构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法与流程

本发明涉及半导体器件单粒子效应仿真方法，具体涉及一种构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法。

背景技术：

1、单粒子效应(single event effects，see)是指宇宙空间中单个高能粒子入射航天器电子学系统，导致航天器电子学系统发生暂时性或永久性出错，造成卫星姿态控制异常、遥测功能退化、电源模块异常关闭和科学数据丢失等，严重影响航天器的在轨可靠运行。

2、计算机仿真在单粒子效应研究中发挥着重要作用，它可以模拟单粒子效应损伤的基本物理过程、分析单粒子效应在电路中的传播规律、预估系统的单粒子效应错误率、甄别芯片的单粒子效应敏感位置以及验证芯片的单粒子效应加固效果。单粒子效应仿真按电路规模可划分为：器件级仿真、电路级仿真和系统级仿真。

3、在传统的单粒子效应器件级仿真中，将入射离子径迹时域演化特性分布简化成高斯解析分布。对大工艺尺寸器件而言，器件响应速度慢，采用简化的高斯解析分布可以得到与器件实际单粒子响应相符的仿真结果；但对纳米工艺器件而言，器件响应速度快，对入射离子径迹的时域演化特性的建模准确性要求提高，简化的高斯解析分布无法精确表征入射离子径迹的时域演化特性，不能准确获取纳米器件对入射离子的单粒子响应。因此，针对离子径迹时域演化特性进行精确建模并将模型引入单粒子效应器件级仿真对纳米器件单粒子效应准确预估具有重要意义，然而，相关研究在国内外未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有单粒子效应器件级仿真无法精确表征入射离子径迹的时域演化特性、影响纳米器件单粒子效应预估准确性的不足之处，而提供构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法。

2、为了解决上述现有技术所存在的不足之处，本发明提供了如下技术解决方案：

3、构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

4、步骤1、基于geant4仿真，获取离子入射靶材后所产生的离子径迹的时域演化特性数据；时域演化特性数据包括离子在靶材中的能量沉积及对应时间；

5、步骤2、通过对步骤1获取的离子径迹的时域演化特性数据进行拟合，构建离子径迹时域演化模型；

6、步骤3、利用sentaurus tcad建立并校准纳米器件仿真模型；

7、步骤4、将步骤2构建的离子径迹时域演化模型引入步骤3建立的纳米器件仿真模型中，执行单粒子效应仿真，得到纳米器件的单粒子响应结果。

8、进一步地，所述步骤1具体为：

9、步骤1.1、基于geant4仿真，构建靶材的几何结构模型；

10、步骤1.2、基于步骤1.1中靶材的几何结构模型，针对离子与靶材的相互作用过程开展计算，得到计算结果，计算结果包含能量沉积信息、时间信息和空间信息；

11、步骤1.3、从步骤1.2的计算结果中提取离子在靶材中的能量沉积随时间的变化数据，并对能量沉积进行归一化处理，作为离子径迹的时域演化特性数据。

12、进一步地，所述步骤1.1具体为：

13、步骤1.1.1、定义靶材的材料属性，包括密度、原子组成；

14、步骤1.1.2、使用geant4构建靶材的几何形状，包括定义靶材的尺寸、形状及其在模拟世界中的位置，得到靶材的几何结构模型。

15、进一步地，所述步骤1.2具体为：

16、步骤1.2.1、定义入射离子参数，包括入射离子类型、能量、位置、方向；

17、步骤1.2.2、选择离子与靶材相互作用的物理模型；

18、步骤1.2.3、设置输运模拟的控制参数，包括入射离子数量、模拟的线程数、截止能量、截止长度；

19、步骤1.2.4、配置模拟的输入和输出；

20、步骤1.2.5、使用geant4提供的工具和库执行模拟计算，得到计算结果。

21、进一步地，步骤2中，所述拟合基于下式的拟合函数进行：

22、

23、其中，t为时间，f(t)为归一化后的能量沉积分布函数，ki、ti和si为拟合参数；i为大于等于1的整数，具体取值由拟合效果决定，erf为误差函数。

24、进一步地，所述步骤3具体为：

25、步骤3.1、利用sentaurus tcad中的sde或sprocess工具建立纳米器件仿真模型；

26、步骤3.2、求解半导体器件数值计算模型方程以获取纳米器件仿真模型的常规电学特性曲线；所述半导体器件数值计算模型方程包括泊松方程、载流子连续性方程和描述载流子运动的漂移-扩散方程；所述常规电学特性曲线包括电流-电压曲线；

27、步骤3.3、将纳米器件仿真模型的常规电学特性曲线与器件的spice集约模型的常规特性曲线进行比较，若两者不一致，则调整纳米器件仿真模型的参数直至两者一致，至此完成纳米器件仿真模型的校准。

28、进一步地，所述步骤3.1具体为：

29、步骤3.1.1、使用sentaurus tcad中的sprocess定义纳米器件的物理结构，包括半导体材料、掺杂类型和浓度、以及器件的几何尺寸，然后定义半导体工艺制造过程中的每一步及其参数；或者通过输入文件直接在sde中定义器件结构；

30、步骤3.1.2、选择物理模型；

31、步骤3.1.3、设定仿真参数；

32、步骤3.1.4、在sdevice中运行仿真；

33、步骤3.1.5、使用sentaurus tcad提供的分析工具检查仿真结果，并优化设计，得到纳米器件仿真模型。

34、进一步地，所述步骤4具体为：

35、步骤4.1、打开sentaurus tcad的sdevice工具的.cmd文件，在physics{}中添加重离子模型heavyion(“ioni”)，根据步骤2获取的拟合参数ti的结果修改重离子模型heavyion(“ioni”)的参数time；i为大于等于1的整数；

36、步骤4.2、打开sentaurus tcad的sdevice工具的.par文件，根据步骤2获取的拟合参数ki和si的结果，分别修改重离子模型heavyion(“ioni”)的参数k_hi和s_hi；

37、步骤4.3、通过sdevice工具执行单粒子效应仿真，得到纳米器件的单粒子响应结果。

38、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

39、本发明构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，建立了比传统解析模型更精确的离子径迹时域演化模型，考虑了离子种类、离子能量、靶材参数对离子径迹时域演化特性的影响，将建立的离子径迹时域演化模型成功引入tcad仿真，提高了纳米器件单粒子效应预估的准确性。

技术特征：

1.构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

3.根据权利要求2所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤1.1具体为：

4.根据权利要求2所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤1.2具体为：

5.根据权利要求1至4任一所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，步骤2中，所述拟合基于下式的拟合函数进行：

6.根据权利要求5所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

7.根据权利要求6所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤3.1具体为：

8.根据权利要求6所述的构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

技术总结本发明涉及半导体器件单粒子效应仿真方法，具体涉及一种构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，用于解决现有单粒子效应器件级仿真无法精确表征入射离子径迹的时域演化特性、影响纳米器件单粒子效应预估准确性的问题。该构建离子径迹时域演化模型并将模型引入单粒子效应仿真的方法，建立了比传统解析模型更精确的离子径迹时域演化模型，考虑了离子种类、离子能量、靶材参数对离子径迹时域演化特性的影响，将建立的离子径迹时域演化模型成功引入TCAD仿真，提高了纳米器件单粒子效应预估的准确性。技术研发人员：赵雯,陈伟,罗尹虹,丁李利,郭晓强,王忠明,吴伟,张凤祁受保护的技术使用者：西北核技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/29