5.2 Superpositionsmethode



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5.2 Superpositionsmethode

 

Die hier verwendete Superpositionsmethode besteht aus folgenden drei Schritten:

  
Abbildung 5.1: Simulation der Modelltrajektorie: Ein Ion wird in einen unendlich ausgedehnten Halbraum implantiert, der mit einem homogenen Material ausgefüllt ist. Die Kollisionsdaten - Kollisionsort und Energie nach der Kollision - werden abgespeichert.

Bei der Simulation der Ionen-Implantation wird angenommen, daß in einem bestimmten Bereich Ionen implantiert werden, das heißt, auf die Oberfläche des Simulationsgebietes treffen. Dieser Bereich wird als Implantationsfenster bezeichnet. Für die hier beschriebene Superpositionsmethode wird zuerst das Implantationsfenster in einzelne Teilfenster zerteilt. Die Größe dieser Teilfenster wird durch die erwartete laterale Standardabweichung bestimmt. Danach wird einmal eine Modelltrajektorie berechnet (Abb. 5.1). Es wird dabei angenommen, daß das Ion in einen unendlichen, homogen mit einem Material ausgefüllten Raum implantiert wird. Dadurch entfallen alle Geometrieabfragen bei der Berechnung der Trajektorie. Alle relevanten Daten - also die Koordinaten der Punkte von Zusammenstößen des Ions mit Targetatomen und genauso die Energie nach dem Kollisionsvorgang - werden für diese Modelltrajektorie abgespeichert. Jeweils eine Kopie dieser physikalisch berechneten Trajektorie wird in ein Teilfenster gelegt (Abb. 5.2), wodurch aus einer Modelltrajektorie einige hundert effektive Trajektorien gewonnen werden können.

  
Abbildung 5.2: Kopie der Modelltrajektorie: Die Modelltrajektorie wird in jedes Teilfenster kopiert. Dabei muß die geometrische Struktur des Simulationsgebietes beachtet werden.

Sind im Simulationsgebiet mehrere Materialien vorhanden, so können zwei verschiedene Strategien angewandt werden: Eine Möglichkeit ist es, nur eine Trajektorie zu berechnen - nur für das erste angetroffene Material. Kommt das Ion dann in ein Gebiet, das mit einem anderen Material ausgefüllt ist, so muß dort die Trajektorie konventionell weiter berechnet werden. Die andere Möglichkeit ist die Berechnung einer Modelltrajektorie für jedes Material. Überschreitet nun ein Teilchen die Grenze zwischen zwei Regionen unterschiedlichen Materials, so muß natürlich auch auf die entsprechende Modelltrajektorie umgeschaltet werden. Dies ist insbesondere dadurch möglich, weil die Energie durch die in Kapitel 2 besprochenen beiden Effekte monoton abnimmt. Wie bereits vorhin angeführt, werden bei der Berechnung einer Trajektorie für eine bestimmte Anfangsenergie auch Trajektorien für Ionen mit einer geringeren Anfangsenergie sozusagen automatisch mitgerechnet. Man darf im Falle einer geringeren Anfangsenergie allerdings nur den Teil der Trajektorie verwenden, wo die Energie unter der vorgegebenen Anfangsenergie liegt.

Wenn ein Ion das Simulationsgebiet verläßt, dann muß noch überprüft werden, ob es wieder in das Target eintritt. Daher wird die Richtung, die das Ion zu diesem Zeitpunkt innehat, weiterverfolgt und auf einen Wiedereintritt überprüft. Bei einem Wiedereintritt muß noch das Material, auf das das Ion nun trifft, untersucht werden. Tritt das Ion in eine Region ein, die das gleiche Material enthält wie die Region vor dem Austritt, so kann ganz einfach die gleich Modelltrajektorie - nur verschoben um den Weg, den das Ion im Vakuum zurückgelegt hat - weiterverwendet werden. Trifft das Teilchen ein neues Material an, so muß derselbe Algorithmus wie bei einem normalen Gebietsübertritt angewendet werden.

Beim Umschalten auf eine neue Modelltrajektorie muß noch beachtet werden, ob die Energiedifferenz zwischen der derzeitigen Energie des Ions und der für die neue Modelltrajektorie gespeicherten Energie nicht zu groß ist. Sollte dieser Fall eintreten (zu große Differenz), so müssen einige Kollisionen konventionell ausgewertet werden. Dabei wird aber nach jedem dieser konventionell berechneten Streuvorgänge geprüft, ob eine entsprechende Energie abgespeichert ist. Dann kann nämlich die neue Modelltrajektorie verwendet werden. Außerdem muß die verwendete Modelltrajektorie meistens auch noch gedreht werden, weil die aktuelle Richtung des Ions nicht mit der aktuellen Richtung in der Modelltrajektorie (für eine bestimmte Energie) übereinstimmt, und weil das Ion in das neue Gebiet normalerweise nicht normal zur Grenzfläche eintritt. Tritt einer dieser Fälle auf oder eine Kombination beider, so wird die neue Modelltrajektorie entsprechend gedreht.



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Martin Stiftinger
Sat Oct 15 14:00:19 MET 1994