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。     

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。     

质子和中子的单粒子效应等效性实验研究

通过实验方法确定了高能质子和中子引起的单粒子效应等效关系，实验中采用金箔散射法降低了质子束流强度，并利用热释光剂量计（TLD）进行质子注量的监测，采用新研制的存储器长线实时监测系统，进行了64K位至4M位的SRAM器件单粒子效应实验，确定了两种粒子引起单粒子效应等效关系。     

中子位移损伤监测技术研究

利用硅双极晶体管直流增益倒数与中子注量具有线性关系的特点,将其作为位移损伤监测器以获取不同中子辐射场的损伤特性。采用两种不同的数据分析方法,分别得到了两种位移损伤监测器阵列的相对损伤常数。研究结果为在现有的实验条件和测试手段基础上选择位移损伤监测器和分析监测结果奠定了基础。     

基于平均位移kerma因子方法的位移损伤计算

根据硅位移kerma函数表,针对传统的基于平均能量的kerma因子取值方法在位移损伤计算中的不足,提出了不同能量中子分群方式下硅位移kerma因子取值的新方法--平均位移kerma因子法.使用该方法计算了几种典型辐射源的位移损伤.结果表明:不同分群方式下,采用平均能量法获得的损伤结果相差17%左右,采用平均位移法得到的损伤结果相差4%左右;采用平均位移法时,群内中子分布模式对损伤结果没有显著影响.     

位移损伤效应对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)分别进行3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照实验。3 MeV质子辐照下累积注量达到1×10¹⁵ cm^-2或14 MeV中子辐照下累积注量达到2×10¹³ cm^-2时，AlGaN/GaN HEMTs饱和漏电流下降，阈值电压正向漂移，峰值跨导降低。分别对3 MeV质子辐照和14 MeV中子辐照后的AlGaN/GaN HEMTs进行深能级瞬态谱(DLTS)测试。3 MeV质子辐照后缺陷浓度下降降低了反向栅极漏电流，而14 MeV中子辐照会导致缺陷浓度增加，使得反向栅极漏电流增加。根据质子和中子辐照后的缺陷能级均为(0.850±0.020) eV,推断缺陷类型均为氮间隙缺陷，质子辐照和中子辐照后氮间隙缺陷的位移导致的位移损伤效应是AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的主要原因。     

基于GEANT4模拟分析不同能量质子在CMOS APS中的位移损伤研究

本文针对图像传感器在空间辐射环境中电学性能退化问题,采用蒙特卡罗方法基于互补金属氧化物半导体（CMOS）APS器件建立几何模型,开展不同能量质子与靶原子的相互作用过程研究。通过研究不同能量质子辐照下初级碰撞原子的能谱分布及平均位移损伤能量沉积随质子能量的变化,讨论不同能量质子及空间站轨道质子能谱下在CMOS APS器件中位移损伤的差异。计算结果表明：随着入射质子能量的增大,辐照产生的初级碰撞原子的最大能量及核反应产生的初级碰撞原子（PKA）对位移损伤能量沉积的贡献逐步增加;对于大于1 MeV的质子辐照,CMOS APS器件中位移损伤研究可忽略氧化层的影响;不同能量的质子和CREME96程序中空间站轨道质子能谱下器件中位移损伤能量沉积分布结果显示,35 MeV质子与该空间站轨道质子能谱在器件敏感区中产生的总位移损伤能量沉积相近。该工作对模拟空间站轨道质子辐照下电子器件暗电流增长研究中辐照实验的能量选择,提供了参考依据。     

CMOS器件p、γ、β辐照损伤等效剂量分析计算

建立了CMOS电子元器件中质子、电子和光子辐照损伤 (电子 空穴对和离位原子浓度 )计算模型。利用微机化的电子 光子簇射过程模拟程序EGS4和TRIM程序分别计算了电子 ( β)、光子 (γ)和质子 ( p)辐照在CMOS器件各层中产生的电子 空穴对和离位原子浓度。计算结果表明 ,在CMOS器件桥结绝缘层中 ,电子产生的电子 空穴对和离位原子浓度最高 ,光子次之 ,质子最低 ,这表明电子辐照损伤最高 ,光子次之 ,质子最小。     

中子辐射损伤等效性研究进展

为建立不同辐射源损伤评价的统一标准,制定武器抗中子辐射性能考核及验收的依据,国内外确定了中子辐射损伤等效标准源,开展了大量的等效性研究工作。本文从位移损伤函数、辐射源能谱以及二者的结合关系方面梳理了理论研究进展。从基本实验方法、效应参数及场量参数的控制趋势方面总结了实验研究进展。探讨了降低实验不确定度的方法,展望了辐射损伤等效性研究工作的方向。     

Geant4模拟中子在碳化硅中产生的位移损伤

利用Geant4模拟了中子在碳化硅中的输运过程,计算了不同能量中子产生的位移缺陷数目,获得了14.1 MeV中子产生的位移缺陷分布。研究了中子产生位移损伤过程的影响要素,分析了弹性散射与去弹过程对位移损伤产生过程的贡献,并对中子各阶段反应产生的位移缺陷分布及对总体缺陷分布的影响进行了探讨。     

光敏晶体管的中子位移损伤效应研究

通过开展光敏晶体管的反应堆中子辐照实验,获得位移效应实验结果,并分析位移损伤机理。研究发现,在3×10¹¹~5×10¹²cm^-2中子注量范围内,光敏晶体管增益和光响应度的下降导致集电极输出电流下降。增益的倒数与注量的增加呈线性关系,注入电流越大,线性关系的斜率越小。理论分析表明,通过提高基区掺杂水平或减小基区宽度,可提高增益的抗辐射水平;不同反向偏置电压下的初级光电流辐照前基本相同,随着辐照注量的增大,差异逐渐增大,反向偏置电压越大,初级光电流的退化越小;通过采用PIN结构或加大反向偏置电压来展宽耗尽区以减少受位移效应严重影响的扩散电流份额,可提高初级光电流的抗辐射水平。与PIN光电二极管不同,本实验注量范围内,光敏晶体管的暗电流随注量的增大而减小。     

硅材料和二极管的单粒子位移损伤的多尺度模拟研究

基于二体碰撞近似理论（BCA）,应用分子动力学（MD）和动力学蒙特卡罗（KMC）方法相结合的多尺度模拟方法,研究了单粒子位移损伤（SPDD）缺陷及电流的演化过程。研究结果表明,SPDD事件中引起的缺陷在106 s内分为3个阶段：阶段Ⅰ(1×10-11 s≤t<2×10-3 s)以点缺陷成团为主;阶段Ⅱ(2×10-3 s ≤t<2×102 s)中以缺陷团内部的间隙原子和空位复合反应为主;阶段Ⅲ(t≥2×102 s)中以小缺陷团发射间隙原子和空位为主。提出一种计算粒子在硅二极管中引起的SPDD电流的方法,推导了多种缺陷存在时引起的二极管反向电流增加的计算公式。基于KMC模拟的位移损伤缺陷演化结果,计算了光电二极管的SPDD电流密度及归一化退火因子。结果表明,KMC模拟计算的退火因子与文献实验测量结果相一致,建立的多尺度模拟方法可预估硅器件的SPDD电流。     

中子辐射损伤等效性研究的半导体器件选择方法

半导体器件的中子辐射效应是开展辐射损伤等效性研究的一个重要实验途径,为获得精密的辐射损伤等效系数,需要对半导体器件进行选择。在半导体器件基本选用原则的基础上,从微观机理到宏观工程应用方面阐述了器件类型的确定依据,通过实验摸索出器件性能选择条件,从器件的质量、批次、参数一致性等方面提出了改进措施,形成了比较全面的半导体器件选择方法,具有应用价值。采用该方法挑选出3DG121C双极晶体管应用于某快中子临界装置与CFBR-II堆之间的辐射损伤等效性研究,获得了等效系数为1.19,满足现阶段抗辐射加固及中子辐射效应评价需求。提出了下一步等效性研究的器件选择方向。     

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。