有效位

半导体有效位移损伤剂量计算方法的开发及其在空间场中的应用

位移损伤剂量 (DDD) 是预测在太空环境中使用且会受到辐射的半导体器件寿命的常用指标。DDD 通常根据 Norgett-Robinson-Torrens (NRT) 模型根据非电离能量损失估算，尽管所谓的有效 DDD 的新定义考虑了半导体中非晶化的分子动力学 (MD) 模拟。本研究开发了一个新模型，用于计算碳化硅 (SiC)、砷化铟 (InAs)、砷化镓 (GaAs) 和氮化镓 (GaN) 半导体的常规和有效 DDD 值。该模型是通过扩展粒子和重离子传输代码系统 (PHITS) 中实现的每原子位移计数获得的。这种新方法表明，由于直接撞击造成的非晶化，砷基化合物的有效 ​​DDD 高于传统 DDD，而由于复合缺陷，SiC 的这种关系则相反。对于暴露于质子的 SiC 和 GaN，有效 DDD/传统 DDD 比率随质子能量的增加而降低。相反，对于 InAs 和 GaAs，该比率在质子能量高达 100 MeV 时增加到 1 以上，并且趋于稳定，因为缺陷产生效率（即 MD 模拟的碰撞级联末端稳定位移数量与 NRT 模型计算的缺陷数量之比）在损伤能量值高于 20 keV 时不会增加。通过计算低地球轨道上夹在薄玻璃盖和铝板之间的半导体的有效 DDD 值，证明了该模型的实际应用。结果表明，通过将玻璃盖厚度增加到 200 μ m，可以显著降低有效 DDD，从而证实了屏蔽太空中使用的半导体器件的重要性。这种改进的 PHITS 技术有望通过预测宇宙射线环境中具有复杂几何形状的各种半导体的有效 DDD 值来协助半导体设计。