低能質子在半導體材料Si和GaAs中的非電離能損

周志祥

(三江學院，江蘇 南京 210012)

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低能質子在半導體材料Si和GaAs中的非電離能損

周志祥

(三江學院，江蘇 南京 210012)

分析了新型光電器件在常規空間輻射環境下，電子器件所產生的一系列位移型損傷及對應成因。經多次對比實驗發現，其位移損傷和器件失效主要由非電離能損(NIEL)所誘發。其根本損耗來源為：在低能空間狀態下，庫侖間的相互作用力將凸顯，并逐漸占據主導地位。而當前主要采用的散射微分截面法，如Mott-Rutherford型散射法，均無法有效屏蔽核外電子間存在的庫侖作用力影響，從而導致大量非電離能損產生。由此，文中結合非電離能損特性及成因，在解析算法基礎上結合Monte-Carlo推衍方法，以SRIM程序模擬并推算出較精確的低能質子在半導體材料(以Si、GaAS為例)中的NIEL數值量級，同時參照薄靶近似思想改良實驗。實驗數據規律表明，能量總值為1 keV的低能質子材料中NIEL評測數值量級大約為GaAs質子材料的1/5、Summers數值量級的1/3，這一結果將為航天材質設計和改良提供重要的參考。

低能質子；半導體材料；NIEL非電離能損；Si、GaAs

現今航空作業當中，長時間工作的飛行器在宇宙輻射影響下，內部電子器件和光電器件將隨著時間延長逐漸老化，性能降低的同時出現間歇性失靈的狀況。對于衛星設備或是空間宇宙飛行器等高精度航天設備將產生致命的影響，嚴重情況下有可能造成作業失誤、脫離軌道甚至操作系統癱瘓、飛行器失靈墜毀[1]。輻射對電子器件的影響效能中，非電離能損(NIEL)占據主導因素，使內部材質在常年輻射后逐漸變性失效?！?br>