Simulazioni Monte Carlo dei difetti nelle leghe
Attenendosi alla famosa legge di Moore, l’industria dei semiconduttori ha proseguito senza incontrare ostacoli nella sua opera di riduzione delle dimensioni dei transistor allo scopo di aggiungere più componenti nei circuiti integrati e più funzionalità ai dispositivi elettronici. Per ridurre ulteriormente le dimensioni dei transistor, risulta necessario aggiungere degli elementi droganti ionizzati nei wafer di semiconduttori. Nel progetto MASTIC (Multi atomistic Monte Carlo simulation of technologically important crystals), gli scienziati hanno usato delle tecniche Monte Carlo per simulare la potenziale generazione di difetti in conseguenza al drogaggio del semiconduttore. Previsioni accurate della distribuzione dell’elemento drogante riducono drasticamente il tempo necessario per ottenere le proprietà elettroniche desiderate. Gli scienziati hanno usato le tecniche Monte Carlo cinetiche dell’oggetto atomistico e del reticolo (rispettivamente OKMC e LKMC) per ottenere le scale temporali necessarie per studiare l’evoluzione del difetto nel silicio e nelle leghe silicio-germanio. Diverse configurazioni atomiche sono state inserite nel simulatore per studiare le transizioni amorfe dei materiali basati sul silicio e la formazione dei cristalli difettosi durante queste transizioni. Un approccio simile è stato adottato per simulare il danno dei materiali strutturali nei reattori a fusione nucleare quando sono esposti a livelli elevati di radiazioni. Fino ad ora non esistevano delle strutture sperimentali in grado di riprodurre le stesse condizioni che i materiali devono sopportare. Inoltre, mentre la modellazione degli effetti droganti sui cristalli in bulk richiede solo pochi minuti, la modellazione dei materiali di fusione può richiedere molti anni. Tuttavia, le tecniche OKMC e LKMC hanno reso possibile lo studio dell’evoluzione dei difetti in carburo di silicio, ferro e ferrocromo su differenti scale temporali. Specificamente, le simulazioni Monte Carlo hanno accuratamente riprodotto le misure sperimentali della diffusione del difetto puntuale in complessi sistemi binari, oltre al comportamento della lega nella lacuna di miscibilità. Modelli, codice software e parametri di ingresso di MASTIC possono essere scaricati qui. Le aziende che si occupano di microelettronica hanno già mostrato interesse per i nuovi strumenti al fine di personalizzare i materiali semiconduttori e raggiungere i livelli di prestazioni richiesti per i componenti elettronici.
Parole chiave
Simulazioni Monte Carlo, leghe, semiconduttore, reattori nucleari, elementi droganti, MASTIC
