на тему “программное обеспечение для моделирования элионных технологий” 5 (стр. 4 из 5)

Аналогичным образом устроено большинство программ TRIM. Некоторые специфические отличия имеют специализированные программы: TRIM. LE (моделирование низкоэнергетической имплантации), TRIM. SP(моделирование физического распыления) и некоторые другие. Так, в программе TRIM.SP, TRSP2C(преимущественное распыление в 2-хкомпонентных системах) для повышения быстродействия алгоритма, вставлен простой тест, проверяющий наличие составляющей импульса в направлении поверхности у атомов отдачи (АО). Если, начиная с некоторой заданной глубины X_MAX , АО двигается вглубь мишени, то его движение далее не отслеживается. Этот подход имеет под собой физическое обоснование: экспериментально определенная глубина выхода распыленных атомов не превышает, за небольшим исключением, нескольких десятков ангстрем. Такой простой прием позволяет существенно снизить затраты машинного времени.

Особенностью перечисленных программ реализации численной процедуры метода МК является перерасчет всех результатов на одну частицу. Так, размерность распределения атомов по глубине − [ат./

]. Умножая данную величину на дозу облучения, мы получаем распределение концентрации внедренных частиц. При высоких дозах ионной бомбардировки изменяется состав мишени, а значит и ее плотность. То есть, в рассмотренных алгоритмах дозовые эффекты не учитываются, что существенно снижает их ценность. Авторы [6-7] предприняли попытку учета динамики изменения состава мишени при ионной имплантации, создав программу TRIDYN (векторизованная версия). Программа написана на языке Fortran 77, имеет неадекватную модель неупругих потерь энергии и применима только для задач моделирования низкоэнергетичного распыления твердых тел. Энергия движущегося иона после столкновения представляется в виде:

E^*=E₀-T-ΔE₁-ΔE_nl ,

(12)

, .

Здесь E₀- энергия иона перед столкновением, T- энергия, переданная в упругом столкновении, ΔE₁ -неупругие локальные потери энергии и ΔE_nl-неупругие нелокальные потери энергии. Величина t, вычитаемая из длины свободного пробега, вычислялась по формуле: t=R_Csin(θ/2), где R_C – расстояние наибольшего сближения. Следует отметить, что в качестве потенциала ион-атомного взаимодействия авторы использовали “Kr-C” потенциал, а не разработанный ими универсальный. Дозовый эффект вводится посредством введения дозовой нагрузки на каждую псевдочастицу: ΔФ =Ф_tot /N_H. Здесь Ф_tot –общая доза облучения, N_H –общее число псевдоисторий. Разработана процедура пересчета атомной плотности и толщины мишени в результате процессов каскадного перемешивания и распыления. Отметим, что устарелая архитектура программы не позволяет ее существенно усовершенствовать.

Таким образом, программы типа TRIM (SRIM) имеют ряд несомненных преимуществ перед имеющимися аналогами, но нуждаются в серьезном совершенстве. Одно из ограничений связано с применением “магической формулы” для расчета угла рассеяния, что ограничивает выбор потенциала ион-атомного взаимодействия. Далее, пользователь должен иметь возможность сам выбирать необходимое соотношение локальных и нелокальных неупругих потерь энергии. Так, априорно, TRIM-алгоритм не годится для моделирования имплантации диэлектриков из-за заложенной схемы расчета неупругих потерь энергии. Вообще, исходя из современных тенденций в численном моделировании, сама программа должна быть открыта для пользователя, что во-первых, даст возможность ее тщательно отладить, найти ошибки, которых, как известно, в программах TRIM было достаточно. Во-вторых, выбор языка программирования, операционной системы, построение современной базы данных материалов электронной техники с возможностью ее самостоятельного расширения, возможности распараллеливания вычислений − все эти факторы весьма важны для пользователя и не нашли своего отражения в новых версиях SRIM. Программы с открытым доступам к исходным кодом, безусловно более перспективны, чем черные ящики типа SRIM, так как могут быть доработаны другими коллективами авторов, имеющих определенные наработки по каким-то может быть и достаточно узким направления. Таким примером может быть численное моделирование имплантации молекулярных ионов, облучение которыми напрямую в SRIM-схеме не предусмотрен.

Основным конкурентом программ SRIM(TRIM) является в настоящее время программный комплекс Geant4 доступ к которому свободен: http://geant4.web.cern.ch/geant4/. Открытость программного кода Geant4 позволяет легко проводить его модернизацию. Так в [3] приведены расчеты по программе Geant4 с интегрированным в нее расчетом угла рассеяния в СЦМ по методу Менденхолла и Веллера [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана базовая версия программы Trek 2D, позволяющая проводить расчеты параметров распределения ускоренных ионов в материалах электронной техники методом Монте-Карло. Данная версия не имеет ограничения ни на количество слоев, ни на количество элементов в слое. Кроме того, она позволяет менять шаг сетки моделирования.

2. Спроектирована и разработана расширяемая база данных материалов электронной техники, содержащая необходимые физические константы для моделирования ионной имплантации.

3. На основе анализа известных аналогов спроектирован и разработан графический интерфейс программы Trek 2D с помощью технологии Windows Forms.

4. Проведено тестирование разработанной программы с широко используемыми программными комплексами SRIM 2003 и SRIM 2006. Показано удовлетворительное согласие расчетных данных по основным траекторным параметрам и огромный выигрыш в производительности.

Результаты работы опубликованы в:

А.В.Леонтьев, Ю.А.Леонтьев/ Программный комплекс TREK-2D для моделирования ионного легирования материалов электронной техники// Труды ВГТУ, 2007, Витебск, c. 132

Ю.А.Леонтьев/ Разработка и реализация объектно-ориентированного алгоритма метода Монте-Карло для моделирования ионной имплантации// Труды ВГТУ, 2009, Витебск, c.124.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К РЕФЕРАТУ

1. J.P. Ziegler, J.P.Biersack, U.Littmark Stopping and ranges of ions in Solids. New York, 1985, 347 c.

2. www.srim.org

3. M.H.Mendenhall, R.A.Weller /An Algorithm for computing Screened Coulomb Scattering in Geant4//NIM, 2005,V.227, P.420-430.

4. M.H.Mendenhall, R.A.Weller /An algorithm for ab initio computation of the angle multiple scattering angular distribution//NIM, 1994,B93, P.5-10.

5. Дж.Форсайт, М.Малькольм, К.Моулер. Машинные методы математических вычислений. Из-во. “Мир”,1980. 276 С.

6. Moller W., Eckstein W, Biersack J.P.//Comput. Phys. Commun.1988. V.51.P.355.

7. Ziegler J.P., Manoyan J.M. // Nucl.Instr. and Meth. in Phys. Res. 1988. V.B35. P.215.

8. И.Труб. Объектно-ориентированное моделирование на С. Из-во: Питер, 2005 г., 416 с.

9. Ю.Колесов, Ю.Синеченков. Моделирование систем. Объектно-ориентированный подход. Из-во: ВНV, 2006 г., 192 с.

10. Э.Гамма, Р.Хелм. Приемы объектно-ориентированного программирования. Паттерны проектирования. Из-во: Питер, 2009, 368с.

ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ К РЕФЕРАТУ

Метода Монте-Карло……………………………………………	4, 6, 8, 9
Geant………………………………………………………………	18
TRIM………………………………………………………………	12, 13
“Магическая формула”………………………………………….	14

ИНТЕРНЕТ РЕСУРСЫ В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ

· http://geant4.web.cern.ch/geant4/ - сайт програмного комплекса Geant

· http://srim.org/ - сайт програмного комплекса SRIM/TRIM

· http://ru.wikipedia.org/wiki/Метод_Монте-Карло - информация о методе Монте-Карло

ДЕЙСТВУЮЩИЙ ЛИЧНЫЙ САЙТ В WWW (ГИПЕРССЫЛКА)

Ссылка на личный сайт http://y-leontyev.narod2.ru/.