(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 202210769647.5 (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 徐晓东　李兴冀　杨剑群　吕钢　 魏亚东　 (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) G06N 10/20(2022.01) (54)发明名称 一种半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方 法 (57)摘要 本发明提供了一种半导体缺陷深能级瞬态 谱精确模拟方法， 涉及模拟技术领域， 本发明通 过结合精确缺陷结构设计和模拟手段， 精确定义 深能级瞬态谱探测实验中观测缺陷的种类及结 构， 且模拟方法完全基于精确第一性原理杂化泛 函获得各物理参数， 并在量子力学密度泛函理论 框架下构建， 可准确预测DLTS缺陷表征实验结 果， 相比实验手段， 本发明能够准确获得缺陷结 构的详细信息， 且成本低、 效率高。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115169105 A 2022.10.11 CN 115169105 A 1.一种半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特 征在于， 包括： 在半导体超胞中构建缺陷原子结构， 并采用杂化泛函方法对所述缺陷原子结构进行结 构优化， 获得缺陷体系； 基于第一性原理杂化泛函方法， 获得所述缺陷体系的物理参数， 所述物理参数包括总 能、 主体材料超胞总能、 原子化学势、 费米能级、 能带结构价带顶位置处的能量以及电势修 正项， 并根据所述物理参数计算所述 缺陷体系的形成能； 根据所述 缺陷体系的形成能， 计算两种不同带电量的缺陷体系之间的电荷转移能级； 根据半导体能带结构中价带顶和导带底 处的能量与波矢之间的关系， 获得载流子有效 质量； 构建载流子非辐射跃迁模型， 计算载流子非辐射俘获截面； 根据所述载流子有 效质量、 所述电荷转移能级以及所述载流子非辐射俘获截面计算载 流子俘获率； 基于所述载流子俘获率， 计算归一 化缺陷深能级瞬态谱。 2.根据权利要求1所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公 式一计算所述 缺陷体系的形成能， 所述公式一 为： 其中， Ef为形成能， X为所述缺陷体系， q为所述缺陷体系的带电量， Etot为总能， Ef[Xq]为 带电量为q的所述缺陷体系的形成能， Etot[Xq]为带电量为q的所述缺陷体系的总能， Etot [bulk]为所述主体材料超胞总能， μi为所述原子化学势， EF为所述费米能级、 Ev为所述能带 结构价带顶位置处的能量、 ΔV为所述电势修 正项。 3.根据权利要求2所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公 式二计算两种不同带电量的缺陷体系之间的电荷转移能级， 所述公式二 为： 其中， ΔE为所述电荷转移能级， ΔE(q1/q2)为带电量为q1和q2的两种缺陷体系之间的电 荷转移能级， 为带电量为q1的缺陷体系在费米能级为0时的形成能， 为带电量 为q2的缺陷体系在费米能级为0时的形成能。 4.根据权利要求3所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公 式三计算所述载流子有效质量， 所述公式三 为： 其中， 为所述载流子有效质量， e为电子， h为空穴， 为约化布朗克常量， E(k)为所 述半导体能带 结构中价带顶和导带底处的能量， k 为波矢。 5.根据权利要求4所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 所述构 建载流子非辐射跃迁模型包括在电子与声子耦合的前提下， 基于多声子发射方法构建所述 载流子非辐射跃迁模型。 6.根据权利要求5所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169105 A 2式四计算所述载流子非辐射俘获截面， 所述公式四为： 其中， σ 为所述载流子非辐射俘获截面， f为尺度函数， <υ>为载流子费米速率， g为简并 因子， V为超胞体积， Wi,f为电声耦合矩阵元， ωm基态玻色 ‑爱因斯坦分布占据因子， χim,fn为 初态或末态声子波函数， 为梯度算符， 用于计算声子波函数重叠矩阵元， Q0为结构微扰展 开初始点， Ωi,f为初态和末态简谐声子频率。 7.根据权利要求6所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公 式五计算所述载流子俘获率， 所述公式五为： 其中， ep(T)为在温度T时的载流子俘获率， σp为所述载流子非辐射俘获截面， <υp>为载 流子平均热速率， Nv为价带态密度， gv为能谷简并度， kB为玻尔兹曼常数。 8.根据权利要求7所述的半导体缺陷深能级瞬态谱精确模拟方法， 其特征在于， 按照公 式六计算所述归一 化缺陷深能级瞬态谱， 所述公式六为： S(T)＝exp( ‑e(T)t2)‑exp(‑e(T)t1)； 其中， S(T)为所述归一化缺陷深能级瞬态谱， e(T)为在温度 T时的载流子俘获率， t1和t2 为率窗。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169105 A 3