发的级联过程时间尺度发生在飞秒到皮秒级别上，实验上较难观测，但该时间尺度处于分子动力学(MD)模拟可处理的范围，因此可以利用分子动力学模拟PKA级联过程，并统计稳态时结构中的缺陷数目，由此可以定量地获取半导体器件缺陷演化过程中缺陷数目随时间的变化情况。但是，仅仅使用稳态时结构的缺陷数目来表征半导体器件受辐照后结构中的缺陷信息的方式太过单一，未考虑不同缺陷类型对器件的影响，致使当前模拟方法准确度较低。

发明内容

本发明解决的问题是，目前仅仅利用分子动力学模拟得到的稳态结构中的缺陷数目来表征半导体器件受辐照后结构中的缺陷信息比较单一，未考虑缺陷类型等因素对器件的影响，导致模拟准确度较低。

为解决上述问题，本发明提供一种材料中不同种类空位缺陷的识别和统计方法，包括：

步骤S1，建立与材料对应的体系模型；

步骤S2，设定模拟参数，利用分子动力学方法对所述体系模型进行缺陷演化模拟计算；

步骤S3，获取缺陷演化过程直至缺陷演化完成后的各体系结构，并获取所述体系结构中的空位缺陷及其坐标信息；

步骤S4，利用团簇分析法将所述空位缺陷划分为不同种类的空位团簇；

步骤S5，统计同一种类所述空位团簇的数目，根据各体系结构中空位团簇的信息，得到不同种类空位缺陷随时间演化的关系。

较佳地，所述获取所述体系结构中的空位缺陷及其坐标信息包括：

将所述体系结构与参考构型比对，获取所述体系结构中缺陷的坐标信息，并利用Wigner-Seitz缺陷分析方法分析所述缺陷的类型，从而获取所述体系结构中所述空位缺陷的坐标信息。

较佳地，所述利用团簇分析法将所述空位缺陷划分为不同种类的空位团簇包括：

将位于截断半径内的空位缺陷划分为一个空位团簇，统计所述空位团簇内的空位缺陷的数目，根据所述空位团簇内所述空位缺陷的数目，将所述空位团簇划分为不同种类，得到不同种类的空位团簇。

较佳地，所述将位于截断半径内的空位缺陷划分为一个空位团簇包括：

当标定空位缺陷的截断半径内没有其它空位缺陷时，所述标定空位缺陷为单空位缺陷；

当相邻两个空位缺陷之间的距离小于或等于所述截断半径时，所述相邻两个空位缺陷划分为双空位团簇；