Geant4在中子辐射效应中的应用

中子辐射效应是半导体器件在辐射环境中损伤的重要因素。本文建立了中子在半导体材料中的电离和非电离能量沉积、原子空位密度的Geant4模拟方法。电离能量沉积可用于分析电离总剂量效应,非电离能量沉积可用于分析位移损伤效应。电离kerma因子的模拟结果定量解释了中子辐照在CMOS工艺单片机中引起的电离增强效应。通过原子空位密度计算了中子引入的附加陷阱密度,分析了位移损伤对电离效应的增强作用。实验和模拟结果表明,中子的电离能量沉积加剧了CMOS工艺单片机的退化。

CCD质子辐照损伤效应的三维蒙特卡罗模拟

针对空间质子诱发CCD性能退化问题,开展了CCD质子辐照效应的三维蒙特卡罗模拟研究。采用三维蒙特卡罗软件Geant4模拟计算了不同能量质子在Si和SiO_2中的射程及Bragg峰,分析了不同能量质子在材料中能量沉积的过程,并将模拟结果与相关数据进行对比,模拟误差在5%以内。根据质子与材料相互作用的物理过程,选取了合适的Lindhard分离函数,添加合适的物理过程,模拟计算了不同能量质子在SiO_2中的电离能量损失和Si中的非电离能量损失,并将结果与国外相关数据进行对比。根据CCD的生产工艺参数,建立了单个像元的三维模拟模型,确定了质子辐照损伤的灵敏体积,模拟计算了不同能量质子在像元灵敏体积内的电离能量沉积与非电离能量沉积,分析了CCD不同能量质子的辐照损伤差异产生的机理。结合粒子输运计算结果与CCD质子辐照实验结果,分析了质子辐照诱发CCD辐射敏感参数退化的物理机制。