300 eV—1GeV质子在硅中非电离能损的计算

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.引起质子在硅中NIEL的作用机理有库仑相互作用和核相互作用,质子能量范围从位移损伤阈能到1 GeV.当质子能量位于低能区时,库仑相互作用占主导地位,采用解析方法和TRIM程序计算NIEL;当质子能量位于高能区时,NIEL主要来自质子与靶原子核的弹性和非弹性相互作用,使用MCNPX/HTAPE3X进行模拟仿真计算由核反应引起的NIEL.实现了能量范围为300 eV—1 GeV的质子入射硅时NIEL的计算.计算结果表明,MCNPX/HTAPE3X可用于计算高能质子在材料中产生的反冲核所引起的NIEL,结合解析方法和TRIM程序可计算得到由于库仑相互作用引起的NIEL.     

低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.由于低能时库仑相互作用占主导地位,一般采用Mott-Rutherford微分散射截面,但它没考虑核外电子库仑屏蔽的影响.为此,本文采用解析法和基于Monte-Carlo方法的SRIM程序计算了考虑库仑屏蔽效应后低能质子在半导体材料Si,GaAs中的NIEL,SRIM程序在计算过程中采用薄靶近似法, 并与其他作者的计算数据和实验数据进行了比较.结果表明：用SRIM程序计算NIEL时采用薄靶近似法处理是比较合理的,同时考虑库仑 关键词： 低能质子 非电离能损 硅 砷化镓     

质子和1MeV中子在硅中能量沉积的模拟计算

在现有中子截面数据和粒子与物质相互作用的理论基础上,编写了计算中子非电离能量损失(NIEL)和电离能量损失(IEL)程序,利用该程序和引进的TRIM95程序计算了1MeV中子和质子在硅中IEL和NIEL的大小和分布等,并对计算结果进行了分析和比较.     

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss, NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小, NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2—10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.     

低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

非电离能损(NIEL)引起的位移损伤是导致空间辐射环境中新型光电器件失效的主要因素.由于低能时库仑相互作用占主导地位，一般采用Mott-Rutherford微分散射截面，但它没考虑核外电子库仑屏蔽的影响.为此，本文采用解析法和基于Monte-Carlo方法的SRIM程序计算了考虑库仑屏蔽效应后低能质子在半导体材料Si,GaAs中的NIEL，SRIM程序在计算过程中采用薄靶近似法, 并与其他作者的计算数据和实验数据进行了比较.结果表明：用SRIM程序计算NIEL时采用薄靶近似法处理是比较合理的，同时考虑库仑     

空间重离子入射磷化铟的位移损伤模拟

磷化铟(InP)具备电子迁移率高、禁带宽度大、耐高温、耐辐射等特性,是制备空间辐射环境下电子器件的重要材料.随着电子器件小型化,单个重离子在器件灵敏体积内产生的位移损伤效应可能会导致其永久失效.因此,本文使用蒙特卡罗软件Geant4模拟空间重离子(碳、氮、氧、铁)在InP材料中的输运过程,计算重离子的非电离能量损失(non-ionizing energy loss, NIEL),得到重离子入射InP材料的位移损伤规律,主要结论有:1) NIEL值与原子序数的平方成正比,重离子原子序数越大,在InP材料中产生位移损伤的能力越强;2)重离子NIEL比次级粒子NIEL大3—4个量级,而NIEL与核弹性碰撞产生的反冲原子的非电离损伤能成正比,说明重离子在材料中撞出的初级反冲原子是导致InP材料中产生位移损伤的主要原因; 3)空间辐射环境中重离子数目占比少,一年中重离子在0.0125 mm3 InP中产生的总非电离损伤能占比为2.52%,但重离子NIEL值是质子和a粒子的2—30倍,仍需考虑单个空间重离子入射InP电子器件产生的位移损伤效应.4)低能重离子在较厚材料中完全沉积导致平均非电离损伤能分布不均匀(前高后低),使NIEL值随材料厚度的增大而略微减小,重离子位移损伤严重区域分布在材料前端.研究结果为InP材料在空间辐射环境中的应用打下基础.     

~(60)Co和高能电子在硅中NIEL的Monte Carlo计算

本文提出了计算高能电子和 非电离能量损失 (NIEL)的 Monte Carlo方法 ,首次利用 Monte Carlo方法计算了高能电子和 6 0 Co 的 NIEL.给出了电子和 6 0 Co 在半导体硅材料中产生的 NIEL和缺陷分布 .计算结果与文献的比较表明模型是合理的 .     

60Coγ和高能电子在硅中NIEL的Monte Carlo计算

本文提出了计算高能电子和γ非电离能量损失(NIEL)的Monte Carlo方法,首次利用Monte Carlo方法计算了高能电子和⁶⁰Coγ的NIEL.给出了电子和⁶⁰Coγ在半导体硅材料中产生的NIEL和缺陷分布.计算结果与文献的比较表明模型是合理的.     

位移损伤剂量法评估空间GaAs/Ge太阳电池辐照损伤过程

本文针对GaAs/Ge太阳电池,利用位移损伤剂量法研究了其在轨服役条件下的性能退化行为.首先在地面模拟辐照环境中,试验获得了在不同能量的电子和质子辐照下的电池性能随辐照注量的退化行为.基于上述实验结果以及计算获得的带电粒子在电池中的非电离能量损失(NIEL)获得了不同能量电子辐照位移损伤的等效指数n为1.7,电子损伤剂量转化为质子损伤剂量等效系数为5.2,并进一步建立了电池性能随位移损伤剂量的退化方程.利用该方法对国产GaAs/Ge太阳电池在500,22000和36000 km轨道带电粒子辐 关键词： GaAs/Ge太阳电池 辐照损伤 带电粒子 位移损伤剂量     

Phonon contribution to nonionizing energy loss in silicon detectors

Nonionizing energy loss (NIEL) has been applied to a number of studies concerning displacement damage effects in materials and devices. However, most studies consider only the contribution of displacement damage effects, neglecting the contribution from phonons. In this paper, a NIEL model, which considers the contribution of phonons, has been established using the Monte Carlo code SRIM. The maximum endurable fluence for silicon detectors has been estimated using the equivalent irradiation fluence compared with experimental data for the incident particles. NIEL is proportional to the equivalent irradiation fluence that the detector has received.     

Correlation between Displacement Damage Dose and Proton Irradiation Effects on GaInP/GaAs/Ge Space Solar Cells

The irradiation effects of 0.28-2.80 MeV protons on GalnP/GaAs/Ge solar cells have been analysed, and then correlated with the displacement damage dose. The results of I-V and spectral response measurements, combined with the SRIM-derived vacancies produced rates, show that the degradation of the solar cells is largely determined by the displacement damage of the GaAs sub-cell. Thus the SRIM-derived NIEL values for protons in the GaAs sub-cell are used to calculate the displacement damage dose. It is shown that the irradiation effects of the solar cells caused by protons at different energies are correlated well with the aid of displacement damage dose.     

质子在碳化硅中不同深度的非电离能量损失

利用蒙特卡罗方法,应用Geant4程序,模拟计算了1—500 MeV质子在碳化硅材料中的非电离能量损失,并研究了不同种类的初级反冲原子对非电离能量损失的贡献.模拟结果表明:在相同质子辐照下,碳化硅材料中的非电离能量损失要比硅、镓等半导体材料更小,说明碳化硅器件的稳定性更好,抗位移损伤能力更强;当靶材料足够厚时,在不同能量质子辐照下,材料损伤最严重的区域会随着质子入射能量的增加从质子射程末端逐渐前移到材料表面;不同种类的初级反冲原子对非电离能量损失的贡献表明,在低能质子辐照下,28Si和~(12)C是位移损伤的主要原因,而随着质子能量的增加,通过核反应等过程产生的次级离子迅速增多,并对材料浅层造成严重的位移损伤.     

MeV能量离子在生物样品中的能量损失与能量离散

为了研究 MeV能量离子在生物样品中的能量损失与能量离散, 分别使用1.0, 1.8和2.8 MeV质子和4.5 MeV氦离子分别辐照不同质量厚度的洋葱内表皮膜。 当质子穿过该生物样品后, 可以利用透射能谱测量透射离子的能量损失和能量离散。 实验结果显示, 在以上的生物样品中, MeV能量离子的能量损失值和TRIM程序模拟的结果相吻合, 但是透射离子的能量离散值却与TRIM程序模拟结果有很大的不同。 结合生物样品的结构不均匀的特性, 对Bohr能量离散理论进行了修正, 并发现修正后的Bohr能量离散理论计算结果与实验值符合得很好。     

Non-ionizing energy loss calculations for modeling electron-induced degradation of Cu(In,Ga)Se_2 thin-film solar cells

The lowest energies which make Cu,In,Ga,and Se atoms composing Cu(In,Ga)Se_2(CIGS) material displaced from their lattice sites are evaluated,respectively.The non-ionizing energy loss(NIEL) for electron in CIGS material is calculated analytically using the Mott differential cross section.The relation of the introduction rate(k) of the recombination centers to NIEL is modified,then the values of k at different electron energies are calculated.Degradation modeling of CIGS thin-film solar cells irradiated with various-energy electrons is performed according to the characterization of solar cells and the recombination centers.The validity of the modeling approach is verified by comparison with the experimental data.     

电荷耦合器件在质子辐照下的粒子输运仿真与效应分析

应用蒙特卡洛方法计算了质子在科学级电荷耦合器件(charge-coupled device, CCD) 结构中的能量沉积, 并结合该CCD的质子辐照试验及退火试验数据, 分析了器件的辐射损伤机理. 仿真计算体硅内沉积的位移损伤剂量和栅氧化层的电离损伤剂量, 辐照与退火试验过程中主要考察暗信号、电荷转移效率两个参数的变化规律. 研究结果显示, 暗信号和电荷转移效率的变化规律与位移、电离损伤剂量一致; 退火后暗信号大幅度降低, 辐照导致的表面暗信号增加占总暗信号增加的比例至少为80%; 退火后电荷转移效率恢复较小, 电荷转移效率降低的原因主要为体缺陷. 通过总结试验规律, 推导出了电荷转移效率退化程度的预估公式及其损伤因子k_damage.