【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于晶体缺陷预测，具体涉及是一种4h-sic表面离子注入过程中缺陷率和应力的预测方法。
技术介绍
1、碳化硅(sic)作为第三代半导体材料的典型代表，因其宽禁带隙、高导热性和高电击穿场强等特征，在新能源汽车、新能源发电、轨道交通、航天航空、国防军工等应用领域具有不可替代的优势。4h晶型sic(4h-sic)具有禁带宽度大、临界击穿电场高、热导率高、电子饱和速率大等优势，基于4h-sic的功率器件拥有更高的转换效率及开关频率，可轻松实现高压大电流的高速开关，因此得到产业界的广泛关注。但是，sic晶体中si-c键能高，杂质原子在其中难以扩散，离子注入工艺成为sic掺杂的唯一选择。离子注入利用高能离子轰击硬脆材料的晶格，导致一系列原子位移和内部缺陷，从而引起材料物理性质的变化。分子动力学(md)模拟方法已成功用于离子注入诱发缺陷演变动力学的研究，可助力解释传统分析手段难以解决的棘手问题。md模拟所需积分步骤较短，可以为时间尺度小于纳秒的模拟过程提供参考信息，具有宏测量方法所不具备的对原子运动演化的瞬态观察的优势，弥补了仪器测量原子间物理参数的不足。从离子注入固体材料到产生位移级联反应的持续时间一般在飞秒到皮秒的范围内，因此，md模拟是研究原子之间低能级联和恢复的合适方法，特别适用于离子注入过程中的原子碰撞。目前，关于利用md研究al离子注入4h-sic晶体过程的相关工作很有限。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种离子注入4h-sic过程中的缺陷率和应力的预测方法，该
2、本专利技术提供的基于分子动力学模拟的离子注入4h-sic过程中的缺陷率和应力预测方法，采用分子动力学模拟离子注入4h-sic过程中的微观结构，统计出缺陷率和原子应力变化，进而得出离子注入下4h-sic晶体中缺陷和原子应力的演变机理，为离子注入条件的选择提供理论指导；包括以下步骤：
3、步骤一：建立离子注入4h-sic表面模型，得到结构的data文件；
4、步骤二：构建包含模拟参数和势函数的输入文件，即input文件；
5、步骤三：采用分子动力学方法进行离子注入模拟，并输出原子坐标和应力数据；
6、步骤四：根据原子轨迹绘制缺陷率随注入剂量的变化曲线；
7、步骤五：由应力数据计算不同注入剂量下各原子的时平均应力，导出应力分布图。
8、进一步地：
9、步骤一中，所述建立离子注入4h-sic表面模型，具体是根据4h-sic晶体的cif结构文件，使用atomsk软件建立的4h-sic(0001)面的平板模型，并导出为分子动力学模拟软件lammps所需的data格式文件。
10、步骤二中，所述构建包含模拟参数和势函数的输入文件，具体设定使用lammps软件进行离子注入模拟的参数，包括：边界条件ppf；4h-sic的力场参数gw-zbl；si、c原子与注入离子的力场参数morse势函数；注入离子的时间间隔、剂量和动能；系统控温方法和系综nvt；系统控温方法为设定初始温度为298.15k，根据离子注入工况逐步升高到指定温度，最后保持该温度。
11、步骤三中，所述采用分子动力学方法进行离子注入模拟，具体地，导出原子坐标可视化材料的微观结构变化，采用voronoi法(chris h.rycroft,voro++:a three-dimensional voronoi cell library in c++,chaos 19,041111(2009))计算指定时间间隔内单个原子的平均体积，由此计算单原子的时间平均应力并导出。其中，单个原子的应力张量由式(1)计算：
12、
13、式中，saa为x,y,z方向的应力张量，m为原子质量，vaa为原子在x,y,z方向的速度，waa为virial方程的应力张量贡献；
14、单个原子的应力为原子的应力张量与体积的比，由式(2)计算：
15、
16、式中，σatom为单个原子的应力，vatom为单个原子的体积；satom为原子的应力张量，具体为：
17、satom＝sxx+syy+szz， #(3)
18、其中，sxx，syy，szz分别表示为x方向，y方向，z方向原子的应力张量。
19、步骤四中，缺陷率是指在离子注入过程中4h-sic表面模型内的原子偏离其原晶格位置的数量占比，采用ovito软件中的identify diamond structure方法对原子轨迹进行处理，统计other、cubic diamond和hexagonal diamond晶型的数量，其中other的数量占总数量的百分比即为缺陷率。
20、与现有技术相比，本专利技术的优点是：
21、本专利技术提供的基于分子动力学模拟的离子注入4h-sic过程中材料的缺陷率和应力的预测方法，采用分子动力学模拟出离子注入4h-sic过程中的微观结构，统计出缺陷率和原子应力变化，进而得出离子注入下4h-sic晶体中缺陷和原子应力的演变机理，为离子注入条件的选择提供理论指导；对于表征4h-sic材料离子注入加工过程中的微观结构和性能变化具有重要意义。
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1.一种基于分子动力学分析的离子注入4H-SiC过程中缺陷率和应力的预测方法，其特征在于，采用分子动力学模拟离子注入4H-SiC过程中的微观结构，统计出缺陷率和原子应力变化，进而得出离子注入下4H-SiC晶体中缺陷和原子应力的演变机理，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤一中所述建立离子注入4H-SiC表面模型，具体是根据4H-SiC晶体的cif结构文件，使用Atomsk软件建立4H-SiC(0001)面的平板模型，并导出为分子动力学模拟软件Lammps所需的data格式文件。
3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，步骤二中所述构建包含模拟参数和势函数的输入文件，具体设定使用Lammps软件进行离子注入模拟的参数，包括：边界条件ppf，4H-SiC的力场参数gw-zbl，Si、C原子与注入离子的力场参数morse势函数，注入离子的时间间隔、剂量和动能，控温方法和系综NVT；控温方法为设定初始温度为298.15K，根据离子注入工况逐步升高到指定温度，最后保持该温度。
4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于
5.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤四中，所述缺陷率是指在离子注入过程中4H-SiC表面模型内的原子偏离其原晶格位置的数量占比，其计算方法为：采用Ovito软件中的Identify diamond structure方法对原子轨迹进行处理，统计Other、Cubicdiamond和Hexagonal diamond晶型的数量，其中Other的数量占总数量的百分比即为缺陷率。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分子动力学分析的离子注入4h-sic过程中缺陷率和应力的预测方法，其特征在于，采用分子动力学模拟离子注入4h-sic过程中的微观结构，统计出缺陷率和原子应力变化，进而得出离子注入下4h-sic晶体中缺陷和原子应力的演变机理，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于，步骤一中所述建立离子注入4h-sic表面模型，具体是根据4h-sic晶体的cif结构文件，使用atomsk软件建立4h-sic(0001)面的平板模型，并导出为分子动力学模拟软件lammps所需的data格式文件。
3.根据权利要求2所述的预测方法，其特征在于，步骤二中所述构建包含模拟参数和势函数的输入文件，具体设定使用lammps软件进行离子注入模拟的参数，包括：边界条件ppf，4h-sic的力场参数gw-zbl，si、c原子与注入离子的力场参数morse势函数，注入离子的时间间隔、剂量和动...
【专利技术属性】
技术研发人员：左元慧，樊嘉杰，马宏平，李世丹，刘佳祥，
申请(专利权)人：复旦大学宁波研究院，
类型：发明
国别省市：
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