低能质子在半导体材料Si和GaAs中的非电离能损研究

精品文档---下载后可任意编辑唐欣欣 1)2) 罗文芸 1)† 王朝壮 1)2) 贺新福 2)3) 查元梓 1) 樊胜 3) 黄小龙 3) 王传珊 1)1）（上海大学射线应用讨论所， 上海 202400）2）(上海大学，理学院，上海 202444 )3）（中国原子能科学讨论院， 北京 102413）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，一般采纳 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，本文采纳解析法和基于 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纳薄靶近似法, 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 时采纳薄靶近似法处理是比较合理的，同时考虑库仑屏蔽效应后的 NIEL 较没考虑前要小，这在航天设计中有着重要的意义。关键词：低能质子，非电离能损，硅，砷化镓PACC: 8760P，2540C1.引言应用于卫星或空间飞行器的电子器件和光电器件在长时间受到空间辐射后，性能逐渐降低或失灵，严重时可能导致整个电子学系统瘫痪[1]。辐射效应包括总剂量效应、单粒子效应和位移损伤效应。其中非电离能损（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[2]。传统的讨论只注重不同辐射条件下电离辐射对器件的影响[3,4]，这主要是 MOS 器件是一种表面器件，对电离辐射比较敏感，再加上非电离能损所占的比重很少（<1％）[5]。随着新型光电器件（如 LED、CCD 等）的应用，非电离能损（NIEL）讨论的重要性也日渐突出。NIEL 是指粒子与材料相互作用时，造成原子位移所对应的部分能量损失。在预测位移损伤引起的参数衰变时，通常只需要考虑损伤过程的第一步，即入射粒子及其产生的次级粒子在半导体中的非电离能量沉积就行了。大量实验证明：位移损伤引起的半导体器件及光电器件性能的变化在大多数情况下与位移损伤碰撞过程中传递的非电离能量损失的量成正比[6]，因此，可以通过计算某一给定能量的粒子在器件材料中 NIEL 的大小，来推导其它粒子对器件性能的衰变的情况。从而建立起 NIEL 标尺（Scaling），这为将物理量转化为工程量提供了极其有用的手段。为了使器件能在辐射环境下正常工作，需实行一系列抗辐射加固技术。对空间质子能谱的屏蔽而言，轻材料比重材料的屏蔽效果好（例如轻材料选铝...