Symulacje Monte Carlo w wykrywaniu defektów stopów
Zgodnie ze znanym prawem Moore'a, przemysł półprzewodników nieustannie przeprowadza miniaturyzację tranzystorów, tak aby dodawać więcej komponentów do układów scalonych oraz więcej funkcji do urządzeń elektrycznych. Aby dalej zwiększyć rozmiar tranzystorów, konieczne jest wdrożenie do płytek półprzewodnikowych zjonizowanych domieszek. W ramach projektu MASTIC (Multi atomistic Monte Carlo simulation of technologically important crystals) naukowcy wykorzystali techniki Monte Carlo do symulacji potencjalnego powstawania defektów na skutek domieszkowania półprzewodników. Dokładne predykcje rozprowadzanie domieszki półprzewodnika pozwala radykalnie skrócić czas potrzebny do projektowania tego typu domieszek o pożądanych właściwościach. Naukowcy skorzystali z technik obiektu atomistycznego i siatki kinetycznej Monte Carlo (odpowiednio OKMC i LKMC) w celu uzyskania różnych skali czasu wymaganych do zbadania ewolucji defektu w stopach krzemowych i krzemowo-germanowych. Szereg konfiguracji atomowych ujęto w symulatorze, by zbadać bezpostaciowe przejścia materiałów krzemowych i powstawanie wadliwych kryształów w fazie przejściowej. Podobne podejście zostało zastosowane do symulacji uszkodzeń materiałów w jądrowych reaktorach fuzyjnych po poddaniu na działanie wysokich poziomów promieniowania. Do tej pory nie istniała infrastruktura doświadczalna umożliwiająca odtworzenie tych samych warunków, z jakimi materiały mają do czynienia. Ponadto podczas gdy modelowanie wpływu domieszek półprzewodnika na kryształy luzem wymaga zaledwie kilku minut, modelowanie reakcji materiałów syntezy jądrowej może trwać wiele lat. Techniki OKMC i LKMC umożliwiły jednak zbadanie wad w węgliku krzemu, żelazie i żelazochromie na różnych skalach czasowych. Symulacje Monte Carlo pozwoliły dokładnie odtworzyć środki eksperymentalne dyfuzji defektu punktowego w złożonych systemach binarnych oraz zachowanie stopu w obszarze ograniczonej mieszalności. Modele MASTIC, kod oprogramowania i parametry wejściowe zostały udostępnione do pobrania tutaj. Przedsiębiorstwa mikroelektroniczne wykazują już zainteresowanie nowymi narzędziami umożliwiającymi dostosowywanie materiałów półprzewodnikowych oraz zapewnienie wymaganych poziomów mocy komponentów elektrycznych.
Słowa kluczowe
Symulacje Monte Carlo, stopy, półprzewodniki, reaktory jądrowe, domieszki, MASTIC