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Monte-Carlo-Simulationen von Defekten in Legierungen

EU-finanzierte Wissenschaftler konnten mit ausgefeilten numerischen Modellen die Erzeugung und Ausbreitung von Fehlern in der Mikrostruktur von Transistor-Halbleitermaterialien und Legierungen für Kernreaktoren verfolgen.
Monte-Carlo-Simulationen von Defekten in Legierungen
Im Anschluss an das berühmte Mooressche Gesetz hat die Halbleiter-Industrie problemlos das Downscaling von Transistorabmessungen fortgeführt, um mehr Komponenten in integrierten Schaltungen unterzubringen und mehr Funktionalitäten auf elektronischen Geräten hinzufügen. Um die Größe der Transistoren weiter zu reduzieren, ist es notwendig, ionisierte Dotierstoffe in Halbleiterwafer zu integrieren.

Im Projekt MASTIC (Multi atomistic Monte Carlo simulation of technologically important crystals) verwendeten Wissenschaftler Monte Carlo-Techniken, um die potentielle Erzeugung von Defekten als Folge der Halbleiterdotierung zu simulieren. Eine exakte Prognose der Dotiermittelverteilung reduziert drastisch die Zeit, die für den Entwurf der erforderlichen Prozesse notwendig ist, um die gewünschten elektronischen Eigenschaften zu erhalten.

Die Wissenschaftler nutzten atomistische objekt- und gitter-kinetische Monte Carlo Techniken (OKMC und LKMC), um die Zeitskalen zu erreichen, die benötigt werden, um Defektentwicklung in Silizium und Silizium-Germanium-Legierungen zu untersuchen. Mehrere Atomkonfigurationen wurden im Simulator genutzt, um die amorphen Übergänge der siliziumbasierten Materialien und die Bildung von defekten Kristallen während dieser Übergänge zu studieren.

Ein ähnlicher Ansatz wurde angenommen, um die Schädigung von Strukturmaterialien in Kernfusionsreaktoren zu simulieren, wenn sie hohen Strahlungspegeln ausgesetzt sind. Bisher gab es keine Versuchsanlagen, die die gleichen Bedingungen reproduzieren, denen die Materialien widerstehen. Während die Modellierung der Dotierungsauswirkungen auf Kristalle nur wenige Minuten erfordert, kann die Modellierung von Fusionsmaterial viele Jahre dauern.

Allerdings ermöglichten OKMC- und LKMC-Techniken die Untersuchung der Defektentwicklung in Siliciumcarbid, Eisen und Ferrochrom auf verschiedenen Zeitskalen. Insbesondere reproduzierten Monte-Carlo-Simulationen sehr genau experimentelle Maße der Punktdefektdiffusion in komplexen binären Systemen sowie das Verhalten der Legierung in der Mischungslücke.

MASTIC-Modelle, Software-Code und Eingabeparameter wurden zum Download hier zur Verfügung gestellt. Mikroelektronik-Unternehmen haben bereits ihr Interesse an den neuen Werkzeugen gezeigt, um Halbleitermaterialien anzupassen und die erforderlichen Leistungsniveaus für elektronische Bauteile zu erfüllen.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Monte-Carlo-Simulationen, Legierungen, Halbleiter, Kernreaktoren, Dotierungen, MASTIC
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