GaN中质子辐照损伤的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学方法研究了GaN在质子辐照下的损伤。对不同能量（1~10 keV）初级离位原子（PKA）引起的级联碰撞进行了研究,分析了点缺陷与PKA能量的关系、点缺陷随时间的演化规律、点缺陷的空间分布及点缺陷团簇的尺寸特征。研究结果表明,点缺陷的产生与PKA能量呈线性关系,不同类型的点缺陷随时间演化规律相似,点缺陷多产生在PKA径迹旁,点缺陷团簇多为孤立的点缺陷和小团簇。     

金红石辐照损伤的分子动力学模拟

为了研究辐照条件下金红石的耐辐照损伤能力,采用GULP软件包拟合出了与实验值吻合的势函数,并采用LAMMPS软件包计算出了金红石的离位阈能和高能粒子反冲条件下的位移级联。通过统计球坐标系下266个出射方向的离位能,利用缺陷形成概率的定义得出Ti和O原子的离位阈能分别为(78.3±1.0) eV和(42.6±2.0) eV。采用VORONOI缺陷统计方法,计算了300 K、10 keV出射能量条件下缺陷数量随辐照时间演化信息,结果表明:Ti原子作为初始出射原子产生的缺陷数量整体高于O原子产生缺陷的数量,在最大无序阶段产生的空位、填隙和不同类型反位缺陷通过空位-填隙复合作用和kick-out机制逐渐减少,有效地降低了晶体的无序度,提高了基材耐辐照损伤性能。     

C276合金质子辐照损伤模拟及活化分析

C276合金是先进核电站燃料元件包壳的候选材料之一。本工作采用TRIM程序分别计算10和20MeV质子辐照C276所产生的辐照损伤,比较分析能损、离位原子、DPA等参数分布。同时使用FISPACT-2007程序进行活化计算,对放射性活度、衰变余热及接触剂量率等参数进行了详细分析。结果表明：辐照损伤主要来自电子能损的贡献,高能质子与靶原子发生碰撞的几率较低。C276经同种能量质子辐照后,活化特性随着辐照时间的增长而增加。辐照时间相同时,高能质子会对材料产生更大的影响。本工作为后续的辐照损伤分子动力学模拟及计划开展的质子辐照实验提供支持。     

分子动力学研究MeV质子辐照对生物分子二级结构的影响

利用分子动力学方法对MeV质子辐照多肽分子所引起的分子空间结构变化进行了研究，对比了不同质子能损和模拟条件下分子构象变化的差异。结果表明，在质子轰击下，分子的二级结构在其得到3—5eV能量后出现明显的变化，从α螺旋结构向β折叠逐渐转变，并且这种变化与质子能量的沉积方式有关。与温度效应的对照显示，质子辐照引起的变化与温度所引起的变化有明显的差异：质子辐照产生的分子构象更丰富多样．而温度所引起的变化则比较单一。     

碳化硅结势垒肖特基二极管质子辐照损伤研究

碳化硅功率器件凭借优异性能被抗辐照应用领域寄予厚望。为探究碳化硅功率器件抗中能质子辐照损伤能力,明确其辐射效应退化机制,对标低地球轨道累积十年等效质子位移损伤注量,针对高性能国产碳化硅结势垒肖特基二极管开展了10 MeV质子室温、无偏压辐照实验。测试了器件辐照前后的正向伏安特性、反向伏安特性、电容特性等电学特性,并通过深能级瞬态谱仪分析了辐照缺陷引入特点。结果显示：器件辐照后正向电性能稳定,较低反向安全电压下漏电流减小,注量增加后击穿电压严重退化;分析认为质子辐照导致势垒高度增加、辐照缺陷增加、载流子浓度降低。碳化硅肖特基功率器件的辐射损伤过程及机理研究,为其中能质子环境应用的评估验证提供了数据支撑。     

低速高电荷态重离子在GaN单晶中引起的辐照损伤研究

利用Rutherford沟道背散射分析研究了低速高电荷态重离子(Xe26 )在氮化镓(GaN)晶体中辐照损伤的产生对剂量的依赖关系,比较了垂直照射和60°倾斜照射的差异.基于"库仑爆炸"模型对结果进行了解释.     

Zr-Sn-Nb合金质子辐照效应研究

摘要:通过HZB串列加速器用18MeV质子研究了ZrSnNb合金的辐照效应。结果表明,经1.53×1014cm-2注量的质子辐照后,辐照产生的缺陷使样品的显微硬度升高导致辐照硬化;断口分析发现辐照后在样品的一端韧窝明显变小出现脆化现象,被认为是由于质子辐照离子化损伤产生在其射程的末端——与TRIM96程序计算的结果一致。     

质子在氮化镓中产生位移损伤的Geant4模拟

材料受到辐照时产生的位移损伤会导致其微观结构发生变化,从而使其某些使用性能退化,影响其使用效率,减短其使用寿命。利用Geant4模拟了质子在氮化镓中的输运过程,计算了1、10、100、500 MeV能量质子入射氮化镓材料产生的初级撞出原子的种类、能量信息及离位原子数。获得了10 MeV质子产生的位移缺陷分布;计算了4种能量质子入射氮化镓材料产生的非电离能量损失(NIEL);研究了质子产生位移损伤过程的影响要素。研究发现,入射质子能量对其在材料中产生的初级撞出原子的种类、能量、离位原子数等信息有着非常大的影响;单位厚度所沉积NIEL随着入射质子能量的增大而减小;10 MeV质子入射氮化镓所产生的离位原子数随入射深度的增加而增加,但在超出其射程范围以外有一巨大回落;能量并不是影响质子与氮化镓靶材料相互作用的唯一因素。     

GaN HEMT器件电子辐照效应研究

对GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor)器件进行了0.8和1.2 MeV电子束的辐照效应研究.结果表明,0.8 MeV电子束对器件损伤甚于1.2 MeV电子束,饱和漏电流增大,阈值电压负向漂移主要是由于AlGaN层中电离辐射产生的俘获正电荷以及GaN层中非电离能量损失产生...     

电荷耦合器件质子辐照效应研究

利用2×6 MV串列静电加速器提供的1~10 MeV质子,开展了线阵电荷耦合器件辐射损伤效应的模拟试验和测量,研制了加速器质子扩束扫描装置及电荷耦合器件辐射敏感参数测量系统,建立了电荷耦合器件质子辐射效应的模拟试验方法,分析了质子注量、质子能量、器件偏置等对器件电荷转移效率和暗电流的影响。模拟试验结果表明,电荷转移效率随辐照质子注量的增加而下降,暗电流随辐照质子注量的增加而增大,在1~10 MeV质子能量范围内,质子能量越低,电荷转移效率的降低与暗电流的增加越显著。     

质子在砷化镓材料中产生位移损伤的Geant4模拟

本文使用Geant4模拟了1、5、10、20、50、100、500、1000 MeV能量的质子入射GaAs的位移损伤情况。随入射质子能量的增大,产生的初级离位原子（PKA）数目增加、种类增多;PKA能谱分布总体上呈递减趋势,PKA在低能量区间所占份额降低,在高能量区间所占份额升高。研究结果表明,辐射缺陷浓度在质子入射方向上遵循布拉格规律。     

3C-SiC辐照诱发缺陷演化及温度效应分子动力学模拟

运用分子动力学方法,采用LAMMPS程序模拟了3C-SiC中的级联碰撞过程。研究了不同初始运动方向、不同能量下的PKA级联碰撞产生点缺陷的演化,结果表明,级联碰撞产生的空位数与PKA初始运动方向无关而与PKA能量之间呈线性关系。通过对级联碰撞过程中热峰、损伤区域瞬态温度分布分析可看出,级联碰撞过程中会产生高温区域,且此区域大小随时间的变化与PKA能量无关。     

质子辐照对RADFETs的γ辐照剂量响应的影响研究

针对辐射敏感晶体管(Radiation Sensitive Field-Effect Transistors,RADFETs)在地面标定使用60Co γ射线源而实际空间应用时存在的质子电子辐射环境的差异性问题,进行了10 MeV质子和60Coγ射线的对比辐照与协和辐照试验.采用中带电压法(Mid-gap Techniq...     

双能量质子束辐照晶闸管的研究

在制造快速晶闸管的过程中电子辐照已被广泛采用,但是,电子辐照在提高开关速度的同时,也会引起正向导通压降的增大。采用高能质子辐射既能提高开关速度又能尽量降低正向导通压降。由于一定能量的质子在物质中的射程是一定的,质子辐照造成缺陷或复合中心分布在一定的狭窄区域,在那里,缺陷可以有效地增加开关速度又不显著增加导通压降。本文介绍用HI-13串列加速器产生的质子束辐照晶闸管的工作。实验表明,双能量质子束的辐照效果是非常优越的。     

MOS结构的质子辐照效应

利用微分电容法和禁带中央电压漂移技术,研究了铝栅MOS结构质子辐照诱发的新生界面陷阱和氧化层陷阱结构。结果表明,质子辐照所诱发的新生界面陷阱和氧化层陷阱随质子能量和剂量的增加而增加。用H~+二级过程模型和计算机模拟定性解释了实验结果。     

钨中氦泡融合条件的分子动力学模拟研究

在托卡马克聚变装置中,钨偏滤器会受到低能高束流的氦等离子体冲刷,导致材料表面形成绒毛状纳米结构或针孔状表面损伤,使钨材料使用性能发生退化,影响等离子体的稳态运行。目前普遍认为,氦致表面损伤的形成与钨表面下氦泡的生长密切相关。钨受到氦等离子体辐照后会在材料的近表层形成高密度的小氦泡,它们可通过融合的方式长大,氦泡的融合是近表层大氦泡形成的关键环节。为了解氦泡的相对位置、温度、氦空位比(He/V)、氦泡初始间距对氦泡融合的影响,本文采用分子动力学方法模拟氦泡在金属钨中的融合过程。结果表明：氦泡的相对位置、温度、He/V、氦泡初始间距都会影响氦泡的融合,但影响的机理并不相同。其中,氦泡的相对位置是影响氦泡融合的关键因素,当氦泡沿〈100〉方向排列时,氦泡易发生融合,而沿 〈111〉方向排列则不易发生融合,其原因是氦泡附近存在各向异性的应力场。温度升高有利于氦泡体积得到更快、更充分的弛豫,进而促进氦泡发生融合。高He/V的氦泡具有较高的压力,更易发生融合。当温度为1 500 K时,2个He/V为3、半径为1 nm的氦泡之间的相互作用距离可达1.28 nm甚至更远,但它们发生融合的最大初始距离为0.96 nm。本研究可促进对钨中氦泡融合机理的理解,为钨中大氦泡的形成提供可能的解释。此外,本研究结果可为大尺度模拟（如动力学蒙特卡罗、团簇动力学）提供相关输入参数用于研究高密度氦泡的长时间演化。     

钛中氦泡融合的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法模拟了金属钛中氦泡的融合,分析了氦泡融合对金属微结构的影响,对比了氦泡在金属块体内部与接近金属表面处融合的异同。研究表明:在金属块体内部,两氦泡的融合会在其周围诱发很多缺陷且范围逐渐扩大;直径均为1.77nm的两氦泡的融合会在二者周围形成位错环,位错环内金属原子的排列与基底的一致;两氦泡发生融合后由哑铃状向椭球形演化。在接近金属表面处,由氦泡融合诱发的缺陷易于向金属表面移动,氦泡周围的金属易于向晶体结构恢复;两氦泡发生融合后由哑铃状向半球形演化。     

注氟MOSFET的质子辐照效应

对干Ｏ２和Ｈ２＋Ｏ２栅氧化注Ｆ的Ｓｉ栅Ｐ沟和Ｎ沟ＭＯＳＦＥＴ进行了８ＭｅＶ和１２ＭｅＶ质子辐照试验，通过分析阈电压和Ｌｄｓ－Ｖｇｓ亚阈特性的辐射响应，发现ＭＯＳ结构栅介质中Ｆ的引入能明显抑制辐射感生氧化物电荷的积累和Ｓｉ／ＳｉＯ２界面态的产生，导致ＰＭＯＳＦＥＴ较小的阈电压负向漂移和ＮＭＯＳＦＥＴ阈电正向回漂，且不受质子辐照能量的影响。     

双极运算放大器的质子辐照效应

研究了ＯＰ－７双极运算放大器在８ＭｅＶ，１２ＭｅＶ两种能量下的质子辐照效应及损伤特性，并通过对电路内部的损伤分析，探讨了各敏感参数和的变化规律，结果表明，由位移损伤和电离辐射损伤引起的晶体管增益衰降是导致运算放大器各参数变化的主要原因。     

热中子辐照GaAs损伤研究

在热中子与快中子成份比大于７０的条件下，用６．５×１０１６ｃｍ－２和６．５×１０１８ｃｍ－２剂量水平辐照纯净ＧａＡｓ样品，研究由于嬗变产生的杂质和损伤。所得结果表明：热中子对Ｇａ、Ａｓ发生俘获核反应，其最终稳定产物Ｇｅ作为两性杂质元素被导入；复杂的移位缺陷形成及其热行为是影响辐照后ＧａＡｓ电学性质变化的重要因素。