Des simulations Monte Carlo de défauts dans les alliages
Suivant la loi de Moore, bien connue, l'industrie des semi-conducteurs a continué, sans entrave, à diminuer les dimensions de transistors pour ajouter des composants supplémentaires aux circuits intégrés et ainsi plus de fonctionnalités aux dispositifs électroniques. Pour réduire encore la taille des transistors, il est nécessaire d'incorporer des dopants ionisés dans des tranches de semi-conducteurs. Au cours du projet MASTIC (Multi atomistic Monte Carlo simulation of technologically important crystals), les scientifiques se sont appuyés sur les techniques Monte Carlo pour simuler la génération potentielle de défauts résultant du dopage des semi-conducteurs. Les prévisions précises de la distribution des dopants ont réduit de manière drastique le temps nécessaire à la conception des processus pour obtenir les propriétés électroniques recherchées. Les scientifiques ont utilisé les techniques d'objet atomistique et de cinétique en maillage Monte Carlo (soit respectivement OKMC et LKMC) pour atteindre les délais nécessaires à l'étude d'évolutions de défauts dans des alliages de silicone et de silicone-germanium. Ils ont inclus plusieurs configurations atomiques dans le simulateur pour étudier les transitions amorphes des matériaux à base de silicone et la formation de cristaux défectueux au cours de ces transitions. Une approche similaire avait été adoptée pour simuler l'endommagement de matériaux structurels dans des réacteurs à fusion nucléaire exposés à des niveaux de radiation élevés. Aucune structure expérimentale n'a pu, à ce jour, reproduire les conditions auxquelles les matériaux résistent. La modélisation de l'effet des dopants sur des cristaux ne prend que quelques minutes, mais la modélisation des matériaux pour les réacteurs à fusion peut demander des années. Les techniques OKMC et LKMC ont cependant permis l'étude de l'évolution des défauts dans le carbure de silicone, dans le fer et le ferrochrome à différents délais. Les simulations Monte Carlo ont reproduit précisément les mesures expérimentales de la diffusion d'un défaut ponctuel dans des systèmes binaires complexes ainsi que le comportement de l'alliage dans la lacune de miscibilité. Les modèles, le logiciel, le code et les paramètres de départ de MASTIC sont disponibles au téléchargement sous ici. Des sociétés de micro-électronique ont déjà montré de l'intérêt pour les nouveaux outils pour personnaliser des matériaux semi-conducteurs et répondre aux niveaux de performance requis pour les composants électroniques.
Mots‑clés
Simulations Monte Carlo, alliages, semi-conducteur, réacteurs nucléaires, MASTIC
