辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法及装置

技术特征：
1.一种辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述方法包括：获取退火所需的半导体中缺陷反应事件和参数列表；基于所述缺陷反映事件和所述参数列表，计算得到退火后的级联缺陷空间分布；基于所述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；以所述待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内缺陷平均浓度，以及所述参数列表作为输入，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。2.如权利要求1所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述获取退火所需的半导体中缺陷反应事件和参数列表，包括：参考dft和分子动力学方法的理论计算和实验测量结果，获取退火所需的半导体中所述缺陷反应事件和所述参数列表，其中，所述缺陷反应事件包括半导体内所有的缺陷类型和缺陷间的反应路径，所述参数列表包括半导体材料参数和半导体缺陷参数。3.如权利要求1所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述基于所述缺陷反应事件和所述参数列表，计算得到退火后的级联缺陷空间分布，包括：以中子导致的初级离位原子能谱为输入条件，以所述参数列表作为输入参数，运用基于二体碰撞近似的蒙特卡洛方法，计算初始级联缺陷的空间分布；以所述初始级联缺陷空间分布为初始条件，以所述缺陷反应事件和所述参数列表为输入，运用实体动力学蒙特卡洛方法，计算所述退火后的级联缺陷空间分布。4.如权利要求1所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述基于所述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，包括：利用所述退火后的级联缺陷空间分布，得到中子辐照下特定半导体中待模拟缺陷的径向分布；利用指数函数分别拟合该缺陷的径向分布，所述指数函数为：n(r)＝n0exp(-r/λ)其中，n0和λ分别为缺陷数目前因子和衰减长度；利用阶梯函数近似该指数函数及设置的截断，获取所述待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内平均缺陷数目；将所述有效级联视为一个球体，采用球体体积计算公式计算有效级联的体积，并利用所述级联内平均缺陷数目除以有效级联的体积，得到所述级联内缺陷平均浓度。5.如权利要求1所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述改进后的基于srh理论的速率方程为：其中，为电子/空穴的热运动速率，x
j
为带电荷j的缺陷x，为通过捕获电子/空穴带上电荷j-1或j 1的缺陷x，为级联内带电缺陷x
j
捕获电子/空穴的截面，n
c/v
为导带/价
带有效态密度，为带电缺陷射电子/空穴到导带底/价带顶的激活能，为不同时刻带电缺陷的浓度，为t时刻有效级联内的平均电子/空穴密度，为不同时刻带电缺陷x
j
的浓度，k
b
为玻尔兹曼常数，t为温度。6.如权利要求5所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述以所述待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内缺陷平均浓度，以及所述参数列表作为输入，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，包括：a)、将所述待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内缺陷平均浓度，以及所述参数列表作为所述改进后的基于srh理论的速率方程的输入；b)、使用二分法迭代求解所述t时刻有效级联内的平均电子/空穴密度获得所述待模拟缺陷的有效级联内电子平均密度，用于求解所述改进后的基于srh理论的速率方程；c)、使用开源的微分方程求解器lsoda，迭代求解所述改进后的基于srh理论的速率方程，获得下一时刻带电缺陷的浓度；重复执行步骤b)～c)，直至所述改进后的基于srh理论的速率方程达到平衡，带电缺陷的浓度及其对应的电子密度无变化，自洽求解结束，获取任意时刻静电势能垒、级联内载流子密度和缺陷电荷态转变比例。7.如权利要求6所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述t时刻有效级联内的平均电子/空穴密度的计算公式如下：其中，为辐照前电子/空穴的密度，e
peb
(t)为t时刻级联内缺陷在载流子捕获时，电子/空穴的电势能垒；其中，q为单位电荷，和分别为通过求解泊松方程获得的t时刻有效级联内的平均电势和无穷远处的电势。8.如权利要求7所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述t时刻有效级联内的平均电势和无穷远处的电势的计算步骤包括：构建有效极化区域模型，所述模型在缺陷进行载流子捕获时，级联附近发生极化形成两个带异号电荷的球对称区域，一个球对称区域为深能级缺陷所在的有效级联区域，另一个球对称区域为包围着有效级联区域的载流子耗尽区；基于所述有效极化区域模型，以无穷远处为势能零点，求解泊松方程，得到所述t时刻有效级联内的平均电势和无穷远处的电势。9.如权利要求7所述的辐照半导体中载流子捕获动力学模拟方法，其特征在于，所述有效极化区域模型的公式表示如下：
其中，ε为半导体介电常数；r0为缺陷所在有效级联的有效半径；q1为包围着有效级联区域的耗尽层内净电荷的浓度，被近似为半导体施主/受主浓度；q0(t)为有效级联区域内净电荷在t时刻的浓度；r1(t)为t时刻包含有效级联区和耗尽区在内的整个球型区域的半径。10.一种辐照半导体中载流子捕获动力学模拟装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块，用于获取退火所需的半导体中缺陷反应事件和参数列表；缺陷空间计算模块，用于基于所述缺陷反映事件和所述参数列表，计算得到退火后的级联缺陷空间分布；缺陷特征计算模块，用于基于所述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；动力学模拟模块，用于以所述待模拟缺陷所在有效级联的半径和级联内缺陷平均浓度，以及所述参数列表作为输入，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。

技术总结
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。模拟深能级缺陷捕获电子/空穴的动力学行为。模拟深能级缺陷捕获电子/空穴的动力学行为。


技术研发人员：曾雉 刘俊
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2022.03.29
技术公布日：2022/6/28