空間重離子入射磷化銦的位移損傷模擬*

白雨蓉 李永宏 劉方 廖文龍 何歡 楊衛(wèi)濤 賀朝會(huì)

(西安交通大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 西安 710049)

磷化銦(InP)具備電子遷移率高、禁帶寬度大、耐高溫、耐輻射等特性, 是制備空間輻射環(huán)境下電子器件的重要材料.隨著電子器件小型化, 單個(gè)重離子在器件靈敏體積內(nèi)產(chǎn)生的位移損傷效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致其永久失效.因此, 本文使用蒙特卡羅軟件Geant4模擬空間重離子(碳、氮、氧、鐵)在InP材料中的輸運(yùn)過(guò)程, 計(jì)算重離子的非電離能量損失(non-ionizing energy loss, NIEL), 得到重離子入射InP材料的位移損傷規(guī)律, 主要結(jié)論有: 1) NIEL值與原子序數(shù)的平方成正比, 重離子原子序數(shù)越大, 在InP材料中產(chǎn)生位移損傷的能力越強(qiáng);2)重離子NIEL比次級(jí)粒子NIEL大3—4個(gè)量級(jí), 而NIEL與核彈性碰撞產(chǎn)生的反沖原子的非電離損傷能成正比, 說(shuō)明重離子在材料中撞出的初級(jí)反沖原子是導(dǎo)致InP材料中產(chǎn)生位移損傷的主要原因; 3)空間輻射環(huán)境中重離子數(shù)目占比少, 一年中重離子在0.0125 mm3 InP中產(chǎn)生的總非電離損傷能占比為2.52%, 但重離子NIEL值是質(zhì)子和α粒子的2—30倍, 仍需考慮單個(gè)空間重離子入射InP電子器件產(chǎn)生的位移損傷效應(yīng).4)低能重離子在較厚材料中完全沉積導(dǎo)致平均非電離損傷能分布不均勻(前高后低), 使NIEL值隨材料厚度的增大而略微減小, 重離子位移損傷嚴(yán)重區(qū)域分布在材料前端.研究結(jié)果為InP材料在空間輻射環(huán)境中的應(yīng)用打下基礎(chǔ).

1 引 言

InP作為重要的第二代半導(dǎo)體材料, 禁帶寬度大、電子遷移率高、耐高溫、抗輻照性能優(yōu)于硅和砷化鎵, 是航……