本发明属于离子注入的应用领域，具体为一种基于蒙特卡洛模拟辅助控制离子注入时间的方法。
背景技术：
蒙特卡洛(montecarlo)方法，又称为随机抽样或统计实验方法。它的基本思想就是通过试验的方法得到某件事情出现的频率或者这个随机变量的平均值，从而来求得这个问题的解。由于传统的经验方法无法逼近真实的物理过程，很难从中获取满意的结果。而蒙特卡洛方法能够真实地模拟实际物理过程，所以其得到的结果与实际非常符合。常用的蒙特卡洛程序有morse、egs、srim等。srim作为一套开源的离子注入模拟软件，是目前模拟离子注入运用最广泛的。srim(thestoppingandrangeofionsinmatter)是一组计算离子在物质中停止和范围的程序，是一个跟随离子进入目标，详细计算每一次碰撞转移到目标原子的能量的蒙特卡洛计算。
在实际的研究中，我们通常会通过离子注入的方式对某种物质进行改性，如通过掺杂某些离子可以使氧化物表面产生氧空位从而获得导电层。而在实验过程中，往往我们需要通过调节离子注入的剂量来调控所需要的氧空位浓度、非晶层厚度等。比如，钛酸锶是典型的钙钛矿晶体，由于其原子致密度低、易相变等特点使其具有更加丰富的物理性质。运用掺杂、薄膜化等方法，可以实现改变其化学组分从而调控其物理性能。通过氩离子轰击处理钛酸锶，由于氧的扩散速度比锶、钛快很多，因此在轰击过程中有更多的氧原子被刻蚀掉，在钛酸锶表面形成氧空位，从而使钛酸锶表面具有高迁移率、高电导的导电层。在氩离子轰击过程中，我们就需要通过调节氩离子的注入剂量来调控氧空位浓度。然而，在实验过程中，都是依靠实验经验来确定氩离子的注入剂量，虽然实验上的氧空位浓度和注入剂量是成比例关系的，但考虑到实验过程中的溅射效应，最终样品的氧空位浓度是无法精确控制的，所以仅仅依靠实验经验无法准确获取准确所需要氧空位浓度和非晶层厚度。
众所周知，srim可以模拟离子注入过程并能得到氧空位浓度，但是srim的模拟参数是无法设置时间和剂量的，也就是说，srim的模拟仅仅是某一个时间点，不能真实描述离子注入过程中的刻蚀效果。所以，如果只是依靠srim对晶体初始状态的模拟，只能得到各原子大致分布趋势，不能逼近实际的实验过程。
技术实现要素：
针对上述存在问题或不足，为了解决实验中通过离子注入获取氧空位的控制性不高以及srim模拟不能得到时间与浓度的关系的技术问题，本发明提供了一种基于蒙特卡洛模拟辅助控制离子注入时间的方法。
本发明采用的技术方案为：
步骤1、利用srim模拟氩离子注入钛酸锶晶体中，计算出氧空位浓度v1和非晶化层厚度d1。同时根据溅射比例计算出刻蚀的密度ρ1、厚度d1。此时为第一个单位时间的等效注入量。
步骤2、根据步骤1所模拟的结果，设置两层靶材料，第一层为密度ρ1、厚度d1的被刻蚀之后的钛酸锶层，第二层为钛酸锶晶体，然后利用srim模拟氩离子注入双层靶材料中，计算出氧空位浓度v2和非晶化层厚度d2。同时根据溅射比例计算出刻蚀的密度ρ2、厚度d2。此时为第二个单位时间的等效注入量。
步骤3、按照步骤1、步骤2的方法，不断累加计算出氧空位浓度v3、v4、…、vn和非晶化层厚度d3、d4、…、dn。
步骤4、判断计算出的dn是否满足实验要求所需要的值。若不满足，则返回步骤2继续计算。直到dn满足实验所需数值，则停止计算，即可得出时间与非晶化层厚度的关系以及总的各原子分布情况。
本发明以srim为基础，模拟氩离子注入钛酸锶晶体，将每个单位时间作为一个分段，结合反复迭代计算来控制离子注入的时间或剂量等因素精确控制氧空位浓度，得出具有实验意义的控制时间。
与现有技术相比，本发明的益处是：
1、该发明解决了srim模拟不能设置时间参数的问题，巧妙地运用了将时间切分为每一个单位时间，以单位时间连续推进求解，最终得到了一条时间与非晶化层厚度的关系。
2、该方法求得了时间与非晶化层厚度的关系，能辅助实际实验过程中对离子注入剂量的控制。
附图说明
图1、氧空位浓度分布图(空心曲线为第一个单位时间，实心曲线为第二个单位时间)；
图2、总体流程图；
图3、时间与非晶化层厚度的关系曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。设定实验条件：氩离子的注入能量为300ev，每秒的注入剂量为1015ion/cm2，以1秒为一个单位时间，氧空位浓度达到初始钛酸锶原子浓度的10％时视为该晶体被非晶化。
首先，利用srim模拟氩离子注入钛酸锶，得到各原子空位数，然后计算出第一个单位时间的氧空位浓度v1和非晶化层厚度d1＝12.266埃。氧空位分布如图1空心曲线所示。
根据上一步模拟结果的溅射比例，计算出刻蚀之后的钛酸锶的密度ρ1＝4.886g/cm3以及厚度d1＝14.696埃，然后再用srim模拟氩离子注入钛酸锶(在钛酸锶晶体之前设置一层密度为ρ1、厚度为d1的被刻蚀层)，同样计算出第二个单位时间的氧空位浓度v2和非晶化层厚度d2＝14.625埃。氧空位分布如图1实心曲线所示。
按照同样的方法重复以上步骤，总的流程图如图2所示。直到算出非晶化层厚度dn满足实验上所需要的厚度则停止计算。得到时间与非晶化层厚度的关系如图3所示。
本发明以srim为基础，通过模拟氩离子注入钛酸锶(密度5.113g/cm3、能量阈值氧50ev、锶70ev、钛140ev)获得氧空位浓度(此时的浓度是不包含刻蚀效应的)，然后，假定我们需要氧空位占钛酸锶初始原子浓度的某一个值时视为该晶体被非晶化，计算出非晶层厚度，通过此算法得到时间与非晶层厚度的关系，直到非晶层厚度达到所需的值，最终得出实际操作中需要注入的剂量。
综上所述，可见本发明可以通过模拟的方法掌控实验中所需要注入离子的时间和剂量，这样能避免实验中仅仅依靠实验者的经验而决定注入的时间，是一套具有实际实验意义的模拟计算方法。