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。     

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。     

高能重离子辐照制备SiOC复合材料的研究

用120 kev碳离子注入非晶SiO2薄膜,再用高能Xe、Pb和U离子辐照.注碳剂量范围为2.0×1017-8.6×1017 cm-2,高能离子辐照剂量1.0×1010-3.8×1012 cm-2.辐照后的样品用傅里叶变换红外光谱仪进行系统分析.实验结果显示,高能离子辐照在注碳非晶SiO2薄膜中形成了大量的Si-O-C键和Si-C键.这些Si-O-C结构具有环链、开链和笼链等多种结构形式.随电子能损、辐照剂量或者沉积能量密度的增加,SiOC结构由类笼向环/开链结构演化.对高能重离子驱动产生SiOC结构的机理进行了简单的讨论.     

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。     

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。     

Geant4模拟质子入射InP产生的位移损伤

磷化铟(InP)作为重要的第二代半导体材料,禁带宽度大,电子漂移速度快,抗辐照性能比Si,GaAs好,可作为制备空间飞行器上电学器件的备选材料。随着半导体器件的尺寸纳米化,空间环境中低能质子辐照元件所导致的位移损伤成为影响元件电学性能的主要因素之一。本文使用Geant4模拟得到低能质子入射InP产生的初级撞出原子(PKA)种类及占比和不同能量质子的非电离能量损失(NIEL)的深度分布。结果表明：质子俘获和核反应的概率随质子能量的增加而增加,进而使弹性碰撞产生的反冲原子In,P的占比减少,其他反冲原子占比增加;NIEL峰值随质子能量的增加而降低,且NIEL峰有向前移动的趋势,即随着质子能量增加,位移损伤严重区域逐渐由材料末端移至材料表面。