srim中文教程1(Chinese).pdf
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1、教程教程#1离子离子在固体中的在固体中的射程、剂量及辐照损伤射程、剂量及辐照损伤简述简述 该教程将介绍如何确定离子的能量和剂量,使其注入靶后能达到所需要的浓度和深度。为了说明这一点,我们以在 CMOS 半导体器件中注入 n 型阱为例。注入硅中的离子(即注入原子)应为 n 型元素,并在表面以下约为 250 nm(2500)深处达到浓度峰值(以投影射程计)。掺杂原子的浓度峰值为每平方厘米5 1018个离子。尽管这看起来有些复杂(特别是如果你不是一个电气工程师的话),但它只要求磷(P)或砷(As)或锑(Sb)元素的离子被直接注入到样品的一定深度并形成一定的浓度(磷、砷和锑都可以作为硅中的 n 型掺杂
2、剂)。作为一个附加条件,我们假定注入离子(即加速器加速的粒子)的能量不超过 200keV。【注意:TRIM 很多情况下使用(埃)作为单位是因为其大约是固体中单层原子的厚度。这一点在估计靶的微观损伤是经常能用得到。】解决这一系列问题将是该教程的主旨。在阅读完本教程之后,你将能够回答将任意离子注入到任意靶情况下的这些问题。确定确定入射入射离子离子的种类的种类和能量和能量 点击桌面上的 SRIM 图标 点击 Stopping and Range Tables(S&R Tables)首先输入离子。开始可以点击在“ION”旁边上的帮助按钮。阅读后点击 键关闭窗口。为了在硅中注入形成一个 n 型阱,你需要
3、从元素周期表的第五列中选择一种元素作为掺杂元素注入。典型的掺杂元素是磷(P)、砷(As)或锑(Sb)。我们选项居中的砷(砷(As)开始。要键入一种离子,点击窗口中 Ion 边上的键打开元素周期表并选择As 作为入射离子。程序将会自动填充描述入射离子性质的各种选项框。注意到其使用的离子质量并不是砷的平均原子质量,而是丰度最大同位素(MAI)质量。你可以通过使用元素周期表键 问题:问题:注入注入何种元素?何种元素?需要需要注入多大注入多大的剂量(的剂量(ions/cm2)?在注入后在注入后靶靶是否会是否会产生产生非晶化?非晶化?CLOSE PT 来验证,它会给出各种砷原子质量的说明。在窗口中向下来
4、到了 Target 按钮。点击帮助按钮。指定靶的成分为硅硅,利用按钮选定 Si。注意到此时靶原子的质量不再是其最大丰度同位素(MAI)质量,而是元素的平均自然质量。你可以通过使用元素周期表键来验证,它会给出各种硅原子质量的说明。点击按钮关闭窗口。剩下的描述靶的表格是空白的,也是非必须的。选项“Stoich”用于计算复合材质靶时指定其中每种元素的化学计量。点击 我们将计算结果保存在如下文件:“SRIM OutputsArsenic in Silicon”。如果你需要再次查询它的话,它在 SRIM 中的路径为:/SRIM Outputs/观察这个表格。2500 的投影射程投影射程(峰浓度的深度)对
5、应多大的入射离子能量呢?(答案是400keV)结论:这是一个高于你所使用的 200keV 的离子注入机所能达到的能量!重新计算这个射程表格,但是使用磷(P)离子入射。观察新的表格。要有 250nm 的射程需要多大的能量呢?PT?PT PT Close Calculate Table 这张表格表明我们可以注入190keV的磷离子产生一个浓度峰值在2500(250nm)的 n 型阱(在标出的两个范围之间使用内插法可得)。关闭这个表格窗口。在离开 Stopping and Range 窗口前,观察 S&R Tables 的其他帮助信息(点击按钮)点击按钮回到 SRIM 的主页面。190keV 的磷离
6、子产生的损伤的磷离子产生的损伤 在主菜单上在 TRIM Calculation 按钮旁有一个帮助按钮。点击它来阅读该程序的帮助菜单。TRIM(Transport of Ions in Matter)是一个非常复杂的程序。它不仅可以描述离子在物质中的射程,还可以详细计算注入离子在慢化过程中对靶造成的损伤等其他信息。它可以使用动画让你看到离子注入到靶中的全过程,并给你展示级联反冲粒子和靶原子混合在一起的情形。为了精确估计每个离子和靶原子间相遇时的物理情形,程序只能一次对一个粒子进行计算。这样的话,计算可能消耗可观的时间计算每个离子花费的时间从一秒到几分钟不等。而精确度由模拟采用的离子数来决定。典型
7、的情况是,应用 1000个离子进行计算将得到高于 10%的精确度。点击主菜单上的按钮。下一个窗口是 TRIM 计算的设置。由于我们需要输入许多靶结构的细节信息,因而相比简洁的 Table of Ranges 设置表格,它包含了更多的选项。?PT?Trim Calculation 在 ION DATA(离子数据)中点击按钮。选择磷磷元素。注意离子的其他参数会被自动填入。在这个相同的 ION DATA(离子数据)输入窗口“Energy(keV)”下的选项框中填入190。这是我们刚刚从 SR 结果表格中得到的可以将磷在硅靶中射程深度峰值控制在250nm 的能量值。继续设定 TARGET DATA(靶
8、数据)。由于可以设定层数非常多(最多为 20)由复杂混合物构成的靶,这个窗口可以变得非常复杂。我们将在下一个教程中学习这些复杂模型的设定,但是在这个练习中我们将只使用一个简单的硅基体。找到靶的按钮。打开元素周期表窗口并选择 Si(硅)。在这一栏输入窗口的左边的“Width”(深度)*处键入 3500 埃埃(Ang),这是靶的厚度。由于我们不关心比 250nm 更深的地方会发生什么,因而这样的靶厚度足够了。在 TARGET DATA(靶数据)输入的左边“Layer Name”(层名)处键入“Silicon”(硅)(以代替默认的 Layer 1)。接下来我们将考虑需要进行计算的类型。TRIM 既可
9、以进行一些概略计算,如阻止本领和射程(SR)的计算,其执行时间通常不超过一秒,也可以进行一些复杂计算,如离子和靶之间每次相互作用的详细计算,在这种计算中,模拟每 100 个离子可能需要花费几个小时。计算类型可使用“Type of TRIM Calculation”(TRIM 计算类型)下面的两个下拉菜单来设置。注意右上角的选项框“DAMAGE”。在它右边是帮助选项框。点击它来阅读关于可以进行的损伤计算的类型。尽管看起来非常复杂,但是在下面的课程中你将学会使用它们进行各种特殊情形的计算。下拉 DAMAGE 菜单选择“Detailed Calculation with Full Damage Ca
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