(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221076270 0.9 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150000 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李兴冀　张英涛　刘研　杨剑群　 徐晓东　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 丁晴晴 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/10(2006.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿 真方法及系统 (57)摘要 本发明提供了一种基于器件辐射缺陷演化 全过程的跨尺度仿真方法和系统， 所述方法包 括： 定义粒子参数和材料参数， 并将其输入模拟 系统； 根据分子动力学基本原理， 建立基于空间 入射粒子的分子动力学模型， 进行基于分子动力 学的空间入射粒子的运动数值模拟， 并获取不同 时刻空间入射粒子的运动轨迹、 速度、 能量和在 空间器件中的分布信息； 采用统计物理学方法统 计不同状态下空间入射粒子的运动规律， 将空间 入射粒子的微观 状态和材料的宏观 性质相关联， 进行跨尺度计算仿真。 本发明以单个入射粒子和 材料参数为研究对象， 对入射粒子在空间器件中 产生的跨尺度缺陷演化效应进行模拟仿真， 为半 导体器件的材 料选取提供重要依据和思路。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115186463 A 2022.10.14 CN 115186463 A 1.一种基于器件辐射 缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特 征在于， 包括： 从粒子数据库中调用不同类型的空间入射粒子， 并将所述空间入射粒子的参数输入模 拟系统， 进 行初始化； 并从器件 材料数据库中调用不同类型的材料， 并将与所述材料类型对 应的模拟盒子的参数输入所述模拟系统； 根据分子动力学基本原理， 建立基于所述空间入射粒子的分子动力学模型， 进行基于 分子动力学的所述空间入射粒子的运动数值模拟， 并获取不同时刻所述空间入射粒子的运 动轨迹、 速度、 能量和在空间器件中的分布信息； 采用统计物理学方法统计不同状态下所述空间入射粒子的运动规律， 将所述空间入射 粒子的微观状态和所述材 料的宏观性质相关联， 进行跨尺度计算仿真。 2.根据权利要求1所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 所述获取不同时刻所述空间入射粒子的运动轨迹、 速度、 能量和在空间器件中的分布信 息包括： 采用verlet算法计算空间器件坐标系中t时刻 下第i个原子的实际位置， 得出所述空间 入射粒子在所述空间器件中的位移和速度， 从而获得不同时刻所述空间入射粒子的运动轨 迹、 速度、 能量和在所述空间器件中的分布信息 。 3.根据权利要求2所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 还包括： 在进行分子动力学模拟时， 在所述模拟盒子上添加固定边界条件， 用于模拟所 述模拟盒子中的粒子和周围环境的具体相互作用所产生的物理现象。 4.根据权利要求3所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 还包括： 在 进行分子动力学模拟时， 采用微正则系综， 并仅在1/2方向施加周期性边界条 件。 5.根据权利要求4所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 所述分子动力学模拟中， 运动积分步长为1fps， 总模拟时长为5 0fps。 6.根据权利要求1所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 所述跨尺度计算仿真包括： 采用OKMC方法模拟所述空间入射粒子的短时间低物 理损伤程度演化， 使所示空间入射 粒子随机或在指定晶格上进行跳变以模拟缺陷在所述空间器件中的形成； 采用等价球法识别产生 缺陷所对应的所述空间入射粒子； 采用团簇动力学 方法进行 所述空间入射粒子的高物理损伤程度演化。 7.根据权利要求6所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 所述采用OKM C方法模拟所述空间入射粒子的短时间低物理损伤程度演化包括： 设置初始时间t＝0； 计算出局部缺陷产生的概 率并给出局部缺陷产生列表； 计算总速率R， 并得到(0,1]中的均匀随机数r， 以选择一个可能产生 缺陷的事 件； 通过Ri‑1<rR<Ri搜索i从而获得 执行i的事件， 执行事件i； 更新事件t＝t+Δt， 伴随模拟时间进行缺陷产生的累加； 根据玻尔兹曼常数、 体系内绝对温度及普朗克常数确定跃迁概率， 并根据体系内的温 度对跃迁概 率进行更新。 8.根据权利要求6所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115186463 A 2于， 所述采用等 价球法识别产生 缺陷所对应的所述空间入射粒子包括： 将所述模拟 盒子划分为若干等价网格， 检验所述空间入射粒子是否在以所述空间器件 中原子的理想晶格位置为中心的指 定半径的球内， 若以所述理想晶格位置为中心的球内不 包含所述原子， 则所述原子对应的晶格位置标记为空位， 若所述原子从其最近理想晶格位 置的移位距离超过 所述球的半径， 则所述原子标记为间隙原子 。 9.根据权利要求1所述的基于器件辐射缺陷演化全过程的跨尺度仿真方法， 其特征在 于， 所述粒子数据库包括所述空间入射粒子各参数之间的对应关系， 所述空间入射粒子的 参数包括所述空间入射粒子的粒子类型和元素类型； 所述器件材料数据库包括材料类型与 所述模拟盒子的参数之间的关系， 所述模拟盒子的参数包括所述模拟盒子的大小、 形状和 材质。 10.一种基于器件辐射 缺陷演化全过程的跨尺度仿真系统， 其特 征在于， 包括： 赋值模块， 用于从粒子数据库中调用不同类型的空间入射粒子， 并将所述空间入射粒 子的参数输入模拟系统， 进 行初始化； 还用于从器件材料数据库中调用不同类型的材料， 并 将与所述材 料类型对应的模拟盒子的参数输入所述模拟系统； 建模及模拟模块， 用于根据分子动力学基本原理， 建立基于所述空间入射粒子的分子 动力学模型， 进行基于分子动力学 的所述空间入射粒子的运动数值模拟， 并获取不同时刻 所述空间入射粒子的运动轨 迹、 速度、 能量和在空间器件中的分布信息； 计算仿真模块， 用于采用统计物理学方法统计不同状态下所述空间入射粒子的运动规 律， 将所述空间入射粒子的微观状态和所述材 料的宏观性质相关联， 进行跨尺度计算仿真。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115186463 A 3