[發明專利]一種重離子輻射誘導PKA計算方法

在審

• 申請號: 202210768699.0
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115169208A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 李興冀;應濤;楊劍群;徐曉東;荊宇航
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F119/02
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理有限公司 11473
• 代理人: 萬娟

本發明提供了一種重離子輻射誘導PKA計算方法，屬于空間環境效應分析技術領域。方法包括：S1、選取敏感幾何體，設置模擬參數，進行模擬輻射實驗；S2、調用Step函數、Track函數和Event函數，計算得到每一步結束時的粒子類型、動能、坐標信息；S3、設置PKA的原子類型和動能范圍以及RecoilCutoff參數，判斷每一步結束時產生的粒子類型是否是入射粒子與敏感幾何體作用而產生的PKA，如是則輸出PKA的動能數據；S4、對輸出的動能數據進行歸一化處理。本發明通過設置與器件材料對應RecoilCutoff參數進行模擬實驗，并根據判斷篩選出由入射粒子與基體材料作用產生的PKA信息，可以快速準確地得到重離子的PKA分布，導出合理的PKA能譜用于解釋科學問題。

技術領域

本發明涉及空間環境效應分析技術領域，特別涉及一種重離子輻射誘導PKA計算方法。

背景技術

應用于衛星、宇宙飛船及航天飛機的電子器件和光電器件在長時間受到空間輻射后，轟擊到器件中的高能質子、中子、α粒子、重離子等空間粒子將與基體材料相互作用造成其力學性能、組織成分和微觀結構的變化，進而引起各種輻照效應，如總劑量效應、位移損傷效應和單粒子效應，這些輻照效應使得器件或電路性能發生瞬時或永久的改變，使得整個電學系統性能逐漸降低或失靈，嚴重時可能導致整個電學系統癱瘓，從而大大影響衛星、宇宙飛船及航天飛機的服役可靠性和使用壽命。

對于硅(Si)基電子器件，重離子輻射是最致命的空間輻射環境因素，重離子輻射會使硅體結構造成永久性損傷，其中，非電離能量損失(Non Ionization Energy Loss，簡稱NIEL)引起的位移損傷效應是導致硅基電子器件失效的主要因素，而初級碰撞粒子(Primary Knock-on Atom，簡稱PKA)的位置、能量和數量分布等與非電離能量損失程度具有直接關系。目前，利用Geant4軟件模擬重離子輻照硅基電子器件產生PKA的研究較少，沒有可靠的實驗對比依據，使得對硅基電子器件的PKA和非電離能量損失信息知之甚少。因此，如果能夠找到一種方式，可以針對任意重離子入射硅基電子器件均可快速得出PKA位置、能量、方向和數量分布等信息，并進一步計算得到非電離能量損失信息，對簡化輻照試驗、節省科研資源具有重要的工程價值和科學意義，對高效預測敏感器件位移損傷以及針對敏感器件的加固具有重要的指導意義。

發明內容

針對以上現有技術中的問題，本發明提供了一種重離子輻射誘導PKA計算方法。

為實現上述目的，本發明具體通過以下技術實現：

本發明提供了一種重離子輻射誘導PKA計算方法，包括以下步驟：

S1、向Geant4軟件中導入器件的幾何文件，構建與器件結構對應的幾何模型，選取所述幾何模型中的敏感幾何體，設置模擬參數，所述模擬參數包括入射粒子參數和入射粒子與物質相互作用模型，之后進行模擬輻射實驗；

S2、調用Step函數、Track函數和Event函數，計算得到每一步結束時的粒子類型、動能、坐標信息；

S3、設置初級碰撞粒子的原子類型和動能范圍以及RecoilCutoff參數，根據判斷條件判斷每一步結束時產生的粒子類型是否是入射粒子與所述敏感幾何體相互作用而產生的所述初級碰撞粒子，如是則輸出所述初級碰撞粒子的動能數據；

S4、對輸出的所述初級碰撞粒子的動能數據進行歸一化處理，生成包括能譜分布曲線、二維深度分布曲線和三維空間分布圖中的至少一種。

進一步地，步驟S1中，所述入射粒子參數包括入射粒子類型、原子序數、原子質量、入射分布、入射能量和入射粒子數中的一種或多種。

進一步地，所述入射粒子類型包括重離子，所述重離子包括鉛離子。

進一步地，所述入射分布包括輻射源形狀和入射方向，所述輻射源形狀為點狀、線狀、面狀和體狀中的一種，所述入射方向包括各向同性和各向異性中的一種。