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。     

基于晶体三极管的不同中子能谱等效性实验研究

辐射损伤等效性系数是评价不同中子能谱对样品的实验损伤差异的关键。利用晶体管直流增益的倒数与中子注量呈线性关系这一特点,采用参数一致性好的硅双极晶体管3DG121C作为位移损伤探测器,通过在线监测晶体管直流增益随累积中子注量的变化,分别获得了CFBR-II堆两个特定位置的损伤常数,推导出了不同中子能谱间的辐射损伤等效系数。结果表明,CFBR-II不同位置的辐射损伤没有显著差异。     

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.     

双极线性稳压器中子辐射位移效应研究

双极线性稳压器广泛应用于空间设备,中子辐射效应不容忽视。对国产双极线性稳压器在不同负载偏置下的中子辐射效应开展研究。试验过程中发现,负载越大,位移损伤效应越明显。试验后通过加载不同负载的详细在线测试发现,不同偏置下的输出电压差异是由于负载的不同引起的。辐照偏置对双极线性稳压器的位移损伤无显著影响,但中子位移效应导致了双极线性稳压器的带载能力严重降低,使其失去负载调整能力。因此,在工程评估时,应结合应用需求,选择合理的负载进行评估。     

中子对Si及GaAs半导体材料位移损伤的数值计算

概述了中子对半导体材料的位移损伤函数及损伤能力的表征,并选用ASTM标准的E722—94给出的Si及GaAs位移损伤函数,用MCNP粒子输运程序计算了Maxwell裂变谱源、Gaussian聚变谱源对Si及GaAs半导体材料的位移损伤以及相对于1MeV单能中子源的损伤等效系数等。     

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。     

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。     

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。     

InGaAsP器件质子位移损伤等效性研究

对基于非电离能量损耗（NIEL）的位移损伤等效性研究方法进行了讨论,计算了不同能量质子在InGaAsP材料中的NIEL。利用解析方法对库仑散射引起的NIEL进行了计算,分析了不同库仑散射模型的适用范围,并利用Monte-Carlo方法对核反应引起的NIEL进行了计算。以InGaAsP多量子阱激光二极管为研究对象,开展了4、5和8 MeV质子辐照实验,获得了激光二极管的阈值电流损伤系数。研究结果表明：实验用不同能量质子辐射环境下的阈值电流损伤系数测试结果与NIEL理论计算结果之间呈线性关系。     

ESD对双极型硅器件的损伤机理研究

通过理论分析,建立了双极型硅器件的ESD损伤模型,表明ESD对该类器件的损伤主要是过热失效模式.ESD电压较高时,静电放电电流引起局部过热导致PN结峰值温度达到硅的熔融温度(1 413℃)而使器件击穿烧毁;ESD电压较低时,电触点的峰值温度超过铝硅共晶的熔融温度(577℃),使器件参数退化从而发生潜在性失效.将实验结果...     

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。     

准宏观中子噪声测量分析系统的开发

基于LabVIEW平台开发了反应堆准宏观中子噪声测量分析系统.布置在次临界反应堆附近的3 He计数管输出的中子脉冲信号,经过若干仪器模块和PCI - 6602数据采集卡,送入计算机,通过频谱分析可以得出次临界反应堆的瞬发中子衰减常数.该系统已经过实验的验证.     

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。     

中子反射数据分析技术

从中子反射基本原理出发,介绍了Fresnel反射、单层膜和多层膜中子反射理论以及膜层描述及反射率计算方法。讨论了中子反射实验数据分析基本方法,介绍了目前常用的数据分析软件Parratt32和NOD及其特点。针对CoFeV单层膜中子反射实验数据分析,给出了数据分析计算实例,结果表明:材料散射势直接影响反射率曲线全反射临界点位置,界面粗糙度则直接影响反射率随散射矢量的变化速度,而膜层厚度则决定振荡峰的疏密关系。