文档介绍：西安工业大学
硕士学位论文
高能光子在半导体中输运的蒙特卡罗模拟研究
姓名:姚香檀
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:陈世彬
20100528
‘\㈣删高能光子在半导体中输运的蒙特卡罗模拟研究摘要领域名称:光学研究指导在人为和空间辐射环境中,高能粒子和光子引起的辐射损伤是电子系统性能退化甚至失效的主要原因之一。半导体材料的辐射损伤研究是电子系统辐射损伤及其加固研究的基础。现今随着抗辐射器件在商用和民用价值的扩大,抗辐射问题将成为我们新的挑战,而研究高能光子如何在半导体中输运,是抗辐射的重要内容。本文的研究内容属于半导体器件抗辐射问题的基础,这正是本文开展此项研究的意义所在。本文采用了蒙特卡罗模拟方法,开展了高能光子对半导体材料等的损伤模拟研究,并应用计算机软件给出了模拟结果。主要研究内容如下:一、高能光子与物质相互作用机制本文系统地分析了高能光子与物质的相互作用机制,给出了光电效应、康普顿散射和正负电子对生成此三种效应的物理规律及蒙特卡罗模拟方法。二、的蒙特卡罗模拟本文利用高能光子反应截面数据库,系统地研究了的高能光子响应特性,给出了不同能量情况下,材料中发生光电效应、康普顿散射和正负电子对生成此三种效应的概率分析,以及单位长度的材料中高能光子与之发生反应的次数情况。另外,编写了模拟程序并计算了的光子在中的能量沉积及其分布,并对计算结果进行了分析。关键词:高能光子;半导体;蒙特卡罗;
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髀后者以统计物理为基础【俊U夥矫婀谕庥泻芏嘀购。在辐射效应的模拟方面,引言方法被提出来的【俊D壳案梅椒ㄒ驯还惴河τ玫礁骼嗫蒲а芯亢凸こ躺杓浦校诿扛~辐射效应是以辐射物理和固体物理为核心的徊嫜Э啤7湮锢硎枪赜诟吣芰W和光子以及它们与物质的相互作用的科学,它开始于世纪年代伦琴和贝克勒尔放射性的发现和居里夫人对镭的发现。,瓻就指出快中子的碰撞可以造成材料明显的结构变化。世纪年代末第一只晶体管问世,半导体辐射效应研究并己开始。在上世纪五十年代,半导体技术开始应用到军事和空间设备中,半导体器件辐射效应研究随之广泛起来。通过多年的研究,目前已形成了一门新兴的科学,即抗辐射电子学,其研究范围包括三个方面,即①辐照效应:研究辐射对电子器件的影响;②损伤机制:研究辐射如何对电子器件产生影响;③加固技术:研究电子器件如何对抗核辐射的影响。这三个方面是随着人们对事物认识的不断深入而不断开展的,也是相互联系,密不可分的。湎吆脱旧湎叩雀吣芄庾釉诎氲继宀牧系闹惺湓斯蹋ú罅康牡缋肽芰砍积,对工作在此环境中的半导体器件会造成重要的电离损伤效应【俊H缍杂谒ḿ骷产生瞬时光电流,造成器件瞬时失效,严重时可导致器件烧毁【;对于推骷栅极遗留下正电荷,造成阈值电压漂移等【俊T诤吮ǚ浠肪持芯哂写罅康母吣芄庾樱空间辐射环境中的高能离子和电子在材料中也会产生大量的高能光子,这些高能光子是处在此环境中的电子系统性能退化、甚至失效的主要原因之一【。目前,我国的人造地球卫星由于电离辐射损伤等原因,寿命一般只有辏兜陀诿拦佬堑钠骄倜】。为了提高电子系统的抗辐射能力,需要进行辐射损伤响应和抗辐射加固方法研究,而半导体材料的高能光子电离损伤响应研究则是研究电子系统高能光子电离损伤响应研究的基础【。这正是本文开展此项研究的意义所在。粒子输运的计算机模拟常采用蒙特卡罗方法,又叫统计试验方法或随机抽样方法。该方法是世纪年代随着电子计算机的发明和美国核武器的研究,作为一种独立的计算甓冀ň侔煲淮蚊商乜薹椒ḿ坝τ醚趸嵋椤在半导体辐射效应的计算机模拟,主要包括两种模拟方法,即数值模拟和模拟。前者是以半导体基本方程,即泊松方程、载流子连续性方程和电流密度方程为基础,椒ň哂衅涠赖降挠攀疲胧的D庀啾龋加眉扑慊诖嫘。腋子谀D不规则几何对象。椒ú煌谝话愕摹叭范ㄐ浴狈椒如直接求解非线性方程组的方法且恢炙婊檠椒ǎ莞髦纸孛媸莸玫降募嘎史植迹源顺檠W拥
国内外研究现状研究背景位置、能量和方向等来得到所求的量。椒ǖ摹安蝗范ㄐ浴痹谟谒耐臣铺匦裕即通过大量粒子的轨迹模拟,最终归至单个粒子的平均结果。从这一点来说,椒ǔ1怀莆<扑慊笛榉椒ㄓ衅湟欢ǖ牡览怼空间辐射环境和核爆炸辐射环境中具有大量的高能核辐射粒子和光子,这些辐射包括高能中子、质子、电子、湎吆蚗射线,以及高能带电离子等,它们对在此环境中工作的电子系统造成的辐射损伤是其性能退化、甚至失效的重要原因之一。模拟半导体材料或器件的辐射损伤,对进一步研究空间飞行器的抗辐射研究具有重要的指导意义。是常用的半导体材料,其较高的载流子迁移率使其成为很多高频器件的主要材料。电离能量沉积是高能光子在半导体材料中造成损伤的主要因素。蒙特卡罗方法属