JPH06302665A - Defective position analysis method - Google Patents

Defective position analysis method

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JPH06302665A
JPH06302665A JP8710793A JP8710793A JPH06302665A JP H06302665 A JPH06302665 A JP H06302665A JP 8710793 A JP8710793 A JP 8710793A JP 8710793 A JP8710793 A JP 8710793A JP H06302665 A JPH06302665 A JP H06302665A
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JP
Japan
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atom
atoms
defect
cell
particles
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JP8710793A
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Satoshi Ito
智 伊藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To speedily judge the defective position inside million particles by performing calculation for the number of cells nearly corresponding to the number of particles so that the amount of calculation is approprimately directly proportional to the number of particle rather than its square. CONSTITUTION:The position of each kind of defect is automatically specified and displayed from the layout of a given atom. Namely, a processor is provided with the data of an input value 1, a program 2 for executing the processing details shown in figure, and a memory for storing the data of an output value 3 which is the result of processing. Then, the space where particles exist is divided into fine cells by a space division 103 rather than paying attention to the particles themselves, thus calculating how close each cell is located to a close particle. Then, the position of defect is judged from the density information of atoms in each space by such processing as the allocation of atoms and discrimination 104 of impurity atoms or a region of several hundreds of atoms where defects are assumed to exist is specified, only that region is displayed graphically, and then the position of defects is specified visually.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、物理現象を数値化して
粒子の挙動として模擬的に再現するシミュレーション方
法に係わり、特に、原子、分子、又はイオンなどを粒子
としてみなして材料内の欠陥の位置を解析する方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a simulation method for quantifying a physical phenomenon and reproducing it as a behavior of a particle by simulation, and in particular, regarding an atom, a molecule, or an ion as a particle, It relates to a method of analyzing a position.

【0002】[0002]

【従来の技術】物質の欠陥位置の解析方法は、LSI作
成のプロセス工程でみられる材料内での空孔欠陥、格子
間原子欠陥、あるいは不純物欠陥の発生や拡散を、計算
機を用いて原子レベルで解析する為に用いられる手法で
ある。
2. Description of the Related Art A method of analyzing the position of a defect in a material is to detect the occurrence and diffusion of vacancy defects, interstitial atomic defects, or impurity defects in the material, which are observed in the process steps of LSI fabrication, at the atomic level using a computer. This is the method used for analysis.

【0003】原子レベルでの欠陥拡散解析を動的に行う
場合、分子動力学のように粒子の挙動として物理現象を
扱うことが多い。原子、分子、又はイオンで構成される
物質を粒子の集合として扱う場合に物質中の欠陥の位置
を探る方法として、従来では、原子の配置および原子間
の結合情報を視覚化して解析者自らの目によって欠陥の
位置を判断していた。従来の計算機能力と計算アルゴリ
ズムでは、シミュレーションで取り扱える粒子数が数百
粒子から高々数千であった。そのため、原子の配置とボ
ンド結合情報をワ−クステ−ション(WS)等を用いて
グラフィクス表示し、三次元的に視点を変化させなが
ら、容易に欠陥の位置を特定することが可能であった。
When performing the defect diffusion analysis at the atomic level dynamically, a physical phenomenon is often treated as the behavior of particles like molecular dynamics. As a method for searching the position of defects in a substance when treating a substance composed of atoms, molecules, or ions as a set of particles, in the past, the information on the arrangement of atoms and the bond information between atoms was visualized and the analyst's own The position of the defect was judged by the eyes. In the conventional calculation function and calculation algorithm, the number of particles that can be handled in the simulation is from several hundred particles to several thousand at most. Therefore, it was possible to easily specify the position of the defect while changing the viewpoint three-dimensionally by displaying the atomic arrangement and the bond bond information in a graphic form using a workstation (WS) or the like. .

【0004】また、各粒子の周りの粒子の存在状況を調
べ、粒子密度の粗密状態から粒子が抜けていたり多かっ
たりしないかどうかが判定されていた。
Further, the existence state of particles around each particle has been examined to determine whether or not particles are missing or abundant from the dense and dense state of particle density.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】グラフィクス表示を用
いて目視により欠陥位置を特定する従来の方法では、今
後より広く行われるであろう数百万原子のシミュレーシ
ョンに対応することができない。実際、数百万の原子を
同時に典型的なグラフィックスディスプレイである19
から21インチの画面に表示しようとすると、各原子の
大きさは、2ミリメートル程度でとなってしまう。しか
も、奥行き方向にも百以上の原子が並び、互いに重なり
合ってしまうため、目視による欠陥位置の特定は極めて
困難である。数百万原子のうち、数百づつ取り出してデ
ィスプレイして目視で特定することも考えられるが、1
万通り近い画面を作ることとなり、極めて時間のかかる
作業となってしまう。そのような状況において、より短
い時間で粒子の欠陥位置を判定することが非常に重要に
なってきた。
The conventional method of visually identifying the defect position using the graphics display cannot cope with the simulation of millions of atoms which will be more widely performed in the future. In fact, it is a typical graphics display with millions of atoms at the same time 19
When it is displayed on a screen of 21 inches, the size of each atom is about 2 millimeters. Moreover, since 100 or more atoms are arranged in the depth direction and overlap each other, it is extremely difficult to visually identify the defect position. It is conceivable to take out hundreds of millions of atoms and display them for visual identification.
It would be a very time consuming task, as it would create a screen close to a million different types. In such a situation, it has become very important to determine the defect position of particles in a shorter time.

【0006】本発明の目的は、物理現象を粒子の挙動と
して模擬的に再現するシミュレーション方法で得られた
多量の欠陥の位置を、計算機を用いて速やかに検出する
方法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a method for promptly using a computer to detect the positions of a large number of defects obtained by a simulation method in which a physical phenomenon is simulated as the behavior of particles.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ためには、与えられた原子の配置から各種欠陥の位置を
自動的に特定表示すればよい。その手段として、粒子自
身に着目するのではなく、粒子が存在する空間を微小セ
ルに分割し、それぞれのセルが近くの粒子からどれだけ
近くにあるかを計算し、各空間の原子の粗密情報から欠
陥の位置を判定する。または、欠陥が存在すると思われ
る数百原子の領域を特定した後、その領域のみをグラフ
ィクス表示し、目視による欠陥位置の特定を行う。その
際、予め欠陥が存在している領域の候補を自動的に検索
しておくことにより、数百万原子の系であっても表示す
べき画面数は百程度に抑えられる。
In order to achieve the object of the present invention, the positions of various defects may be automatically specified and displayed from a given arrangement of atoms. As a means to do this, instead of focusing on the particles themselves, the space in which the particles exist is divided into minute cells, and how close each cell is to the nearby particles is calculated. The position of the defect is determined from. Alternatively, after specifying a region of hundreds of atoms which is considered to have a defect, only that region is graphically displayed and the defect position is visually specified. At that time, the number of screens to be displayed can be suppressed to about 100 even in a system of several million atoms by automatically searching for a candidate for a region where a defect exists.

【0008】さらに、欠陥の自動的検索処理を数百万原
子に対して行う場合、粒子数の二乗に比例する計算を必
要とする欠陥解析に多大の時間を費やすことになるた
め、その計算時間を粒子数に比例するように抑える必要
がある。従って、粒子に着目するのではなく、粒子が存
在する空間を微小セルに分割し、それぞれのセルが近く
の粒子からどれだけ近くにあるかを計算して欠陥の位置
を判定することにより、計算時間を低減できる。
Further, when the defect automatic retrieval processing is performed on millions of atoms, a large amount of time is spent on the defect analysis which requires a calculation proportional to the square of the number of particles. Should be controlled so as to be proportional to the number of particles. Therefore, instead of focusing on the particles, the space in which the particles exist is divided into minute cells, and by calculating how close each cell is to nearby particles, and determining the position of the defect, The time can be reduced.

【0009】[0009]

【作用】本発明の欠陥位置解析方法では、粒子数にほぼ
対応する数のセルについて計算を行なって、その計算量
が粒子数の二乗ではなく約一乗に比例するようにしたこ
とにより、百万粒子内の欠陥位置を高速に判定すること
が可能になる。
In the defect position analyzing method of the present invention, the calculation is performed for the number of cells substantially corresponding to the number of particles, and the calculation amount is made to be proportional to about the square of the number of particles, not to the square. It becomes possible to determine the defect position in the particle at high speed.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明の一実施例を説明する。入力さ
れる値は、原子数、各原子の名称(種類)と座標、及び
原子が存在する空間の境界条件である。これらの情報か
ら、不純物欠陥の数と不純物原子の名称とそれらの座
標、格子間原子の数と座標、および空孔欠陥の数と座標
が出力される。
EXAMPLE An example of the present invention will be described below. The input values are the number of atoms, the name (type) and coordinates of each atom, and the boundary condition of the space in which the atom exists. From this information, the number of impurity defects, the names of impurity atoms and their coordinates, the number and coordinates of interstitial atoms, and the number and coordinates of vacancy defects are output.

【0011】図1は本発明による欠陥解析方法の処理手
順である。図26は、図1に示す本発明を実施するため
の計算機システムの構成である。処理装置260は、入
力値1のデ−タ、図1に示す処理内容を実行するプログ
ラム2、及び処理結果である出力値3のデ−タを格納す
るメモリ261を有し、マウスなどの指示装置やキ−ボ
−ドを有する入力装置262、及び処理結果をグラフ表
示する出力装置263が接続されている。図1に示す処
理手順では、まず、不純物欠陥、空孔欠陥および格子間
原子欠陥の数と位置を解析すべき系に含まれる原子数、
原子の種類、各原子の座標、及び原子の存在する空間の
サイズと境界条件を指定した入力値1が入力装置262
から入力される。この入力値1は、解析対象となる空間
のサイズと境界条件を含んだ空間の情報101と、その
空間に存在する原子の数、原子の種類、及び各原子の座
標を指定する原子の情報102からなる。これら入力値
1として、物理現象を数値化して粒子の挙動として模擬
的に再現するシミュレーションの結果を用いることもで
きる。これらの情報を基にして、処理2によって欠陥位
置が解析される。空間分割処理103では解析空間がセ
ルに分割され、処理104では分割されたセルに原子を
割り付けると同時に不純物原子が判別される。その後、
処理105では分割されたセルと各原子との関係からそ
の分割セルの粗密状態を解析して空孔位置や格子間原子
位置を見いだす等の方法により、分割セルが次の三つに
分類される。1)通常の空間密度の領域、2)空間密度
の低い空孔の存在する領域、3)空間密度の高い格子間
原子の存在する領域の三つである。処理105の分類結
果に基づいて、処理106では空孔位置、及び格子間原
子位置が特定される。上記の処理2が実施された後、不
純物欠陥の数と座標107、空孔欠陥の数と座標10
8、及び格子間原子の数と座標109が出力値3として
出力装置263に出力される。
FIG. 1 shows a processing procedure of the defect analysis method according to the present invention. FIG. 26 shows the configuration of a computer system for carrying out the present invention shown in FIG. The processing device 260 has data of an input value of 1, a program 2 for executing the processing content shown in FIG. 1, and a memory 261 for storing the data of an output value of 3 which is a processing result. An input device 262 having a device and a keyboard and an output device 263 for displaying a processing result in a graph are connected. In the processing procedure shown in FIG. 1, first, the number and positions of impurity defects, vacancy defects, and interstitial atomic defects are analyzed.
The input value 1 specifying the type of atom, the coordinates of each atom, the size of the space in which the atom exists, and the boundary conditions is the input device 262.
Input from. This input value 1 is the information 101 of the space including the size of the space to be analyzed and the boundary conditions, and the information 102 of the atom that specifies the number of atoms in the space, the type of atoms, and the coordinates of each atom. Consists of. As these input values 1, it is also possible to use the result of a simulation in which a physical phenomenon is digitized and simulated as the behavior of particles. The defect position is analyzed by the process 2 based on these pieces of information. In the space division processing 103, the analysis space is divided into cells, and in the processing 104, atoms are assigned to the divided cells and at the same time impurity atoms are discriminated. afterwards,
In the process 105, the divided cells are classified into the following three by a method of analyzing the density state of the divided cells from the relationship between the divided cells and each atom to find the vacancy position and interstitial atom position. . There are three areas: 1) the area of normal spatial density, 2) the area of vacancy with low spatial density, and 3) the area of interstitial atoms with high spatial density. In process 106, the vacancy position and interstitial atom position are specified based on the classification result of process 105. After the above processing 2 is performed, the number of impurity defects and coordinates 107, the number of vacancy defects and coordinates 10
8 and the number of interstitial atoms and the coordinate 109 are output to the output device 263 as the output value 3.

【0012】まず、本システムの入力となる情報につい
て詳述する。本システムの入力値1は、解析対象となる
空間の情報101と、その空間内に存在する原子の情報
102の二つに大別される。通常解析対象となる空間は
三次元であるが、本手法は任意の次元にも適用できる。
空間の情報101には、次元数、及び空間範囲情報が含
まれる。原子の情報102には、原子数、原子の種類、
及び各原子の座標が含まれる。
First, the information that is input to this system will be described in detail. The input value 1 of the present system is roughly classified into information 101 of the space to be analyzed and information 102 of atoms existing in the space. Usually, the space to be analyzed is three-dimensional, but this method can be applied to any dimension.
The space information 101 includes the number of dimensions and space range information. The atom information 102 includes the number of atoms, types of atoms,
And the coordinates of each atom are included.

【0013】入力値1の一つの具体例を図2に示す。空
間の情報101は、空間の次元数201、各次元の区間
域202、及び各次元方向に周期的境界条件を適用する
かどうかを示すフラグ203からなる。この具体例で
は、直方体の形状を持つ空間のみ指定可能である。原子
の情報102は、原子数204、各原子の種類名20
5、及び各原子の座標206からなっている。
FIG. 2 shows one specific example of the input value 1. The space information 101 includes a space dimension number 201, each dimension interval region 202, and a flag 203 indicating whether or not a periodic boundary condition is applied in each dimension direction. In this specific example, only a space having a rectangular parallelepiped shape can be designated. The atom information 102 is the number of atoms 204, the type name of each atom 20
5 and coordinates 206 of each atom.

【0014】図2で示される入力値の具体例が記述する
空間と原子の様子を図3に示す。この具体例では、原子
数は36個と少ないが、空孔欠陥301、格子間原子3
02、及び不純物欠陥303がそれぞれ一ケ所づつ存在
する。それ以外の原子は通常の周期的な結晶配置を示し
ている。ただし、空孔と格子間原子の周囲の原子は、欠
陥に伴う歪みを緩和するため、周期的な結晶配置から僅
かにずれた位置に存在している。
FIG. 3 shows the state of the space and the atom described by the specific example of the input value shown in FIG. In this specific example, the number of atoms is as small as 36, but vacancy defects 301, interstitial atoms 3
02 and impurity defect 303 exist in one place each. The other atoms show a normal periodic crystal arrangement. However, the vacancies and the atoms around the interstitial atoms are present at positions slightly deviated from the periodic crystal arrangement in order to alleviate the strain associated with defects.

【0015】次に、本システムの中心となる解析処理2
の内容について詳述する。解析処理2では、解析対象と
なる空間を複数のセルに分割し、分割セルと各原子との
相対位置関係から、分割セルを1)通常の空間密度の領
域、2)空間密度の低い空孔の存在する領域、3)空間
密度の高い格子間原子の存在する領域の三つに分類す
る。空孔の存在する領域の連結状況から空孔位置が抽出
され、格子間原子の存在する領域の連結状況から格子間
原子位置が抽出される。
Next, the analysis processing 2 which is the center of this system
The contents of will be described in detail. In analysis process 2, the space to be analyzed is divided into a plurality of cells, and the divided cells are divided into 1) regions of normal spatial density and 2) holes with low spatial density based on the relative positional relationship between the divided cells and each atom. Is classified into three regions, that is, the region where 3) exists and 3) the region where interstitial atoms with high spatial density exist. The vacancy position is extracted from the connection state of the region where the vacancy exists, and the interstitial atom position is extracted from the connection state of the region where the interstitial atom exists.

【0016】図1で示した様に、処理2は四つのサブ処
理に分割される。各処理について詳述する。図4に空間
分割処理103の処理フローを示す。まず、処理401
では、空間の情報101から読み取った解析空間領域の
情報から解析空間の体積が計算される。処理402で
は、すでに得られている原子の情報102の原子数を用
いて、原子数密度が計算される。この原子数密度から一
つの原子が占有している平均体積が分かるので、処理4
03では、平均原子間距離が評価される。本実施例で
は、各セルに0又は1個の原子が含まれるように、この
平均原子間距離を6から10等分するサイズで空間をセ
ルに分割する。処理404では、平均原子間距離を等分
した値と空間のサイズに基づいて、各空間次元のセル分
割数が決定される。セルの数を各次元方向に整数個並べ
るため、一つのセルの大きさは、次元の方向によって僅
かに異なる。最後に、処理405では、分割したセルの
通し番号と空間座標との対応を付けるリストが作成され
て、空間分割処理103が終了する。図5に各分割セル
への原子の割付と不純物原子の判別処理104の処理フ
ローを示す。処理501では、原子の情報102から得
た原子の種類を基に、各原子種の出現頻度が計算され
る。この出現頻度の情報から、処理502では、原子の
総数に対して存在比率の少ない原子種が不純物原子によ
る欠陥として特定される。続いて、処理503では、各
原子が分割セルに割付けられる。この処理では、各原子
の座標から対応するセル番号が計算され、そのセルに対
応する原子の番号が記録される。この情報は、後の分割
セルの分類処理105で使用される。
As shown in FIG. 1, process 2 is divided into four sub-processes. Each process will be described in detail. FIG. 4 shows a processing flow of the space division processing 103. First, processing 401
Then, the volume of the analysis space is calculated from the information of the analysis space region read from the space information 101. In process 402, the number density of atoms is calculated using the number of atoms of the atom information 102 that has already been obtained. Since the average volume occupied by one atom can be known from this atomic number density, process 4
In 03, the average interatomic distance is evaluated. In this embodiment, the space is divided into cells with a size that divides this average interatomic distance by 6 to 10 so that each cell contains 0 or 1 atom. In process 404, the number of cell divisions in each space dimension is determined based on the value obtained by equally dividing the average interatomic distance and the size of the space. Since the number of cells is arranged in an integer number in each dimension, the size of one cell is slightly different depending on the dimension. Finally, in process 405, a list that associates the serial numbers of the divided cells with the spatial coordinates is created, and the space division process 103 ends. FIG. 5 shows a processing flow of allocation processing of atoms to each divided cell and discrimination processing 104 of impurity atoms. In process 501, the appearance frequency of each atomic species is calculated based on the atomic type obtained from the atomic information 102. From the information on the appearance frequency, in the process 502, atomic species having a low abundance ratio with respect to the total number of atoms are identified as defects due to impurity atoms. Subsequently, in process 503, each atom is assigned to a divided cell. In this process, the cell number corresponding to each atom is calculated, and the atom number corresponding to the cell is recorded. This information is used later in the divided cell classification process 105.

【0017】次に、分割セルの分類処理105について
詳述する。分割セルの分類処理には幾つかの方法が考え
られる。以下では、5つの方法を詳細に説明する。 (1)原子半径の拡張による密度分布の獲得方法 本方法では、各原子の対応するセルから出発して、各空
間次元の方向に原子存在の情報を伝播していき、各セル
に原子からの距離を記録していく。異なる原子同志の存
在情報の接触が十分行なわれたところで情報の伝播を終
了する。1つのセルに注目した場合、そのセルの近傍に
多くの原子が存在しているとその分だけ存在情報が多く
集まってくるので、そのセルにおける存在情報の値が大
きくなる。また、原子からの距離が近いセルほど存在情
報の値が大きいので、各セルの存在情報の値によって、
各セルの近傍における原子の密集の度合いが判る。その
結果、原子からの距離の近いセルが密集している領域に
は格子間原子欠陥が存在し、原子からの距離の遠いセル
が密集している領域には空孔欠陥が存在していることが
判る。
Next, the division cell classification processing 105 will be described in detail. There are several possible methods for classifying divided cells. Hereinafter, the five methods will be described in detail. (1) Method for obtaining density distribution by expanding atomic radius In this method, starting from the corresponding cell of each atom, the information of the existence of the atom is propagated in the direction of each spatial dimension, and the information from the atom is transmitted to each cell. Record the distance. When the existence information of different atomic comrades is sufficiently contacted, the information propagation is terminated. When attention is paid to one cell, if there are many atoms in the vicinity of that cell, the amount of the presence information will be correspondingly large, and the value of the presence information in that cell will be large. Also, since the value of existence information is larger for cells closer to the atom, depending on the value of existence information of each cell,
The degree of atom concentration near each cell can be known. As a result, interstitial atomic defects exist in areas where cells close to the atoms are dense, and vacancy defects exist in areas where cells far from the atoms are dense. I understand.

【0018】図6に上記方法の処理フローを示す。処理
601では、前準備として、各セルに隣接するセル番号
を参照するためのリストが作成される。初期値設定の処
理602では、原子の存在する各セルに値1が設定され
る。その後、原子の存在情報を周囲のセルに伝播させる
が、近傍の原子からの存在情報が互いに十分接触するま
で以下の作業が繰り返される(603)。繰り返し作業
は全てのセルに対して行なわれる(604)。処理60
5では、各セルに対して、当該セルの値をそれに隣接す
るセルに加算し、当該セルの値を2倍した後、隣接する
セルからの元の値が当該セルに加算される。この処理
は、以前の値を保持しておいて、新しい値を全ての該当
するセルに対して同時に設定する必要がある。この繰り
返し作業によって、セル内の値は次第に増大していく
が、(2+2d)^kの値で割ることにより、セルの値
の総和を原子数で規格化することができる。ここで、
(2+2d)^kは(2+2d)のk乗を表わし、dは
空間次元数、kは繰り返しの回数である。( )内の第
1項の2は自分の値を2倍することを意味し、第2項の
2dは2d個の方向にある最隣接のセルから加算される
ことを意味する。この様にして設定されたセルの値は、
原子が存在したセルが最も大きく、セルが原子から遠ざ
かるに従って小さい値を示す。各セルに設定された値か
ら、各空間領域での原子の存在密度を知ることができ
る。
FIG. 6 shows a processing flow of the above method. In process 601, a list for referring to cell numbers adjacent to each cell is created as a preliminary preparation. In the initial value setting process 602, the value 1 is set in each cell in which an atom exists. After that, the existence information of the atoms is propagated to the surrounding cells, and the following work is repeated until the existence information from the atoms in the vicinity are sufficiently in contact with each other (603). The repetitive work is performed on all cells (604). Processing 60
At 5, for each cell, the value of that cell is added to the cell adjacent to it, the value of that cell is doubled, and then the original value from the adjacent cell is added to that cell. This process requires retaining the previous value and setting the new value simultaneously for all applicable cells. By this repetitive work, the value in the cell gradually increases, but by dividing by the value of (2 + 2d) ^ k, the sum of the cell values can be normalized by the number of atoms. here,
(2 + 2d) ^ k represents the (2 + 2d) th power of k, d is the number of spatial dimensions, and k is the number of iterations. The 2 in the first term in () means to double its own value, and the 2d in the second term means to be added from the most adjacent cells in 2d directions. The cell value set in this way is
The cell in which the atom was present is the largest, and the value becomes smaller as the cell moves away from the atom. The abundance density of atoms in each spatial region can be known from the value set in each cell.

【0019】図7を用いて、原子存在情報の伝播の方法
を具体的に説明する。図7に示す存在情報701は、各
原子をセルに割付た直後におけるセルの値の分布の一部
を示し、中心のセルには原子が存在し、値1を持ち、そ
の他のセルの値は全て0である。各セルから隣接する四
つの方向705に対して、セルの値が伝播される。セル
値を1回伝播させた後の存在情報702では、原子の存
在していたセルの値は2に、隣接するセルの値は1にな
っている。その後、伝播を繰り返し、2回、3回後の各
セルの値は存在情報703、704のようになる。3回
後の状態704を見ると分かるように、同じ値を持つセ
ルは、原子の存在していた中心のセルからほぼ等距離に
存在している。k回目の伝搬後における存在情報の(i,
j)に位置するセルの値をa(k:i,j)とすると、k+1回目
の伝搬後のセルの値は、既に述べた値の設定方法によ
り、次の(数1)の漸化式で与えられる。 a(k+1:i,j)=2a(k:i,j)+[a(k:i+1,j)+a(k:i,j+1)+a(k:i-
1,j)+a(k:i,j-1)] (数1) 右辺第1項の因子2は、原子の存在の有無を強調するた
めの値であり、2以上の値でもよい。右辺第2項の
[ ]内の式は、注目するセル(i,j) に隣接するセルか
ら加算される値の総和であり、セルの分割方法によって
式が異なる。
A method of propagating the atomic existence information will be specifically described with reference to FIG. The existence information 701 shown in FIG. 7 shows a part of the distribution of the cell values immediately after assigning each atom to the cell, the atom exists in the center cell, has the value 1, and the values of other cells are All are 0. The cell value is propagated from each cell to four adjacent directions 705. In the existence information 702 after propagating the cell value once, the value of the cell in which the atom existed is 2 and the value of the adjacent cell is 1. After that, the propagation is repeated, and the values of the cells after the second and third times become the presence information 703 and 704. As can be seen from the state 704 after three times, the cells having the same value are present at approximately the same distance from the central cell where the atom was present. The presence information (i,
If the value of the cell located at j) is a (k: i, j), the value of the cell after the (k + 1) th propagation is the recurrence formula of the following (Equation 1) according to the value setting method already described. Given in. a (k + 1: i, j) = 2a (k: i, j) + [a (k: i + 1, j) + a (k: i, j + 1) + a (k: i-
1, j) + a (k: i, j-1)] (Equation 1) Factor 2 in the first term on the right-hand side is a value for emphasizing the presence or absence of atoms, and may be a value of 2 or more. The expression in [] of the second term on the right side is the sum of the values added from the cells adjacent to the cell (i, j) of interest, and the expression differs depending on the cell division method.

【0020】図3に示した具体例に対して、平均原子間
距離を8等分したものをセルの1辺として空間を分割
し、原子の存在情報の伝播を4回繰り返した後のセル値
の状態を図8、9、10に示す。全体を一枚の図に示す
とセル値が小さくなるので、部分を切り出して表示し
た。図8には、結晶配置、すなわち規則的配列に近い状
態の原子の周囲の様子を切り出したものであり、図3の
中央にある4つの原子の近傍を示す。伝播が4回繰り返
されたので、原子が存在していたセル802の値は最も
大きい148になっている。原子の存在していたセルか
ら遠ざかるに従って、セルの値が小さくなり、原子と原
子の中間領域801では最も小さい4を示している。一
方、図3の空孔欠陥301のような空孔が存在する領域
でのセルの値の状態を、図9に示す。通常の原子間領域
では値を持っていても、空孔の存在する領域のセル90
1の値は0を持ち続けている。また、図3の格子間原子
302のような格子間原子の存在する領域のセルの値の
状態を図10に示す。図10では、格子間原子の存在し
ていたセル1001の値は、規則的配列の原子に対応す
る値148も大きな値152に達している。また、格子
間原子の周囲の原子が存在していたセル1002の値も
148より大きな値を持つものがある。以上のように、
原子の存在情報を隣接するセルに伝播させることによっ
て、各空間位置における原子の存在密度を容易に知るこ
とができる。
With respect to the specific example shown in FIG. 3, the cell value after dividing the space by dividing the average interatomic distance into eight equal to one side of the cell and repeating the atom existence information four times The state is shown in FIGS. Since the cell value becomes smaller when the whole is shown in one figure, the part was cut out and displayed. FIG. 8 shows a crystal arrangement, that is, a state around the atoms in a state close to a regular arrangement is cut out, and the vicinity of four atoms in the center of FIG. 3 is shown. Since the propagation was repeated four times, the value of the cell 802 in which the atom existed is 148, which is the largest value. The value of the cell becomes smaller as the distance from the cell in which the atom was present decreases, and 4 is the smallest in the intermediate region 801 between the atoms. On the other hand, FIG. 9 shows the state of the cell value in the region in which vacancies such as the vacancies 301 in FIG. 3 exist. Cell 90 in the region where the vacancy exists, even if it has a value in the normal interatomic region
The value of 1 continues to have 0. Further, FIG. 10 shows a state of cell values in a region where interstitial atoms such as the interstitial atom 302 in FIG. 3 exist. In FIG. 10, the value of the cell 1001 in which the interstitial atoms were present reaches a large value 152, which is a value 148 corresponding to the atoms in the regular array. In some cells 1002 in which atoms around interstitial atoms existed, the cell 1002 also had a value larger than 148. As mentioned above,
By propagating the atomic existence information to the adjacent cells, the atomic density at each spatial position can be easily known.

【0021】(2)ボロノイ多面体で表わした原子占有
領域による密度分布の獲得方法 本方法では、解析対象となる空間が各原子の占有領域、
すなわちボロノイ多面体に分割される。空間に分布して
いる複数の点の1つに注目した時、注目点とその近傍の
点との垂直2等分面で構成される多面体のうち、面積が
最小のものがボロノイ多面体である。特に、2次元の場
合、注目点とその近傍の点との垂直2等分線で構成され
る多角形のうち、面積が最小のものがボロノイ多角形で
ある。解析空間は予め上記(1)のようにセル分割され
ているので、このボロノイ多面体も離散的なセルによっ
て表現される。このボロノイ多面体の形状は、規則正し
くならんだ結晶配置ではほぼ同一の形状と大きさをもっ
ているが、欠陥の近傍ではその形状、及び大きさが異な
る。本方法は、この性質を用いて欠陥の存在位置を探索
する方法である。
(2) Method for Obtaining Density Distribution by Atomic Occupied Region Represented by Voronoi Polyhedron In this method, the space to be analyzed is the occupied region of each atom,
That is, it is divided into Voronoi polyhedra. When attention is paid to one of a plurality of points distributed in space, the Voronoi polyhedron is the one having the smallest area among the polyhedrons formed by the perpendicular bisectors of the point of interest and the points in the vicinity thereof. In particular, in the case of two dimensions, the Voronoi polygon has the smallest area among the polygons formed by the perpendicular bisectors of the point of interest and the points in the vicinity thereof. Since the analysis space is divided into cells in advance as in (1) above, this Voronoi polyhedron is also represented by discrete cells. The shape of this Voronoi polyhedron has almost the same shape and size in a regular crystal arrangement, but the shape and size are different near the defect. The present method is a method of searching the existing position of a defect using this property.

【0022】図11、12に本方法の処理フローを示
す。図11は分割セル分類処理の前半部分で、解析対象
空間を各原子の占有領域に分配する処理である。図12
は分割セル分類処理の後半部分で、各原子のボロノイセ
ルを獲得すると同時にボロノイセルの平均値を求めて、
平均のボロノイセル値との差から空孔、又は格子間原子
の位置を特定する処理である。前半部分の図11では、
まず処理1101で、ボロノイ多面体セルを作成するた
めに、占有領域で検索すべきセルのリストが作成され
る。原子が存在するセルから、各次元方向に8個から1
0個のセル領域がリスト化される。この個数は、空間を
セル分割した時に平均原子間距離を何分割したかによっ
て変化させる。処理1102では、各セルの値として格
納される占有原子番号と距離の値をクリアーする。続い
て、全ての原子、及び検索対象となる全てのセルに対し
て、以下の処理を行なう(1103、1104)。処理
1105では、原子の位置から検索対象のセルの中心ま
での距離が計算される。検索対象のセルに既に占有原子
番号が記録されていたら(1106)、記録されている
距離と今回計算した距離との小さい方の原子番号と距離
を記録しなおし(1107)、記録されていなければ計
算した距離と原子番号をセルの値として記録する(11
08)。以上の処理により、全ての分割セルに対してそ
のセルに最も近い原子とその距離が記録される。その結
果、各原子に対応するボロノイ多面体に属するセルが決
定される。
11 and 12 show the processing flow of this method. FIG. 11 is the first half of the divided cell classification process, which is a process of distributing the analysis target space to the occupied area of each atom. 12
Is the latter half of the divided cell classification process, at the same time we obtain Voronoi cells of each atom, and at the same time obtain the average value of Voronoi cells,
This is a process of identifying the position of a vacancy or interstitial atom from the difference from the average Voronoi cell value. In Figure 11 in the first half,
First, in process 1101, a list of cells to be searched in the occupied area is created in order to create a Voronoi polyhedron cell. 8 to 1 in each dimension from the cell where the atom exists
0 cell areas are listed. This number is changed depending on how many average interatomic distances are divided when the space is divided into cells. In process 1102, the occupied atomic number and the distance value stored as the value of each cell are cleared. Then, the following processing is performed on all atoms and all cells to be searched (1103, 1104). In process 1105, the distance from the atom position to the center of the cell to be searched is calculated. If the occupied atomic number is already recorded in the cell to be searched (1106), the smaller atomic number and distance between the recorded distance and the distance calculated this time are recorded again (1107), and if not recorded, Record the calculated distance and atomic number as the cell value (11
08). By the above process, the atom closest to the cell and its distance are recorded for all the divided cells. As a result, cells belonging to the Voronoi polyhedron corresponding to each atom are determined.

【0023】後半部分の図12では、図27に示すよう
に、原子番号270、ボロノイ体積271、及び複数の
セルからなるボロノイセル272で構成されるテ−ブル
を各原子毎に設け、各原子に対するこれらの値の平均値
を格納する平均ボロノイ体積275、及び複数のセルか
らなる平均ボロノイセル276を設ける。ボロノイセル
272、及び平均ボロノイセル276は、図11で求め
たいずれのボロノイ多面体も含まれるような個数のセル
で構成される。原子が存在するセル274a、274b
は各セル群の中央に位置し、セル274a、又は274
bから相対的に同一位置にあるセル273a、又は27
3bがそれぞれ対応するセルである。図12の太線で示
した範囲が、図11で求めた、セル274aに含まれる
原子に対するボロノイ多面体(多角形)である。
In the latter half of FIG. 12, as shown in FIG. 27, a table including an atomic number 270, a Voronoi volume 271, and a Voronoi cell 272 composed of a plurality of cells is provided for each atom, and each atom is provided. An average Voronoi volume 275 storing the average value of these values and an average Voronoi cell 276 composed of a plurality of cells are provided. The Voronoi cell 272 and the average Voronoi cell 276 are configured by the number of cells including any Voronoi polyhedron obtained in FIG. 11. Cells with atoms 274a, 274b
Is located in the center of each cell group, and the cell 274a or 274
cell 273a or 27 located at the same relative position from b
3b is the corresponding cell. The range indicated by the thick line in FIG. 12 is the Voronoi polyhedron (polygon) for the atoms contained in the cell 274a, which is obtained in FIG.

【0024】まず、処理1201で、各原子毎のボロノ
イ体積271とボロノイセル272の各セル値、および
全ての原子に対する平均ボロノイ体積275と平均ボロ
ノイセル276の各セル値がクリアされる。各原子のボ
ロノイ情報および平均値の情報を獲得するために、全て
のセルに対して以下の処理1203が行なわれる(12
02)。処理1203では、各セルに記録された原子番
号270のボロノイ体積271に1が加算され、対応す
る原子のボロノイセルの位置に1が設定されると同時
に、平均ボロノイセル276の対応位置に1が加算され
る。全てのセルに対して処理が終了した後、処理120
4では平均ボロノイセル276の各セル値、及び平均ボ
ロノイ体積275を粒子数で割り、それぞれの平均値が
得られる。その結果、全空間における各原子に対するボ
ロノイ多面体の平均的な形状とその体積が求まる。
First, in process 1201, the cell values of the Voronoi volume 271 and Voronoi cell 272 for each atom, and the average Voronoi volume 275 and the average Voronoi cell 276 for all atoms are cleared. In order to obtain Voronoi information and average value information of each atom, the following processing 1203 is performed on all cells (12
02). In process 1203, 1 is added to the Voronoi volume 271 of the atomic number 270 recorded in each cell, 1 is set to the position of the Voronoi cell of the corresponding atom, and at the same time, 1 is added to the corresponding position of the average Voronoi cell 276. It After the processing is completed for all cells, the processing 120
In 4, each cell value of the average Voronoi cell 276 and the average Voronoi volume 275 are divided by the number of particles, and each average value is obtained. As a result, the average shape and volume of the Voronoi polyhedron for each atom in the entire space can be obtained.

【0025】続いて、各原子のボロノイ情報を平均値と
比較するために、全ての原子に対して以下の処理120
6、1207、及び1208が実行される(120
5)。処理1206では、各原子のボロノイセルの各セ
ル値と平均ボロノイセルの各セル値との差の二乗和を計
算し、その平方根を平均ボロノイ体積275で割った値
をその原子のボロノイセルの変位とする。規則的な配置
からずれた原子、及びその近傍の原子では、この変位の
値が大きい。処理1207では、ボロノイ体積が平均値
以上であって、かつ、変位の大きい原子を空孔近傍の原
子と認識する。処理1208では、ボロノイ体積が平均
以下であって、かつ、変位の大きい原子を格子間原子お
よびその近傍の原子として認識する。処理1207、及
び1208では、全ての原子に対するボロノイ体積と変
位のそれぞれの偏差を基準として用いても、空孔、ある
いは格子間原子を認識できる。これらの処理を全ての原
子に対して実行した後、処理1209では空孔近傍とし
て認識された原子の集団の中心を空孔欠陥位置とする。
また、処理1210では、格子間原子およびその近傍の
原子として認識された原子の集団の中心に位置する原子
を格子間原子の位置とする。 以上の処理により、ボロ
ノイ多面体の形状を利用した空孔欠陥および格子間原子
欠陥の位置を特定できる。
Next, in order to compare the Voronoi information of each atom with the average value, the following processing 120 is performed on all the atoms.
6, 1207, and 1208 are executed (120
5). In the process 1206, the sum of squares of the difference between each cell value of the Voronoi cell of each atom and each cell value of the average Voronoi cell is calculated, and the value obtained by dividing the square root by the average Voronoi volume 275 is taken as the displacement of the Voronoi cell of that atom. The value of this displacement is large for atoms displaced from the regular arrangement and for atoms in the vicinity thereof. In process 1207, atoms having a Voronoi volume equal to or larger than the average value and having large displacement are recognized as atoms in the vicinity of the vacancy. In process 1208, atoms having a Voronoi volume below the average and large displacement are recognized as interstitial atoms and atoms in the vicinity thereof. In the processes 1207 and 1208, the vacancy or the interstitial atom can be recognized by using the deviations of the Voronoi volume and the displacement with respect to all the atoms as a reference. After performing these processes for all the atoms, in process 1209, the center of the group of atoms recognized as the vicinity of the vacancy is set as the vacancy defect position.
Further, in the process 1210, the atom located at the center of the group of atoms recognized as the interstitial atom and the atoms in the vicinity thereof is set as the position of the interstitial atom. Through the above processing, the positions of vacancy defects and interstitial atom defects that utilize the shape of the Voronoi polyhedron can be specified.

【0026】図3に示した具体例に対して、本方法を適
用した結果を図13、14、及び15を用いて説明す
る。図14、15には、図3に示した原子配置から得ら
れるボロノイ多面体とボロノイセルとの対応関係を示
す。図13は、平均ボロノイセル1301の各セルの値
を示したものである。13×13のセルの中心に原子を
配置した際に、その原子が占有するセルの値の平均値が
与えられている。中心付近は確実に占有されているが、
周辺に移るにしたがって値が減少していき、0に達す
る。この系の平均ボロノイ多面体の形状は正方形を90
度回転した形にほぼ等しいことがわかる。図14に、規
則配置をしている原子のボロノイセル1401の値と空
孔欠陥近傍の原子のボロノイセル1402の値を示す。
規則配置をしている領域の原子のボロノイセル1401
は、平均ボロノイセルの形状とほぼ同じであり、正方形
を90度回転した形にほぼ近い形である。空孔欠陥近傍
の原子のボロノイセル1402は右下に角の1つを向け
た五角形に近い形で、規則配置をしている原子を含む領
域であるボロノイセル1401と異なる形状を示してい
る。この原子は、図3の空孔欠陥301の左上に位置し
ている原子である。この原子のボロノイ体積は平均ボロ
ノイ体積より大きく、平均ボロノイ多面体に対する変位
も大きい。図15に、格子間原子の近傍の原子のボロノ
イセル1501と格子間原子のボロノイセル1502の
値を示す。図3の格子間原子302の近傍にある原子の
ボロノイセル1501は、規則配置をしている領域の原
子のボロノイセルの角の一部を切り落とした様な形状を
持っている。この原子は格子間原子の左に位置している
原子である。この原子のボロノイ体積は平均ボロノイ体
積より小さく、平均ボロノイ多面体に対する変位も大き
い。図3の格子間原子302のボロノイセル1502
は、規則配置をしている領域の原子のボロノイセルと全
く異なり、正方形に近い形状を持っており、ボロノイ体
積も小さく、変位も大きい。
Results obtained by applying the present method to the specific example shown in FIG. 3 will be described with reference to FIGS. 14 and 15 show the correspondence between Voronoi polyhedra obtained from the atomic arrangement shown in FIG. 3 and Voronoi cells. FIG. 13 shows the value of each cell of the average Voronoi cell 1301. When an atom is arranged at the center of a 13 × 13 cell, the average value of the cells occupied by the atom is given. The area around the center is definitely occupied,
The value decreases toward the periphery and reaches 0. The shape of the average Voronoi polyhedron of this system is 90 square.
It turns out that it is almost equal to the rotated form. FIG. 14 shows the values of the Voronoi cell 1401 of atoms having a regular arrangement and the values of the Voronoi cell 1402 of atoms near the vacancy defect.
Voronoi cell 1401 of atoms in a regularly arranged region
Is almost the same as the shape of the average Voronoi cell, and is almost a shape obtained by rotating a square by 90 degrees. A Voronoi cell 1402 of an atom near a vacancy defect has a shape close to a pentagon with one of its corners directed to the lower right, and shows a shape different from that of the Voronoi cell 1401 which is a region including regularly arranged atoms. This atom is located at the upper left of the vacancy defect 301 in FIG. The Voronoi volume of this atom is larger than the average Voronoi volume, and the displacement with respect to the average Voronoi polyhedron is also large. FIG. 15 shows values of the Voronoi cell 1501 of an atom near the interstitial atom and the Voronoi cell 1502 of an interstitial atom. A Voronoi cell 1501 of an atom in the vicinity of the interstitial atom 302 of FIG. 3 has a shape obtained by cutting off a part of a corner of the Voronoi cell of an atom of a region having a regular arrangement. This atom is located to the left of the interstitial atom. The Voronoi volume of this atom is smaller than the average Voronoi volume, and the displacement with respect to the average Voronoi polyhedron is also large. Voronoi cell 1502 of interstitial atom 302 of FIG.
Is completely different from the Voronoi cells of the atoms in the regularly arranged region, has a shape close to a square, has a small Voronoi volume, and has a large displacement.

【0027】以上の様にして、解析空間を分割したセル
に最も近い原子を対応させて、各原子のボロノイ多面体
を獲得し、その体積および形状から、空孔欠陥および格
子間原子欠陥の位置を特定できる。
As described above, the atoms closest to the cells obtained by dividing the analysis space are associated with each other to obtain the Voronoi polyhedron of each atom, and the position of the vacancy defect and the interstitial atom defect is determined from the volume and shape thereof. Can be specified.

【0028】(3)原子占有領域を平均ボロノイ多面体
の形状に合わせて拡張して密度分布を獲得する方法 本方法では、(1)で述べた、「各原子の対応するセル
から出発して、各空間次元の方向に原子の存在の情報を
伝播していき、各セルに原子からの距離を記録してい
く。」方法において、原子の存在情報を伝播していく形
状を、隣接セルへの情報伝達ではなく、(2)で得られ
た平均ボロノイ多面体の形状に相似な形状に沿って伝播
していく方法である。本方法により、平均ボロノイ多面
体に相似な形状の領域内にあるセルにのみ原子の存在情
報を伝播させるので、情報の伝播処理の対象となるセル
の数が、(1)の方法よりも少なくなる。
(3) Method of expanding the atomic occupied area according to the shape of the average Voronoi polyhedron to obtain the density distribution In the present method, the method of "starting from the cell corresponding to each atom, In the method, the information of the existence of atoms is propagated in the direction of each spatial dimension, and the distance from the atom is recorded in each cell. ” It is not a method of transmitting information but a method of propagating along a shape similar to the shape of the average Voronoi polyhedron obtained in (2). According to this method, the existence information of atoms is propagated only to the cells in the region having a shape similar to the average Voronoi polyhedron, so that the number of cells subject to the information propagation processing is smaller than that of the method (1). .

【0029】(4)ボロノイ多面体の形状および体積を
より正確に計算する方法 上記の方法(2)、(3)で用いているボロノイ多面体
の獲得方法では、精度が不十分な場合がある。実際、図
17に示すように、二つの原子1701と1702から
ほぼ等距離にセル1703があった場合、たとえ距離の
差が極めて小さくても、そのセルを獲得するのはセル1
703に近い原子1702ただ一つであった。二つの原
子間を結ぶ線1704を垂直に二等分する線1705上
の点は、二つの原子から等距離に位置するが、セル17
03の中心点1706は、その垂直二等分線から僅かに
ずれた位置にある。そのため、原子1701がこのセル
位置に示す値は0で、原子1702がこのセル位置に示
す値は1であった。平均ボロノイ多面体と比較する際、
ボロノイセル値は0か1かの何れかであり、ほんの僅か
な距離の差が大きな誤差を生じかねない。
(4) Method for more accurately calculating the shape and volume of the Voronoi polyhedron The accuracy of the Voronoi polyhedron acquisition method used in the above methods (2) and (3) may be insufficient. In fact, as shown in FIG. 17, when there is a cell 1703 at approximately the same distance from two atoms 1701 and 1702, it is the cell 1 that acquires the cell, even if the difference in distance is extremely small.
There was only one atom 1702 near 703. The point on the line 1705 that bisects the line 1704 connecting the two atoms vertically is located at the same distance from the two atoms, but the cell 17
The center point 1706 of 03 is slightly displaced from the vertical bisector. Therefore, the value indicated by the atom 1701 at this cell position was 0, and the value indicated by the atom 1702 at this cell position was 1. When comparing with the average Voronoi polyhedron,
The Voronoi cell value is either 0 or 1, and even a slight difference in distance may cause a large error.

【0030】本方法では、各原子がボロノイセルに対し
て持つ値を0と1の整数値に限定せず、一つのセルの体
積の値1を双方の原子からの距離に応じて分配し、分配
された実数値を各原子にもたせる。図17に示した例で
は、二つの原子からの等距離線1705がセル1703
の面積を分割する割合が3:7であるので、原子170
1がこのセル位置に示す値を0.3、原子1702がこ
のセル位置に示す値を0.7とする。これにより平均ボ
ロノイ形状の分散を小さくすることが可能であり、形状
の違いをより明確に特定することが可能となる。図17
では、2次元の場合を示したが、3次元の場合は、二つ
の原子からの垂直2等分面で1つのセルが分割される。
In this method, the value of each atom with respect to the Voronoi cell is not limited to an integer value of 0 and 1, but the volume value 1 of one cell is distributed according to the distance from both atoms, Each atom is given a given real value. In the example shown in FIG. 17, the equidistant line 1705 from two atoms is the cell 1703.
Since the ratio of dividing the area of the is 3: 7,
A value of 1 is 0.3 at this cell position, and a value of atom 1702 is 0.7 at this cell position. This makes it possible to reduce the variance of the average Voronoi shape and more clearly specify the difference in shape. FIG. 17
In the case of 2D, the case of 3D is shown, but in the case of 3D, one cell is divided by the perpendicular bisector of two atoms.

【0031】さらに、平均ボロノイセル値を計算する際
に、上記のように、セル内の原子の位置を無視して、原
子が存在していたセルの中心のみを一致させて平均をと
るのではなく、原子がセルの中心に位置する様にセル値
の位置をシフトしてから計算することにより、より精度
の高い平均ボロノイ形状を得ることができる。すなわ
ち、上記の操作は、原子がセルの中心に位置する様にセ
ルの分割を変更することに相当し、分割の変更に伴っ
て、元のセル値は、新たないくつかのセルに配分され
る。なお、上記のシフト操作に対応するベクトルは、1
つのセル内に含まれる。このように、原子が中心にくる
様にセル値をシフトさせる方法は、各原子のボロノイセ
ル値を比較する際にも用いると、より精度の高い比較が
行なえる。
Further, when calculating the average Voronoi cell value, as described above, the position of the atom in the cell is ignored, and only the centers of the cells in which the atoms were present are made coincident and the average is not calculated. , By calculating after shifting the position of the cell value so that the atom is located at the center of the cell, it is possible to obtain a more accurate average Voronoi shape. That is, the above operation is equivalent to changing the division of the cell so that the atom is located at the center of the cell, and with the change of the division, the original cell value is distributed to some new cells. It The vector corresponding to the above shift operation is 1
Contained within one cell. In this way, the method of shifting the cell value so that the atoms are located at the center can be used when comparing the Voronoi cell values of the respective atoms, so that the comparison can be performed with higher accuracy.

【0032】 (5)複数個の平均ボロノイセル値の計算を行う方法 解析を行う系によっては、結晶構造の原子配置に対する
ボロノイセルの形状として複数種類が存在する場合があ
る。この様な系を高精度に解析するためには、複数種類
の形状に対してそれぞれ平均ボロノイセル値を計算する
必要がある。
(5) Method of calculating a plurality of average Voronoi cell values Depending on the system to be analyzed, there may be a plurality of types of Voronoi cell shapes with respect to the atomic arrangement of the crystal structure. In order to analyze such a system with high accuracy, it is necessary to calculate the average Voronoi cell value for each of a plurality of types of shapes.

【0033】上記の最も簡単な具体例は、図18に示す
様な化合物系である。図18は黒丸で示した原子種18
01と白丸で示した原子種1802が規則正しく並んで
いる系である。図18は、説明を簡略化するために二次
元空間で記述してある。二次元の場合、ボロノイ多面体
は多角形となるが、呼び方は多面体とする。原子種18
01のボロノイ多面体1803は正方形に近い形を取
る。一方原子種1802のボロノイ多面体は六角形に近
い形を取るが、原子種1801との配置関係により、縦
長のもの1804と横長のもの1805が存在する。こ
のため、原子種によって平均ボロノイセル値を区別して
計算するのは当然のことながら、同じ原子種でもボロノ
イセルの形状を比較して食い違いの大きい場合は、形状
が異なるものと判断して複数種類の形状について平均値
を計算する必要がある。すなわち、本方法では、図27
に示したデ−タ格納領域を、ボロノイセルの形状毎に設
ける。欠陥の周囲の原子のボロノイ形状も別種の平均ボ
ロノイセル値として計算されるが、規則的結晶配置の原
子の平均ボロノイセル値に比べて出現頻度が小さいの
で、容易に判別が付く。
The simplest specific example described above is a compound system as shown in FIG. Fig. 18 shows atomic species 18
This is a system in which the atomic species 1802 indicated by 01 and white circles are regularly arranged. FIG. 18 is described in a two-dimensional space to simplify the description. In the case of two dimensions, the Voronoi polyhedron is a polygon, but the name is polyhedron. Atomic species 18
The Voronoi polyhedron 1803 of 01 has a shape close to a square. On the other hand, the Voronoi polyhedron of the atomic species 1802 takes a shape close to a hexagon, but there are vertically long ones 1804 and horizontally long ones 1805 depending on the arrangement relationship with the atomic species 1801. Therefore, it is natural to calculate the average Voronoi cell value according to the atomic species, but even if the same atomic species are compared and the Voronoi cell shapes differ greatly, it is determined that the shapes are different and multiple types of shapes are determined. An average value needs to be calculated for. That is, in this method,
The data storage area shown in is provided for each shape of the Voronoi cell. The Voronoi shape of the atoms around the defect is also calculated as an average Voronoi cell value of another type, but the appearance frequency is smaller than the average Voronoi cell value of atoms having a regular crystal arrangement, so that it can be easily distinguished.

【0034】原子種が一種類の系でも、ボロノイセルの
形状が異なる場合がある。シリコンの結晶構造はダイヤ
モンド構造であり、各原子の結晶構造内での配置関係は
全て等価である。しかし、シリコン結晶の存在する三次
元空間の中で、次元の方向を特定するとボロノイ多面体
の形状は二種類現われる。図19にそれぞれの原子の配
置関係とそのときのボロノイ多面体の形状を示す。各シ
リコン原子のボロノイ多面体の形状は、形状の異なる二
つの三角柱のそれぞれの側面を互いに90度回転させて
接合して組合せたような形状を取る。しかし、シリコン
原子が持つ四つの結合手の方向によって、ボロノイ多面
体の向きが二通り現われる。図19では、原子1901
が持つボロノイ多面体1903と、原子1902が持つ
ボロノイ多面体1904とでは、形状が同じで方向が異
なるだけであるが、双方の形状が異なるものとして平均
値を別々に計算した方が、これまでの方法をそのまま適
用でき解析が容易である。
Even in a system having one kind of atomic species, the Voronoi cell may have different shapes. The crystal structure of silicon is a diamond structure, and the arrangement relationships of each atom in the crystal structure are all equivalent. However, in the three-dimensional space in which the silicon crystal exists, two types of Voronoi polyhedron appear when the direction of the dimension is specified. FIG. 19 shows the arrangement relationship of each atom and the shape of the Voronoi polyhedron at that time. The shape of the Voronoi polyhedron of each silicon atom is such that two side surfaces of two triangular prisms having different shapes are rotated by 90 degrees and bonded to each other to combine them. However, depending on the directions of the four bonds of the silicon atom, the Voronoi polyhedron appears in two different directions. In FIG. 19, the atom 1901
The Voronoi polyhedron 1903 possessed by and the Voronoi polyhedron 1904 possessed by the atom 1902 have the same shape but only different directions. However, it is better to calculate the average values separately assuming that both shapes are different. Can be applied as is and analysis is easy.

【0035】この様な結晶構造に対応するために、複数
の平均ボロノイセル値を計算する必要がある。シリコン
結晶に欠陥を含む系では、互いに異なる方向を向き、ほ
ぼ同体積を有する2種類のボロノイ多面体がほぼ同数得
られ、それと同時に、これら多面体よりも少ない幾つか
の変形したボロノイ多面体が得られる。
In order to deal with such a crystal structure, it is necessary to calculate a plurality of average Voronoi cell values. In a system containing defects in a silicon crystal, two types of Voronoi polyhedra that are oriented in different directions and have almost the same volume are obtained, and at the same time, some deformed Voronoi polyhedra are obtained.

【0036】分割セルの分類方法について幾つかの実施
例を示したが、これらの何れもがほぼ原子数に比例する
計算量によって、空孔欠陥、格子間原子欠陥、あるいは
不純物欠陥の個数とその座標を特定できる。空間をセル
によって離散的に分割し、その分割されたセルに着目し
て計算しているため、原子同士の組合せ計算を必要とし
ないため、原子数の二乗に比例する計算量よりも少ない
計算量で解析が行なえる。
Several examples of the method of classifying the divided cells have been shown. In each case, the number of vacancy defects, interstitial atom defects, or impurity defects and the number thereof are determined by the calculation amount which is almost proportional to the number of atoms. The coordinates can be specified. Since the space is discretely divided by cells and the calculation is done by focusing on the divided cells, it is not necessary to calculate the combination of atoms, so the calculation amount is smaller than the calculation amount proportional to the square of the number of atoms. You can analyze with.

【0037】続いて、本システムの出力となる情報につ
いて詳述する。図1に示す本システムの出力値3は、不
純物欠陥の数と座標の情報107、空孔欠陥の数と座標
の情報108、および格子間原子欠陥の数と座標の情報
109からなる。不純物欠陥の数と座標の情報107
は、原子の種類の存在比率を調べることにより不純物を
認識し、入力値1に示された原子の情報からその数と座
標を抽出できる。分割セルの分類によって、空孔欠陥と
格子間原子欠陥の数と座標の情報108、109が容易
に得られる。
Next, the information that is output from this system will be described in detail. The output value 3 of the present system shown in FIG. 1 comprises information 107 on the number and coordinates of impurity defects, information 108 on the number and coordinates of vacancy defects, and information 109 on the number and coordinates of interstitial atomic defects. Number of impurity defects and coordinate information 107
Recognizes impurities by examining the abundance ratio of atom types, and can extract the number and coordinates from the atom information indicated by the input value 1. By classifying the divided cells, information 108 and 109 on the number and coordinates of vacancy defects and interstitial atom defects can be easily obtained.

【0038】出力値3の一つの具体例を図16に示す。
図16は、図2で示される入力値1の具体例に対して欠
陥解析を実施した結果である。入力情報1601は、入
力値1で記述された空間情報と原子の情報の概要を示し
ている。不純物欠陥の情報107では、不純物欠陥が1
個であることと、その原子が炭素原子であり、その具体
的位置座標が示されている。空孔欠陥の情報108で
は、空孔欠陥が1個であることと、その具体的位置座標
が示されている。格子間原子欠陥の情報109では、格
子間原子欠陥が1個であることと、その具体的位置座標
が示されている。これらの情報全てが出力値3として出
力される。
One specific example of the output value 3 is shown in FIG.
FIG. 16 shows the result of the defect analysis performed on the specific example of the input value 1 shown in FIG. The input information 1601 shows an outline of the space information and the atom information described by the input value 1. In the impurity defect information 107, the impurity defect is 1
That is, the atom is a carbon atom, and its specific position coordinates are shown. The vacancy defect information 108 indicates that there is one vacancy defect and its specific position coordinates. The interstitial atom defect information 109 indicates that there is one interstitial atom defect and its specific position coordinates. All of this information is output as the output value 3.

【0039】上記の実施例では、空間を分割したセルの
形状として、一次元の場合は等分割、二次元の場合は長
方形、三次元の場合は直方体を用いた。一次元の場合
は、等分割のセル分割方法を用いるのが最も効果的であ
ると考えられるが、二次元や三次元の場合には、結晶の
周期構造に応じて、三角形分割や四面体分割を採用する
方が効果的である場合がある。
In the above embodiments, as the shape of the cells obtained by dividing the space, the cells are equally divided in the case of one-dimensional, rectangular in the case of two-dimensional, and rectangular parallelepiped in the case of three-dimensional. In the case of one-dimensional, the cell division method of equal division is considered to be most effective, but in the case of two-dimensional or three-dimensional, triangulation or tetrahedral division is performed depending on the periodic structure of the crystal. It may be more effective to adopt.

【0040】欠陥の存在確率は一般的に極めて小さい。
従って、本手法では、系の大多数を占めている規則的に
並んだ構造の領域を、解析対象から事前に省くことによ
って高速な解析を実現する。そのため、解析対象の空間
が複数の段階を経て分割される。最初に空間を大きなセ
ルに分割し、原子が規則的に並んだ領域を抽出して除外
し、次の段階では、それ以外の領域の中から欠陥の存在
しそうな領域を抽出して、これをさらに細かいセルに分
割してから、上記のような精度の高い評価を行う。この
様な階層的評価方法によって、精度の高い解析を少ない
計算時間で実施できる続いて、本システムの出力値の出
力方法の別な実施例を以下に説明する。本発明が関与す
る粒子シミュレーションでは、原子の状態を単なる数値
として捕えるだけではなく、立体的な可視化によるシミ
ュレーション結果の把握が多く行われている。しかし、
本発明が有効に利用される様な、数千から数百万に及ぶ
多数の原子を取り扱うシミュレーションの場合、従来か
ら用いられている原子の位置座標と結合状態をボール&
スティックで表示する方法を用いても、可視化した映像
から情報を読み取ることが困難である。典型的な可視化
のディスプレイの大きさである19から21インチの画
面に百万の原子を表示する場合、一つの原子の大きさは
2ミリメートル程度であり、欠陥の存在により原子座標
位置が僅かに変化したとしても、その違いを画面から認
識することは難しい。
The existence probability of defects is generally extremely small.
Therefore, this method realizes high-speed analysis by omitting the regions of regularly arranged structures that occupy the majority of the system from the analysis target in advance. Therefore, the space to be analyzed is divided through a plurality of stages. First, the space is divided into large cells, the regions in which atoms are regularly arranged are extracted and excluded, and in the next stage, regions in which defects are likely to exist are extracted from other regions, and this is extracted. After dividing into smaller cells, the highly accurate evaluation as described above is performed. With such a hierarchical evaluation method, highly accurate analysis can be performed in a short calculation time. Next, another embodiment of the output method of the output value of the present system will be described below. In particle simulations involving the present invention, not only the states of atoms are captured as simple numerical values, but the simulation results are often grasped by three-dimensional visualization. But,
In the case of a simulation that handles a large number of atoms ranging from thousands to millions such that the present invention is effectively used, the position coordinates and bonding states of the atoms which have been conventionally used are ball-and-ball-shaped.
It is difficult to read information from a visualized image even when using a stick display method. When displaying one million atoms on a screen of 19 to 21 inches, which is the size of a typical visualization display, the size of one atom is about 2 millimeters, and the atomic coordinate position is slightly small due to the presence of defects. Even if it changes, it is difficult to recognize the difference from the screen.

【0041】本発明では、解析によって得た欠陥情報を
主に表示することにより、欠陥分布状況や欠陥相互の配
置関係等を認識しやすくする。本発明による表示の特長
は、基本原子種の原子のうち、規則正しい配置を取って
いるもの、すなわち結晶配置から大きくずれていない原
子を透明または半透明状態により表示し、その他の不純
物原子、空孔欠陥、あるいは格子間原子欠陥等のように
結晶の規則的配置からずれている原子のみを不透明色に
より表示することである。特に、その欠陥状態の違いに
より表示色を変えることにより、解析結果の認識が極め
て容易になる。
In the present invention, the defect information obtained by the analysis is mainly displayed to facilitate the recognition of the defect distribution status and the mutual positional relationship of the defects. The feature of the display according to the present invention is that among the atoms of the basic atomic species, those that have a regular arrangement, that is, the atoms that do not largely deviate from the crystal arrangement are displayed in a transparent or semitransparent state, and other impurity atoms and vacancies are displayed. This is to display only the atoms that are out of the regular arrangement of crystals such as defects or interstitial atom defects in an opaque color. In particular, by changing the display color depending on the defect state, it becomes extremely easy to recognize the analysis result.

【0042】図25に、図26の出力装置263のグラ
フィクスディスプレイ2501を用いて、欠陥解析の出
力を表示した例を示す。図25の場合には、規則的に配
置された原子は透明なものとして、表示から除外されて
いる。不純物原子2503、空孔欠陥2504、格子間
原子欠陥2505のみが不透明の色により表示されてい
る。これらの欠陥の領域を定義空間領域2502内に表
示する。各色の意味を示す凡例2506もディスプレイ
内に表示する。さらに、ディスプレイ内の三次元表示さ
れた映像をダイヤル等によって視点位置を変更できる装
置2507を用いて、欠陥位置を認識しやすくすること
重要である。
FIG. 25 shows an example in which the output of the defect analysis is displayed using the graphics display 2501 of the output device 263 of FIG. In the case of FIG. 25, regularly arranged atoms are transparent and excluded from the display. Only the impurity atom 2503, the vacancy defect 2504, and the interstitial atom defect 2505 are displayed in an opaque color. The areas of these defects are displayed in the defined space area 2502. A legend 2506 showing the meaning of each color is also displayed in the display. Furthermore, it is important to make it easy to recognize the defect position by using the device 2507 that can change the viewpoint position of the three-dimensionally displayed image on the display with a dial or the like.

【0043】また、欠陥の位置を各原子毎に特定する前
に、数百原子程度の欠陥領域とその位置を大まかに特定
した後、その領域内に存在する原子の配置とボンド結合
情報をグラフィクス表示することによって、欠陥位置を
視覚的に特定することも容易に実施できる。図24に限
定領域の原子配置とボンド結合情報を表示した例を示
す。
Before specifying the position of the defect for each atom, after roughly specifying the defect region of several hundreds of atoms and its position, the arrangement of atoms existing in the region and the bond bond information are graphically displayed. By displaying, the defect position can be easily specified visually. FIG. 24 shows an example in which the atomic arrangement of the limited area and the bond bond information are displayed.

【0044】次に、本発明の別な一実施例を説明する。
入力される値は、前述の実施例と同様に、原子数、各原
子の名称(種類)、座標、及び原子が存在する空間の境
界条件である。これらの情報から、不純物欠陥の数と不
純物原子の名称とそれらの座標、格子間原子の数と座
標、および空孔欠陥の数と座標が出力される。本実施例
の機能は上記の実施例と同じであるが、その処理内容が
多少異なる。すなわち、本実施例では、入力された原子
位置を解析対象の系の基準原子位置と比較することによ
って、原子配置の欠陥に関する情報が生成される。
Next, another embodiment of the present invention will be described.
The input values are the number of atoms, the name (type) of each atom, the coordinates, and the boundary condition of the space in which the atom exists, as in the above-described embodiment. From this information, the number of impurity defects, the names of impurity atoms and their coordinates, the number and coordinates of interstitial atoms, and the number and coordinates of vacancy defects are output. The function of this embodiment is the same as that of the above embodiment, but the processing contents are slightly different. That is, in the present embodiment, by comparing the input atomic position with the reference atomic position of the system to be analyzed, the information on the atomic arrangement defect is generated.

【0045】図20は本発明による欠陥解析方法の処理
手順である。入力値1と出力値3は図1の欠陥解析方法
の場合と同じである。処理内容2では、まず、解析対象
の系の基準原子位置を作成する処理2001が行なわ
れ、作成された基準原子位置と入力された原子位置とを
比較する処理2002が行なわれ、処理2003により
原子が1)不純物原子、2)空孔欠陥原子、及び3)格
子間原子の三つに分類される。最後に、処理2004に
より各種欠陥位置が抽出される。
FIG. 20 shows a processing procedure of the defect analysis method according to the present invention. The input value 1 and the output value 3 are the same as in the case of the defect analysis method of FIG. In process content 2, first, a process 2001 for creating a reference atom position of a system to be analyzed is performed, a process 2002 for comparing the created reference atom position with an input atom position is performed, and a process 2003 performs atom Are classified into three: 1) impurity atoms, 2) vacancy defect atoms, and 3) interstitial atoms. Finally, various defect positions are extracted by the process 2004.

【0046】基準原子位置作成処理2001の処理フロ
ーを図21に示す。処理2101では、各原子種の存在
比率を計算するにより、不純物原子が特定される。さら
に、処理2102では、その解析結果に基づいて系を構
成する基本化合物が特定される。処理2103では、結
晶の基本構造因子である基底ベクトルが計算される。最
後に、処理2104では、計算された規定ベクトルに基
づいて、種々の基本化合物の結晶構造に関するデ−タを
格納したデータベースから該当する基準原子位置が検索
される。図21に示した基準原子位置作成処理2001
は、結晶系の特定が容易な場合に利用できる。より一般
的な構造に対しては、図22に示す別実施例の処理フロ
ーを用いる必要がある。
FIG. 21 shows a processing flow of the reference atom position creation processing 2001. In process 2101, the impurity atom is specified by calculating the existence ratio of each atomic species. Further, in the process 2102, the basic compound that constitutes the system is specified based on the analysis result. In process 2103, the basis vector that is the basic structure factor of the crystal is calculated. Finally, in process 2104, based on the calculated defined vector, the corresponding reference atom position is searched from the database that stores data relating to the crystal structures of various basic compounds. Reference atom position creation processing 2001 shown in FIG.
Can be used when it is easy to identify the crystal system. For a more general structure, it is necessary to use the processing flow of another embodiment shown in FIG.

【0047】図22に示した基準原子位置作成処理20
01では、図4に示した空間分割処理103により、全
解析空間が微小セルに分割される。その後、処理220
1では、複数のセルの組み合わせによって表現されるボ
ロノイ多面体が各原子について計算され、解析空間内に
おける基本ボロノイ多面体が得られる。この場合、以前
に説明した様に、一つの構造系に対しても、複数種類の
ボロノイ多面体が基本として存在するので、複数種類の
多面体についてそれぞれ平均値の計算を行なう必要があ
る。処理2202では、得られた平均ボロノイ多面体か
ら、構造内の原子位置を与える基底ベクトルが生成され
る。このベクトルは、原子が規則的に配置された場合に
隣接する原子への位置を与える。最後に、処理2203
により、得られた基底ベクトルから基準原子位置が生成
される。
Reference atom position creation processing 20 shown in FIG.
In 01, the entire analysis space is divided into minute cells by the space division processing 103 shown in FIG. Then, the process 220
In 1, the Voronoi polyhedron represented by the combination of a plurality of cells is calculated for each atom, and the basic Voronoi polyhedron in the analysis space is obtained. In this case, as described above, a plurality of types of Voronoi polyhedrons basically exist even in one structural system, so it is necessary to calculate the average value for each of the plurality of types of polyhedrons. In process 2202, a basis vector that gives an atomic position in the structure is generated from the obtained average Voronoi polyhedron. This vector gives the position to the adjacent atom if the atoms are regularly arranged. Finally, processing 2203
By this, a reference atom position is generated from the obtained basis vector.

【0048】続いて、基準原子の位置と解析対象内の原
子の位置とを比較する処理2002、原子分類処理20
03、及び欠陥位置抽出処理2004を図23を用いて
説明する。図23に示す処理では、同じ領域内に与えら
れた基準原子と解析対象の原子のそれぞれの位置座標が
比較され(2002)、その比較結果に基づいて、不純
物原子、空孔欠陥原子、又は格子間原子の三つに原子が
分類され(2003)、欠陥位置が計算される(200
4)。
Subsequently, a process 2002 for comparing the position of the reference atom with the position of the atom in the analysis object, an atom classification process 20.
03 and defect position extraction processing 2004 will be described with reference to FIG. In the process shown in FIG. 23, the position coordinates of the reference atom and the atom of the analysis target given in the same region are compared (2002), and the impurity atom, the vacancy defect atom, or the lattice is compared based on the comparison result. Atoms are classified into three interatomic atoms (2003), and defect positions are calculated (200
4).

【0049】先ず、処理2301では、解析空間を微小
セルに分割する空間分割処理と、基準原子をそれらセル
に割付る処理が行なわれる。基準原子の生成の段階で空
間分割が既に行われている場合は、処理2301は省か
れる。処理2302では、解析対象内の原子が分割セル
に割付けられる。処理2303では、分割セルに割付ら
れた、基準原子と解析対象原子との位置座標が比較され
る。この処理では、先ず全セルを探索し、各セルが、基
準原子と解析対象原子の両方が同一セルに入っているも
の、基準原子のみが入っているセル、解析対象原子のみ
が入っているセル、どちらも入ってないセルに分類され
る。同一セルに入っている原子は、解析対象原子、及び
基準原子ともにほぼ一致する領域に存在することにな
る。一方の原子しかセルに入っていない場合は、セルの
区切りの取り方で、隣接するセルに分かれる場合がある
ので、基準原子が一個しか入っていないセルに着目し、
これに隣接するセルに解析対象原子が一個だけ存在する
かどうかが検査される。その結果、上記の隣接するセル
に対応付けられた原子は規則的に配置された原子として
認識される。各セルに対応付けられた原子において、基
準原子と解析対象原子とで原子種別が異なる場合、その
解析対象原子は不純物原子欠陥として認識される。
First, in process 2301, a space division process for dividing the analysis space into minute cells and a process for assigning reference atoms to the cells are performed. If the space division has already been performed at the stage of generating the reference atom, the processing 2301 is omitted. In process 2302, atoms in the analysis target are assigned to the divided cells. In process 2303, the position coordinates of the reference atom and the analysis target atom assigned to the divided cells are compared. In this process, first, all cells are searched, and each cell has both the reference atom and the analysis target atom in the same cell, the cell containing only the reference atom, and the cell containing only the analysis target atom. , It is classified as a cell that contains neither. Atoms contained in the same cell exist in the region where the atom to be analyzed and the reference atom are almost the same. If only one atom is contained in the cell, it may be divided into adjacent cells depending on how to divide the cells, so pay attention to the cell containing only one reference atom,
It is checked whether or not only one atom to be analyzed exists in the cell adjacent to this. As a result, the atoms associated with the adjacent cells are recognized as regularly arranged atoms. In the atom associated with each cell, when the reference atom and the analysis target atom have different atom types, the analysis target atom is recognized as an impurity atom defect.

【0050】次に原子の分類処理2003が行なわれ
る。まず、処理2304では、上記原子位置比較によ
り、基準原子と対応しない解析対象原子が存在した場
合、これを残存原子として抽出し、欠陥近傍の原子の候
補としてさらに分類が行なわれる。また、処理2304
では、処理2002の原子位置比較により、互いに対応
できずに残った基準原子および解析対象原子が残存原子
として抽出される。処理2305では、分割セルを利用
して、これら残存原子に隣接する原子が探索される。残
存原子の分類処理2306では以下の処理が行なわれ
る。基準原子に隣接する原子が全てペアを持っていた場
合、その基準原子に対応する位置に欠陥が存在すること
が認識される。解析対象原子に隣接する原子が全てペア
を持っていた場合、その解析対象原子は格子間原子欠陥
であると認識される。
Next, atom classification processing 2003 is performed. First, in process 2304, if there is an analysis target atom that does not correspond to the reference atom by the above-mentioned atomic position comparison, this atom is extracted as a residual atom and further classified as a candidate for an atom near the defect. Also, processing 2304
Then, by the atomic position comparison in the process 2002, the reference atom and the analysis target atom which are left without being able to correspond to each other are extracted as the remaining atoms. In process 2305, atoms adjacent to these remaining atoms are searched for using the divided cells. In the residual atom classification processing 2306, the following processing is performed. When all the atoms adjacent to the reference atom have a pair, it is recognized that a defect exists at the position corresponding to the reference atom. When all the atoms adjacent to the analysis target atom have a pair, the analysis target atom is recognized as an interstitial atom defect.

【0051】上記処理によって認識された各種欠陥に対
して、処理2307では欠陥位置が計算される。これら
一連の処理により、基準原子と解析対象原子を比較する
ことにより、各種欠陥の数と位置を解析できる。
In the process 2307, the defect position is calculated for each of the various defects recognized by the above process. By the series of these processes, the number and position of various defects can be analyzed by comparing the reference atom and the atom to be analyzed.

【0052】[0052]

【発明の効果】本発明によれば、数百万もの原子を含む
系に存在する不純物欠陥、空孔欠陥、又は格子間原子欠
陥の位置を計算するための計算量が、従来の原子数の2
乗ではなく約1乗に比例する量になるため、計算時間を
大幅に削減でき、欠陥解析シミュレーションを容易に実
施できる。
According to the present invention, the amount of calculation for calculating the position of an impurity defect, a vacancy defect, or an interstitial atomic defect existing in a system containing millions of atoms is the same as that of the conventional number of atoms. Two
Since the amount is proportional to about the first power instead of the power, the calculation time can be significantly reduced, and the defect analysis simulation can be easily performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す欠陥解析方法の手順を
示す。
FIG. 1 shows a procedure of a defect analysis method showing an embodiment of the present invention.

【図2】欠陥解析方法の入力値の具体例である。FIG. 2 is a specific example of input values of a defect analysis method.

【図3】入力値の具体例が示す空間と原子の摸式図であ
る。
FIG. 3 is a schematic diagram of a space and an atom showing a specific example of an input value.

【図4】空間分割処理の処理フロー図である。FIG. 4 is a processing flowchart of space division processing.

【図5】原子の割付と不純物原子の判別処理の処理フロ
ー図である。
FIG. 5 is a processing flow chart of atom allocation and impurity atom discrimination processing.

【図6】分割セルの分類処理の処理フロー図の一実施例
である。
FIG. 6 is an example of a process flow diagram of a classification process of divided cells.

【図7】原子存在情報の伝達方法を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a method of transmitting atom presence information.

【図8】原子半径拡張方法による規則的原子配置領域の
状態である。
FIG. 8 shows a state of a regular atomic arrangement region by the atomic radius expansion method.

【図9】原子半径拡張方法による空孔欠陥近傍の状態で
ある。
FIG. 9 is a state in the vicinity of a vacancy defect by the atomic radius expansion method.

【図10】原子半径拡張方法による格子間原子欠陥近傍
の状態である。
FIG. 10 shows a state in the vicinity of an interstitial atomic defect by the atomic radius expansion method.

【図11】分割セルの分類処理の処理フロー図の別な実
施例の前半部である。
FIG. 11 is the first half of another example of the processing flow chart of the classification processing of divided cells.

【図12】分割セルの分類処理の処理フロー図の別な実
施例の後半部である。
FIG. 12 is the latter half of another embodiment of the processing flow diagram of the classification processing of divided cells.

【図13】平均ボロノイセル値の図である。FIG. 13 is a diagram of average Voronoi cell values.

【図14】規則的配置の原子、および空孔欠陥近傍の原
子のボロノイセルの値である。
FIG. 14 shows Voronoi cell values of regularly arranged atoms and atoms in the vicinity of vacancy defects.

【図15】格子間原子欠陥近傍の原子、および格子間原
子のボロノイセルの値である。
FIG. 15 shows Voronoi cell values of atoms in the vicinity of interstitial atom defects and interstitial atoms.

【図16】欠陥解析の出力値の具体例である。FIG. 16 is a specific example of output values of defect analysis.

【図17】二つのボロノイ多面体の境界がセルを分割す
る場合に高精度化を図る方法を説明する図である。
FIG. 17 is a diagram illustrating a method for improving accuracy when a boundary between two Voronoi polyhedra divides a cell.

【図18】複数原子種による化合物の場合、規則的配置
をとっていても複数のボロノイ多面体形状が存在するこ
とを示した図である。
FIG. 18 is a diagram showing that in the case of a compound having a plurality of atomic species, a plurality of Voronoi polyhedron shapes are present even if they are regularly arranged.

【図19】単一原子種が規則的配置をとっていても複数
のボロノイ多面体形状が存在することを示した図であ
る。
FIG. 19 is a diagram showing that there are a plurality of Voronoi polyhedron shapes even when a single atomic species has a regular arrangement.

【図20】本発明のもう一つの実施例を示す欠陥解析方
法の構成図である。
FIG. 20 is a configuration diagram of a defect analysis method showing another embodiment of the present invention.

【図21】基準原子位置作成のフローを示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a flow of reference atom position creation.

【図22】基準原子位置作成のもう一通りのフローを示
す図である。
FIG. 22 is a diagram showing another flow of creating reference atom positions.

【図23】基準原子と解析対象原子の位置を比較し、原
子を分類し、欠陥位置を抽出する処理のフローを示す図
である。
FIG. 23 is a diagram showing a flow of processing for comparing the positions of a reference atom and an atom to be analyzed, classifying the atom, and extracting a defect position.

【図24】欠陥が存在する限定された領域の原子配置と
ボンド情報の表示例である。
FIG. 24 is a display example of atomic arrangement and bond information in a limited area where a defect exists.

【図25】グラフィックスディスプレイによる欠陥の表
示例である。
FIG. 25 is a display example of a defect on a graphics display.

【図26】本発明を実施する計算機システムの構成を示
す。
FIG. 26 shows the configuration of a computer system that implements the present invention.

【図27】ボロノイセル、及び平均ボロノイセルのデ−
タ構造を示す。
FIG. 27 shows the data of Voronoi cell and average Voronoi cell.
Data structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力値、2…欠陥解析処理、3…出力値、101…
解析対象空間の情報、102…原子の情報、103…空
間セル分割処理、104…原子の割付と批准物原子の判
別処理、105…分割セルの分割処理、106…欠陥位
置の抽出処理、107…不純物欠陥の数と座標の情報、
108…空孔欠陥の数と座標の情報、109…格子間原
子欠陥の数と座標の情報、301…空孔欠陥、302…
格子間原子欠陥、303…不純物原子欠陥
1 ... input value, 2 ... defect analysis processing, 3 ... output value, 101 ...
Analysis target space information, 102 ... Atom information, 103 ... Spatial cell division processing, 104 ... Atom assignment and ratification object atom discrimination processing, 105 ... Division cell division processing, 106 ... Defect position extraction processing, 107 ... Information on the number and coordinates of impurity defects,
108 ... Information on the number and coordinates of vacancy defects, 109 ... Information on the number and coordinates of interstitial atomic defects, 301 ... Vacancy defects, 302 ...
Interstitial atomic defects, 303 ... Impurity atomic defects

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】記憶装置及び表示装置を有する計算機を用
いて、物質を構成する原子、分子、あるいはイオンであ
る粒子の配置を解析する際に、 a)解析すべき前記粒子の数と種類、及び前記粒子のそ
れぞれの座標に関する原子の情報と、前記粒子の存在す
る空間に関する空間の情報とを前記記憶装置に入力し、 b)前記空間の情報に基づいて、空間を微小セルに分割
し、 c)前記原子の情報に基づいて、前記分割したセルに各
前記粒子を割り付けながら、不純物原子を判別し、 d)前記セルのそれぞれを、空孔欠陥近傍のセル、前記
粒子の格子間にある原子近傍のセル、及び前記粒子の規
則的配置の近傍のセルとに分類し、 e)前記分類されたセルから各欠陥の位置を抽出し、さ
らに、 f)前記解析された欠陥の位置を前記表示装置に表示す
ることを特徴とする欠陥位置解析方法。
1. When analyzing the arrangement of particles that are atoms, molecules, or ions that constitute a substance using a computer having a storage device and a display device, a) the number and types of the particles to be analyzed, And inputting information of atoms relating to respective coordinates of the particles and information of space relating to the space where the particles are present, b) dividing the space into minute cells based on the information of the space, c) based on the information of the atoms, determining the impurity atoms while allocating the particles to the divided cells, and d) placing each of the cells in the vicinity of a vacancy defect and between the lattices of the particles. A cell near an atom and a cell near a regular arrangement of the particles, e) extracting the position of each defect from the classified cell, and f) the position of the analyzed defect. Display on the display Defect location analysis method characterized by.
【請求項2】前記ステップd)において、粒子のそれぞ
れに対応するセルから出発して空間次元で規定される各
方向に粒子の存在情報を伝播してゆき、前記伝搬された
存在情報によって決められる各粒子からの到達距離の値
の粗密状態から各セルを分類することを特徴とする請求
項1記載の欠陥位置解析方法。
2. In the step d), the presence information of the particles is propagated in each direction defined by the spatial dimension starting from the cell corresponding to each of the particles, and is determined by the propagated presence information. 2. The defect position analyzing method according to claim 1, wherein each cell is classified based on a density state of a value of a reach distance from each particle.
【請求項3】前記ステップd)において、粒子が占有す
る領域を表現したボロノイ多面体を用いて粒子密度およ
び欠陥の判別を行なって各セルを分類することを特徴と
する請求項1記載の欠陥位置解析方法。
3. The defect position according to claim 1, wherein in the step d), each cell is classified by determining the particle density and the defect by using a Voronoi polyhedron representing a region occupied by the particle. analysis method.
【請求項4】平均的なボロノイ多面体の形状に合わせて
前記存在情報を伝播していくことを特徴とする請求項2
記載の欠陥位置解析方法。
4. The presence information is propagated according to the shape of an average Voronoi polyhedron.
The described defect position analysis method.
【請求項5】ボロノイ多面体を離散的なセルを複数個結
合して表現することを特徴とする請求項3記載の欠陥位
置解析方法。
5. The defect position analyzing method according to claim 3, wherein the Voronoi polyhedron is expressed by connecting a plurality of discrete cells.
【請求項6】前記離散的なセルを用いてボロノイ多面体
を構成する際に、当該セルがボロノイ多面体の境界を含
む場合、ボロノイ多面体に対する当該セルの重みを、当
該セルのうちボロノイ多面体に含まれる領域の体積比率
に比例した実数で表現することを特徴とする請求項5記
載の欠陥位置解析方法。
6. When constructing a Voronoi polyhedron using the discrete cells, if the cell includes a boundary of the Voronoi polyhedron, the weight of the cell with respect to the Voronoi polyhedron is included in the Voronoi polyhedron of the cells. The defect position analysis method according to claim 5, wherein the defect position analysis method is represented by a real number proportional to the volume ratio of the region.
【請求項7】複数の異なるボロノイ多面体形状によって
解析の対象となる空間を構成し、複数の形状ごとに前記
存在情報の平均値を求めることを特徴とする請求項4及
び5記載の欠陥位置解析方法。
7. The defect position analysis according to claim 4, wherein a space to be analyzed is constituted by a plurality of different Voronoi polyhedron shapes, and an average value of the existence information is obtained for each of a plurality of shapes. Method.
【請求項8】記憶装置及び表示装置を有する計算機を用
いて、物質を構成する原子、分子、あるいはイオンであ
る粒子の配置を解析する際に、 a)解析すべき前記粒子の数と種類、及び前記粒子のそ
れぞれの座標に関する原子の情報と、前記粒子の存在す
る空間に関する空間の情報とを前記記憶装置に入力し、 b)前記空間の情報に基づいて、基準粒子位置を示す情
報を生成し、 c)前記原子の情報に基づいて、前記基準粒子位置と前
記入力された粒子位置とを比較し各粒子を、不純物欠陥
原子、空孔欠陥原子、あるいは格子間原子欠陥に分類
し、さらに、 d)抽出された欠陥の位置を前記表示装置に表示するこ
とを特徴とする欠陥位置解析方法。
8. When analyzing the arrangement of particles that are atoms, molecules, or ions constituting a substance using a computer having a storage device and a display device, a) the number and types of the particles to be analyzed, And inputting information of atoms relating to respective coordinates of the particles and information of space relating to the space where the particles are present, b) generating information indicating a reference particle position based on the information of the space And c) comparing the reference particle position with the input particle position based on the information of the atom, classifying each particle into an impurity defect atom, a vacancy defect atom, or an interstitial atom defect, and , D) A defect position analysis method, wherein the position of the extracted defect is displayed on the display device.
【請求項9】請求項1のステップf)、あるいは請求項
8のステップd)において、規則的に配置した粒子を透
明または半透明に表示し、空孔欠陥を含む前記欠陥の位
置を不透明に表示することを特徴とする欠陥位置解析方
法。
9. In step f) of claim 1 or step d) of claim 8, the regularly arranged particles are displayed transparently or semi-transparently, and the positions of the defects including vacancy defects are made opaque. A defect location analysis method characterized by displaying.
【請求項10】計算機を用いて、物質を構成する原子、
分子、あるいはイオンである粒子の配置を解析する際
に、解析対象となる空間とそこに存在する前記粒子の情
報に基づいて前記空間を複数のセルに分割し、前記粒子
を前記セルのそれぞれに割付けて前記粒子が不純物原子
であるか否かを判別し、前記セルのそれぞれを規則的配
置の原子、空孔欠陥近傍の原子、あるいは格子間原子欠
陥近傍の原子に分類して、欠陥位置を特定することを特
徴とする欠陥位置解析方法。
10. An atom constituting a substance using a computer,
Molecules, or when analyzing the arrangement of particles that are ions, divide the space into a plurality of cells based on the information of the space to be analyzed and the particles present therein, the particles in each of the cells It is determined whether or not the particles are impurity atoms by allocating, and each of the cells is classified into atoms with regular arrangement, atoms in the vicinity of vacancy defects, or atoms in the vicinity of interstitial atom defects, and defect positions are A method for analyzing a defect position characterized by specifying.
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WO2015198510A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-30 信越半導体株式会社 Method for evaluating defective region of semiconductor substrate

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