CN107194071A - 一种器件的线性能量转移值的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种器件的线性能量转移值的计算方法，涉及空间环境工程技术领域，利用SRIM软件来模拟空间辐射重离子入射器件过程，计算器件中LET与入射深度能量的关系，来预测重离子入射器件电离损失的能量，而且只需要很少的仿真工作就可以确定出器件中LET值，节约了试验经费和成本。

Description

一种器件的线性能量转移值的计算方法

技术领域

本发明涉及空间环境工程技术领域，特别是涉及一种器件的线性能量转移值的计算方法。

背景技术

空间辐射环境及其效应研究是一门结合空间科学与空间技术，集宏观宇宙与微观物质研究于一体的综合性学科，是空间科技发展的必要环节，单粒子效应研究是空间辐射效应研究重点之一。随着航天领域各轨道航天器在复杂空间辐射环境中数量逐渐增加，轻量化、低功耗、高可靠等需求使得高性能、高集成度宇航器件大量应用，器件特征尺寸及本征开关时间减小，单粒子效应日趋明显。

单粒子效应是指空间中单个高能粒子，在器件材料中通过直接电离作用或者核反应生成次级粒子的间接电离作用产生并累积有效电离电荷，被器件敏感节点收集后，导致器件工作状态、逻辑状态、输出电平、功能受阻等发生变化或损伤的现象。其中一个关键参数就是线性能量转移值(LET)，电离电荷量有直接关系。

在仿真过程中，很多研究者认为LET为常数，忽略了在重离子入射过程中LET的变化，这往往导致仿真结果的不可靠性，模型的不精确等问题。而空间重离子种类较多，空间应用的器件种类也较多，通过实验来确定某种离子在某种材料中的LET毕竟是有限的，因此，迫切的需要提出一种仿真计算LET的方法，来预测重离子入射器件电离损失的能量，为单粒子效应仿真以及实验奠定基础。

发明内容

本发明实施例提供了一种器件的线性能量转移值的计算方法，可以解决现有技术中存在的问题。

一种器件的线性能量转移值的计算方法，包括：

利用SRIM软件建立器件结构，设置入射粒子的种类，能量以及粒子数目，得到的电离能量损失E_{energy_loss}与入射深度D的关系；

电离能量损失E_{energy_loss}除以产生一对电子空穴对所需要的能量，即获得每微米产生的电子空穴对数，即LET由下式表示：

式中，E_e-h表示产生一对电子空穴对所需要的能量。

优选地，利用SRIM软件建立器件结构包括建立器件的各层材料，厚度和组分。

本发明实施例中的一种器件的线性能量转移值的计算方法，利用SRIM软件来模拟空间辐射重离子入射器件过程，计算器件中LET与入射深度能量的关系，来预测重离子入射器件电离损失的能量，而且只需要很少的仿真工作就可以确定出器件中LET值，节约了试验经费和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是SRIM仿真重离子(2MeV氧离子)入射InP/InGaAs HBT器件过程示意图；

图2是电离能量损失与入射深度D关系图；

图3是线性能量转移值(LET)与入射深度D关系图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例中提供的一种器件的线性能量转移值的计算方法，该方法包括以下步骤：

利用SRIM软件建立器件结构，包括器件各层材料，厚度，组分等，并设置入射粒子的种类，能量以及粒子数目，最终得到的电离能量损失E_{energy_loss}与入射深度D的关系；

在单粒子效应中，LET(线性能量转移值)与电离损伤(重离子损失的能量)，这两者具有等效的意义。因此，电离能量损失E_{energy_loss}(单位：eV/μm)除以产生一对电子空穴对所需要的能量(eV/pair)，即可获得每微米产生的电子空穴对数(pair/μm)，进而可以将单位转化成(pC/μm)或者MeV*cm²/mg，即LET由下式表示：

式中，LET单位为pair/μm，E_e-h表示产生一对电子空穴对所需要的能量，单位为eV/pair。

下面结合具体实例对本发明的方法进行详细说明：

1.以2MeV入射InP/InGaAs HBT器件为例，设置初始能量E₀＝2MeV，离子数目为99999个，利用SRIM软件模拟氧离子入射InP/InGaAs HBT器件的过程，如图1所示；

2.仿真得到入射氧离子在InP/InGaAs HBT器件内的电离能量损失与入射深度D关系图，如图2所示；

3.结合电离能量损失与入射深度D的仿真结果，计算InP/InGaAs HBT器件中的LET，见下式：

对InP材料，产生一对电子空穴对需要的能量为4.5eV；对InGaAs材料，产生一对电子空穴对需要的能量为2.9eV。电离能量损失(单位：eV/μm)除以产生一对电子空穴对所需要的能量(eV/pair)，即可获得每微米产生的电子空穴对数(pair/μm)，进而可以将单位转化成(pC/μm)或者MeV*cm²/mg，如图3所示。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种器件的线性能量转移值的计算方法，其特征在于，包括：

利用SRIM软件建立器件结构，设置入射粒子的种类，能量以及粒子数目，得到的电离能量损失E_{energy_loss}与入射深度D的关系；

电离能量损失E_{energy_loss}除以产生一对电子空穴对所需要的能量，即获得每微米产生的电子空穴对数，即LET由下式表示：

<mrow> <mi>L</mi> <mi>E</mi> <mi>T</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>n</mi> <mi>e</mi> <mi>r</mi> <mi>g</mi> <mi>y</mi> <mo>_</mo> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mo>-</mo> <mi>h</mi> </mrow> </msub> </mfrac> </mrow>

式中，E_e-h表示产生一对电子空穴对所需要的能量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用SRIM软件建立器件结构包括建立器件的各层材料，厚度和组分。