低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

唐欣欣; 罗文芸; 王朝壮; 贺新福; 查元梓; 樊  胜; 黄小龙; 王传珊

doi:10.7498/aps.57.1266

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低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

唐欣欣 , 罗文芸 , 王朝壮 , 贺新福 , 查元梓 , 樊胜 , 黄小龙 , 王传珊

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低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

唐欣欣, 罗文芸, 王朝壮, 贺新福, 查元梓, 樊胜, 黄小龙, 王传珊

物理学报, 2008, 57(2): 1266-1270.

doi: 10.7498/aps.57.1266

Non-ionizing energy loss of low energy proton in semiconductor materials Si and GaAs

Tang Xin-Xin, Luo Wen-Yun, Wang Chao-Zhuang, He Xin-Fu, Zha Yuan-Zi, Fan Sheng, Huang Xiao-Long, Wang Chuan-Shan

Acta Phys. Sin., 2008, 57(2): 1266-1270.

doi: 10.7498/aps.57.1266

摘要
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，一般采用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，本文采用解析法和基于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用薄靶近似法, 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时采用薄靶近似法处理是比较合理的，同时考虑库仑

关键词:
低能质子 /

非电离能损 /

硅 /

砷化镓
Abstract
The displacement damage due to non_ionizing energy loss (NIEL) is the main reason of device-malfunction in spatial radiation environments. In the low energy range where the Coulombic interaction dominates, Mott-Rutherford differential cross section is usually used in its creatment. However, electrostatic screening of nuclear charges of interacting particles is not accounted for. The NIEL induced by low energy proton in Si and GaAs have been calculated using analytical method and Monte-Carlo code (SRIM). Thin_target approximation was used when calculating NIEL by SRIM code and the result compared with that of other authors' . The results show that thin_target approximation is reasonable and NIEL scaling is feasible. The NIEL values become lower after taking into account the screening effect. The results by SRIM code are 30% and 20% of Summers's results for Si and GaAs at 1 keV, respectively. The result is very important for spacecraft design.

Keywords:
low energy proton /

NIEL /

Si /

GaAs
作者及机构信息
唐欣欣³,

罗文芸²,

王朝壮³,

贺新福¹,

查元梓²,

樊胜⁴,

黄小龙⁴,

王传珊²

(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10305021)资助的课题.
Authors and contacts
Tang Xin-Xin³,

Luo Wen-Yun²,

Wang Chao-Zhuang³,

He Xin-Fu¹,

Zha Yuan-Zi²,

Fan Sheng⁴,

Huang Xiao-Long⁴,

Wang Chuan-Shan²

(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413
参考文献

施引文献

[1]	张结印, 高飞, 张建军. 硅和锗量子计算材料研究进展. 物理学报, 2021, 70(21): 217802. doi: 10.7498/aps.70.20211492
[2]	申帅帅, 贺朝会, 李永宏. 质子在碳化硅中不同深度的非电离能量损失. 物理学报, 2018, 67(18): 182401. doi: 10.7498/aps.67.20181095
[3]	柳福提, 张淑华, 程艳, 陈向荣, 程晓洪. (GaAs)n(n=1-4)原子链电子输运性质的理论计算. 物理学报, 2016, 65(10): 106201. doi: 10.7498/aps.65.106201
[4]	罗尹虹, 张凤祁, 王燕萍, 王圆明, 郭晓强, 郭红霞. 纳米静态随机存储器低能质子单粒子翻转敏感性研究. 物理学报, 2016, 65(6): 068501. doi: 10.7498/aps.65.068501
[5]	柳福提, 程艳, 陈向荣, 程晓洪. GaAs纳米结点电子输运性质的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(13): 137303. doi: 10.7498/aps.63.137303
[6]	朱金辉, 韦源, 谢红刚, 牛胜利, 黄流兴. 300 eV–1 GeV质子在硅中非电离能损的计算. 物理学报, 2014, 63(6): 066102. doi: 10.7498/aps.63.066102
[7]	周耐根, 胡秋发, 许文祥, 李克, 周浪. 硅熔化特性的分子动力学模拟–-不同势函数的对比研究 . 物理学报, 2013, 62(14): 146401. doi: 10.7498/aps.62.146401
[8]	李保家, 周明, 张伟. 贴膜条件下飞秒激光诱导硅基表面锥状微结构. 物理学报, 2012, 61(23): 237901. doi: 10.7498/aps.61.237901
[9]	兰惠清, 徐藏. 掺硅类金刚石薄膜摩擦过程的分子动力学模拟. 物理学报, 2012, 61(13): 133101. doi: 10.7498/aps.61.133101
[10]	袁春华, 李晓红, 唐多昌, 杨宏道, 李国强. Nd:YAG纳秒激光诱导硅表面微结构的演化. 物理学报, 2010, 59(10): 7015-7019. doi: 10.7498/aps.59.7015
[11]	李爱华, 张凯旺, 孟利军, 李俊, 刘文亮, 钟建新. 基于graphene条带的硅纳米结构. 物理学报, 2008, 57(7): 4356-4363. doi: 10.7498/aps.57.4356
[12]	刘霖, 叶玉堂, 吴云峰, 方亮, 陆佳佳. GaAs表面不同运动状态H2SO4-H2O2-H2O液滴的红外辐射特性. 物理学报, 2007, 56(6): 3172-3177. doi: 10.7498/aps.56.3172
[13]	孟利军, 张凯旺, 钟建新. 硅纳米颗粒在碳纳米管表面生长的分子动力学模拟. 物理学报, 2007, 56(2): 1009-1013. doi: 10.7498/aps.56.1009
[14]	刘丽峰, 吕惠宾, 戴守愚, 陈正豪. 巨磁电阻材料La0.9Sr0.1MnO3与半导体Si组成的二极管的整流特性. 物理学报, 2005, 54(5): 2342-2345. doi: 10.7498/aps.54.2342
[15]	郭立俊, Jan-Peter Wüstenberg, Andreyev Oleksiy, Michael Bauer, Martin Aeschlimann. 利用飞秒双光子光电子发射研究GaAs(100)的自旋动力学过程. 物理学报, 2005, 54(7): 3200-3205. doi: 10.7498/aps.54.3200
[16]	陈鸣波, 崔容强, 王亮兴, 张忠卫, 陆剑峰, 池卫英. p-n 型GaInP2/GaAs叠层太阳电池研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3632-3636. doi: 10.7498/aps.53.3632
[17]	姜金龙, 李文杰, 周立, 赵汝光, 杨威生. 高指数稳定硅表面的低能电子衍射图分析. 物理学报, 2003, 52(1): 156-162. doi: 10.7498/aps.52.156
[18]	皇甫鲁江, 朱长纯, 淮永进. 掺杂浓度对硅锥阴极特性的影响. 物理学报, 2002, 51(2): 382-388. doi: 10.7498/aps.51.382
[19]	李文杰, 姜金龙, 周立, 赵汝光, 杨威生. 三个新的稳定硅表面及其家族领地. 物理学报, 2002, 51(11): 2567-2574. doi: 10.7498/aps.51.2567
[20]	戴永兵, 沈荷生, 张志明, 何贤昶, 胡晓君, 孙方宏, 莘海维. 金刚石/硅(001)异质界面的分子动力学模拟研究. 物理学报, 2001, 50(2): 244-250. doi: 10.7498/aps.50.244

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物理学报. 2008, 57(2): 1266-1270.

doi: 10.7498/aps.57.1266.

低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

1. (1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

基金项目: 国家自然科学基金(批准号：10305021)资助的课题.

收稿日期: 2007-01-24
修回日期: 2007-06-08
刊出日期: 2008-01-05

摘要: 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，一般采用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，本文采用解析法和基于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用薄靶近似法, 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时采用薄靶近似法处理是比较合理的，同时考虑库仑

关键词:

English Abstract

Non-ionizing energy loss of low energy proton in semiconductor materials Si and GaAs

1.
(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

Received Date: 24 January 2007
Accepted Date: 08 June 2007
Published Online: 05 January 2008

Abstract: The displacement damage due to non_ionizing energy loss (NIEL) is the main reason of device-malfunction in spatial radiation environments. In the low energy range where the Coulombic interaction dominates, Mott-Rutherford differential cross section is usually used in its creatment. However, electrostatic screening of nuclear charges of interacting particles is not accounted for. The NIEL induced by low energy proton in Si and GaAs have been calculated using analytical method and Monte-Carlo code (SRIM). Thin_target approximation was used when calculating NIEL by SRIM code and the result compared with that of other authors' . The results show that thin_target approximation is reasonable and NIEL scaling is feasible. The NIEL values become lower after taking into account the screening effect. The results by SRIM code are 30% and 20% of Summers's results for Si and GaAs at 1 keV, respectively. The result is very important for spacecraft design.

Keywords:

low energy proton /
NIEL /
Si /
GaAs

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Non-ionizing energy loss of low energy proton in semiconductor materials Si and GaAs

摘要

Abstract

作者及机构信息

(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

Authors and contacts

(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

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低能质子在半导体材料Si 和GaAs中的非电离能损研究

English Abstract

Non-ionizing energy loss of low energy proton in semiconductor materials Si and GaAs

1.
(1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

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English Abstract

Non-ionizing energy loss of low energy proton in semiconductor materials Si and GaAs

1. (1)上海大学理学院，上海 200444；中国原子能科学研究院,北京 102413; (2)上海大学射线应用研究所，上海 201800; (3)上海大学射线应用研究所，上海 201800；上海大学理学院，上海 200444; (4)中国原子能科学研究院,北京 102413

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