离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法与装置
本技术涉及模拟仿真，特别是涉及一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。
背景技术：
1、离子注入是制作集成电路的重要工序。掺杂离子在高电场中打入靶内经过与原子、电子碰撞后失去能量后停止运动，这是一个随机过程。在碰撞时，离子的运动方向发生偏折并失去能量，因此具有一定初始能量的离子入射到靶中，运动离子与衬底中的原子核和电子进行一系列碰撞损失能量，将走过一个十分曲折的路径最后停留在衬底内，最后停止在靶中的某一点。离子注入碳化硅的实现掺杂包含多个物理过程，并且面临的环境复杂，导致实现离子注入碳化硅的过程中，进行掺杂的离子注入机生产工艺自适应性调控难度大。
2、随着计算机科学技术的快速发展，材料数值模拟仿真方法被广泛的应用。与传统的实验研究相比，这些方法具有经济、安全，不需要制备大量的材料样品，不需要建立各种实验平台，通过设置相关参数，可以模拟特定环境下材料面临的高温、高压、强辐照等恶劣条件的优点，可以方便地从原子尺度揭示实验现象背后更深层次的物理过程。基于第一性原理密度泛函理论(dft)的量子力学计算可以为许多材料提供原子间力和能量的精确描述，基于dft的从头计算方法是一种可靠的方法，但是有昂贵的计算成本，导致时间和空间限制仅为几十皮秒和几千个原子。通过降低精度要求，使用原子间势的方法，可以轻松将规模扩展到数万甚至数百万原子。利用神经网络计算原子间势是一种灵活的势函数拟合方法，它无需事先对势函数的复杂函数形式进行假设，可以实现计算效率和精度的平衡，在许多领域具有广泛的适用性。
3、然而，目前尚无一种准确的离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方案。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种准确的离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。
2、第一方面，本技术提供了一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法。所述方法包括：
3、建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft(density functional theory,密度泛函理论)的aimd(ab initio molecular dynamics，从头算分子动力学)模拟的初始输入文件；
4、根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；
5、建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；
6、获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；
7、获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；
8、根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
9、在其中一个实施例中，所述建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件包括：
10、获取sic晶体结构和离子的相关参数；
11、采用晶体结构建模软件、且根据所述相关参数创建sic晶体结构以及入射离子，得到离子注入sic晶体的初始结构；
12、导出所述初始结构的cif文件(crystallographic information file，晶体学信息文件)；
13、根据所述cif文件创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件。
14、在其中一个实施例中，所述根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集包括：
15、根据所述初始输入文件，采用第一性原理计算软件进行预设时间的模拟，得到模拟过程输出文件；
16、使用init_data函数对所述模拟过程输出文件中的outcar文件进行处理，提取模拟过程数据并转换为deepmd-kit所支持的数据格式，得到离子注入过程的模拟数据集。
17、在其中一个实施例中，所述建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型包括：
18、通过init_train函数，构建input.json训练脚本文件，所述训练脚本文本包括模型、学习率、损失函数以及训练过程的相关参数；
19、根据所述input.json训练脚本文件，调用deepmd-kit创建神经网络模型；
20、通过所述神经网络模型对所述模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型。
21、在其中一个实施例中，所述获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化包括：
22、调用read_parameters函数读取用户设定参数的input文件；
23、从读取的数据中获取模拟系统的几何体参数；
24、对所述几何体参数进行初始化，通过target类创建sic靶层、并通过ion类创建入射离子。
25、在其中一个实施例中，所述根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析包括：
26、根据离子种类加载神经网络势模型，重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果；
27、采用analyse函数对离子注入模拟仿真结果进行分析，以分析注入离子的深度分布、离子能量的分布以及离子注入对靶层造成的损伤分布。
28、第二方面，本技术还提供了一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真装置。所述装置包括：
29、第一初始化模块，用于建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件；
30、模拟模块，用于根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；
31、模型构建模块，用于建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；
32、第二初始化模块，用于获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；
33、分析模块，用于根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
34、第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
35、建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件；
36、根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；
37、建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；
38、获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；
39、获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；
40、根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
41、第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
42、建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件；
43、根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；
44、建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；
45、获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；
46、获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；
47、根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
48、第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
49、建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件；
50、根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；
51、建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；
52、获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；
53、获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；
54、根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
55、上述离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件；根据初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；获取不同离子注入sic晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；获取模拟系统的几何体参数，通过几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；根据多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。整个过程中，利用模拟数据，建立神经网络对模拟数据进行拟合训练，得到不同的神经网络势模型，解决离子注入过程复杂的问题，并且针对获取的模拟系统的几何体参数，能够根据多种神经网络势模型重复进行模拟，最终得到准确的离子注入模拟仿真结果。
技术特征：
1.一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立sic模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入sic晶体的初始结构，并基于所述初始结构创建基于dft的aimd模拟的初始输入文件包括：
3.根据权利求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型包括：
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取模拟系统的几何体参数，通过所述几何参数对模拟系统进行初始化，建立sic靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析包括：
7.一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真装置，其特征在于，所述装置包括：
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。
技术总结
本申请涉及一种离子注入碳化硅半导体掺杂过程的模拟仿真方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品，其中，方法包括：建立SiC模拟区域，对入射离子模拟环境进行初始化，得到离子注入SiC晶体的初始结构，并基于初始结构创建基于DFT的AIMD模拟的初始输入文件；根据初始输入文件进行模拟，得到离子注入过程的模拟数据集；建立神经网络对模拟数据集进行拟合训练，得到神经网络势模型；获取不同离子注入SiC晶体的神经网络势模型，得到多种神经网络势模型；获取模拟系统的几何体参数，通过几何参数对模拟系统进行初始化，建立SiC靶层模拟区域，对入射离子状态进行初始化；根据多种神经网络势模型重复进行模拟，得出离子注入模拟仿真结果并进行分析。
技术研发人员：肖国庆,李鸿露,阳王东,李肯立,戚瑞轩,张逸飞
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23