[发明专利]辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法及装置

说明书

本发明公开一种辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法及装置，方法包括：获取退火所需的半导体中缺陷反应事件和参数列表；基于缺陷反映事件和参数列表，计算得到退火后的级联缺陷空间分布；基于退火后的级联缺陷空间分布，获取待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内缺陷平均浓度；以待模拟缺陷的半径和平均浓度，以及参数列表作为输入，求解改进后的基于SRH理论的速率方程，获取缺陷捕获载流子的动力学行为。本发明考虑级联缺陷的空间非均匀性和复杂的级联局域电势对载流子捕获的影响，采用更加真实的缺陷分布，严格求解出级联局域电势，尽可能做到不依赖或少依赖可调参数，准确模拟深能级缺陷捕获电子/空穴的动力学行为。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法及装置。

背景技术

在空间或者核能环境下服役的半导体器件常常会遭受高能中子辐照，导致半导体材料的晶格原子离位，产生一系列无规则且大小不一的碰撞级联，级联内的离位缺陷(尤其是深能级缺陷)会捕获电子/空穴(载流子)，增强电子和空穴的复合，导致半导体器件性能降低甚至永久失效。此外，级联内缺陷在捕获载流子时，会在级联附近形成局域电势能垒，从而阻止缺陷对载流子的进一步捕获，这又会进一步改变半导体电学性能。因此，研究载流子捕获动力学行为，探索其捕获过程和机制显得至关重要。

然而，目前中子反应堆十分匮乏，中子辐照实验危险系数也比较大。更重要的是，当下的实验手段很难直接观察缺陷对载流子的捕获过程，更无法揭示捕获机制，因此理论模拟方法应运而生。其中，原子尺度方法，尤其含时密度泛函理论(TDDFT)，可以非常准确地模拟缺陷对于载流子的捕获行为，但这种方法计算效率低，能涵盖的空间尺度小、时间尺度短。故而目前常用介观尺度的基于Shockey-Read-Hall(SRH)理论的速率方程来描述载流子的捕获动力学。这种方法需要首先确定缺陷和载流子的初始浓度，但缺陷级联具有很强的空间局域性，级联大小各不相同，级联内缺陷分布非常不均匀，从而导致载流子捕获形成的局域电势很难求解。

相关文献中，要么未考虑级联缺陷的这种空间非均匀性和局域电势对载流子的影响，要么基于初始辐照缺陷的空间分布且依赖过多经验参数，缺乏一定真实性。

相关技术中，公开号为CN 110459269 A的发明专利申请公开了一种核反应堆材料辐照损伤的多尺度耦合模拟方法，该方法采用MD模拟级联碰撞过程，模拟结果作为KMC的输入，用KMC模拟级联缺陷的退火过程，模拟结果作为CD的输入，用CD模拟辐照缺陷的长时演化过程，则可实现从缺陷产生到微观结构表征的大时空尺度模拟。该方法模拟的是金属核材料中缺陷的动力学行为，而非半导体材料的缺陷动力学行为模拟，半导体由于缺陷和载流子相互作用，缺陷会带电荷，使得半导体缺陷模拟比金属更困难。

公开号为CN 106528493 B的发明专利公开了一种有效分离深能级瞬态谱测试信号的数值模拟方法，对于每个温度点T_i，以全局初始值为初始猜测值，求解反向偏置电压为V_r的稳态化合物半导体偏微分方程组，获得温度为T_i，并求解反向偏置电压为V_r的所求解物理变量的节点值，半导体基本微分方程组包含：映静电势的Poisson方程、反映载流子准费米势分布的连续性方程和反映载流子系综温度的能流方程，均为二阶偏微分椭圆型方程；离散方法包括：有限体积法、有限差分法和有限元法，非线性方程组的求解采用全局Newton-Raphson法迭代求解。该方法是通过深能级瞬态谱实验结合理论计算分离深能级瞬态谱中耦合的深能级缺陷，并非是在缺陷退火和级联内缺陷对载流子的捕获。

因此，如何设计一种大尺度且高效的，并考虑更加真实的缺陷分布和局域电势的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种大尺度且高效的，并考虑更加真实的缺陷分布和局域电势的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法及装置。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：