氦在铝表面辐照和积聚的团簇动力学模拟

我们利用团簇动力学模型(IRadMat)研究了keV-He离子辐照金属铝的缺陷动力学和氦的聚集行为.通过对不同俘获类型(团簇、晶界和位错)俘获He浓度的定量分析,我们发现大多数He原子被晶界吸收,这成为铝在低辐照通量下发生脆化的主要原因.随着辐照能量的增加,He滞留峰的位置会变得更深.然而,随着辐照通量的增加,He在体内的滞留量会变得更多,但滞留深度的峰值位置不变.我们的结果表明,晶界的影响在He的滞留分布以及铝的脆化行为中起着关键作用,这也有助于我们理解He在金属中的动力学行为和损伤的分布.     

Dynamic modeling of total ionizing dose-induced threshold voltage shifts in MOS devices

The total ionizing dose (TID) effect is a key cause for the degradation/failure of semiconductor device performance under energetic-particle irradiation. We developed a dynamic model of mobile particles and defects by solving the rate equations and Poisson's equation simultaneously, to understand threshold voltage shifts induced by TID in silicon-based metal-oxide-semiconductor (MOS) devices. The calculated charged defect distribution and corresponding electric field under different TIDs are consistent with experiments. TID changes the electric field at the Si/SiO₂ interface by inducing the accumulation of oxide charged defects nearby, thus shifting the threshold voltage accordingly. With increasing TID, the oxide charged defects increase to saturation, and the electric field increases following the universal 2/3 power law. Through analyzing the influence of TID on the interfacial electric field by different factors, we recommend that the radiation-hardened performance of devices can be improved by choosing a thin oxide layer with high permittivity and under high gate voltages.     

硅中硼离子注入的带电缺陷动力学模拟

为准确描述硼离子注入硅后缺陷/杂质的动力学物理过程,获得硼浓度空间分布及其演化行为,构建一个跨尺度带电缺陷动力学模型,考虑离子注入缺陷的产生及其演化的多种微观过程,包括缺陷电荷态和带电缺陷间的反应、硼-自间隙团簇（BICs）演化以及缺陷与载流子相互作用等物理过程。模拟得到与实验一致的硼浓度深度分布。结果表明：BICs对硼浓度的深度分布起主要作用,而间隙硼（B_I）导致硼浓度分布向深处扩展;计及缺陷的不同电荷态修正自间隙（I）和硼间隙（B_I）的扩散系数,从而更准确地描述硼浓度分布。模型揭示了硼离子注入硅发生的物理过程和微观机理,证明BICs和缺陷真实的电荷态是描述硼浓度分布的重要因素,为半导体器件制造与研发提供理论指导。     

计及级联内缺陷空间关联的团簇动力学模拟

团簇动力学（CD）是一种快速模拟材料辐照损伤长时间动力学演化方法.基于平均场速率理论的CD不考虑级联内的缺陷空间关联效应.而实体动力学蒙特卡罗（OKMC）模型虽然考虑空间关联效应,但受到时间尺度和辐照剂量的限制.将模拟粒子初级辐照级联缺陷分布的Monte Carlo模型（IM3D）与OKMC基于常数时间退火方法进行耦合,有效计及级联内的缺陷空间关联性,作为CD模型的有效辐照产生项,建立计及空间关联效应的团簇动力学模型（CD-SC）.结果表明：CD-SC模拟的辐照损伤结果与长时间OKMC结果吻合.有助于提高典型辐照条件下核材料长时间辐照损伤的多尺度模型的准确度和效率.     

中子预辐照损伤对钨中氢滞留行为影响机制的多尺度模拟

高温等离子体作用下的中子辐照损伤和氢氦滞留行为一直是聚变堆钨基材料面临的两个关键问题,尤其是预辐照损伤对氢氦滞留的协同作用。鉴于制约因素的复杂性和实验上的困难,相关基础问题的理论研究至关重要。我们基于发展的顺序多尺度模拟方法研究了多晶钨的中子预辐照损伤及其对低能（20 eV）氢注入下缺陷动力学演化和氢滞留分布的影响。通过定量对比有无中子预辐照的多晶钨中氢的滞留行为,我们发现中子预辐照损伤产生的稳定空位团簇作为新的氢捕获点,加剧了氢在近表面处的滞留和表面损伤,限制了其向深度的扩散,从而导致了低能氢滞留量的急剧增加。相关结果将直接为实际等离子体环境下聚变堆钨基材料的辐照损伤和氢氦效应提供理论指导与预测。