一种不同粒子位移等效性计算方法技术

本发明专利技术提供了一种不同粒子位移等效性计算方法，属于空间环境分析技术领域。方法包括：S1、构建几何模型，选取辐射位移损伤敏感区，设置模拟参数，之后进行模拟辐射实验；S2、调用Track函数和Step函数，计算得到所有步粒子的非电离能量沉积和入射方向坐标；S3、判断输出步粒子的非电离能量沉积是否为零，如不为零，则输出该步粒子的非电离能量沉积和入射方向坐标数据；S4、将选定深度区间内的输出步粒子的数据进行累加，计算得到沿入射方向的NIEL深度分布曲线，对NIEL深度分布曲线进行归一化处理。本发明专利技术基于Geant4软件进行模拟试验，根据判断条件筛选出输出步粒子的非电离能量沉积和入射方向坐标数据，之后累加计算得到NIEL，可快速得到随深度变化的NIEL分布。可快速得到随深度变化的NIEL分布。可快速得到随深度变化的NIEL分布。

【技术实现步骤摘要】
一种不同粒子位移等效性计算方法


[0001]本专利技术涉及空间环境分析
，特别涉及一种不同粒子位移等效性计算方法。

技术介绍

[0002]空间辐射环境导致的空间辐射效应是诱导航天器在轨故障的主要因素之一。空间辐射效应是指航天器电子元器件和材料在空间辐射粒子的作用下，出现的性能衰退、功能受阻或丧失的现象，主要表现为空间辐射效应有总剂量效应、移位损伤效应和单粒子效应。这就要求航天科技工作者加强对空间辐射环境与效应的研究，将空间辐射环境工程纳入航天器任务设计、轨道选择、结构布局、材料与电子元器件的选择、航天器在轨故障分析以及空间预报警等各个环节，以提高航天器的在轨可靠性与寿命。
[0003]位移损伤效应是导致空间辐射环境中航天器电子元器件和材料失效的主要因素。对于硅(Si)基电子器件，位移损伤效应会对硅体造成不可逆致命损伤，它是指大量的辐射粒子进入硅基电子器件材料内部，与材料的原子核发生弹性碰撞作用，导致材料晶格原子出现移位，内部产生缺陷，影响少数载流子寿命，从而导致器件相关性能逐步下降乃至丧失的现象。大量实验研究表明，对于大多数电子元器件和材料，当辐射粒子的类型不同时，位移损伤引起的器件的性能变化和非电离能量损失(Non
‑
Ionizing Energy Loss，NIEL)均呈线性关系，即，NIEL的分布对航天器件造成的位移损伤具有直接关系，相同的NIEL引起的位移损伤和器件性能下降往往是一样的，与辐射粒子的类型和能量无关，因此，位移损伤的计算可以转化为NIEL的计算。通过计算不同能量的特定粒子在器件材料中的NIEL，可以评价不同粒子辐照下器件的性能变化情况。
[0004]目前，模拟空间辐射粒子入射硅基电子器件的NIEL计算方法主要依据SRIM软件模拟计算离子在靶材中能量损失和分布，但SRIM软件输出数据有限，不可调整内置物理模型。而利用Geant4软件模拟辐射粒子入射硅基电子器件计算NIEL的研究报道较少，没有可靠的实验对比依据，使得对不同辐射粒子入射硅基电子器件导致的NIEL信息了解甚少。因此，如果可以针对不同辐射粒子入射硅基电子器件快速得出随深度变化的NIEL分布，对简化辐照试验、节省科研资源以及等效评估损伤具有重要的工程价值和科学意义。

技术实现思路

[0005]针对以上现有技术中的问题，本专利技术提供了一种不同粒子位移等效性计算方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术具体通过以下技术实现：
[0007]本专利技术提供了一种不同粒子位移等效性计算方法，包括以下步骤：
[0008]S1、向Geant4软件中导入器件的几何文件，构建与所述器件结构对应的几何模型，选取辐射位移损伤敏感区，设置模拟参数，所述模拟参数包括辐射源参数和入射粒子与物质相互作用模型，所述辐射源参数包括入射方向，之后进行模拟辐射实验；
[0009]S2、调用Track函数和Step函数，计算得到所有步粒子的非电离能量沉积和入射方
向坐标；
[0010]S3、设置判断条件，判断输出步粒子的所述非电离能量沉积是否为零，如不为零，则输出该步粒子的所述非电离能量沉积和所述入射方向坐标数据；
[0011]S4、将选定深度区间内的所述输出步粒子的所述非电离能量沉积数据进行累加，计算得到沿着所述入射方向的非电离能量损失深度分布曲线，对所述非电离能量损失深度分布曲线进行归一化处理。
[0012]进一步地，步骤S1中，所述器件为MOS器件，所述辐射位移损伤敏感区为离所述器件界面7
‑
9μm处。
[0013]进一步地，步骤S1中，所述入射方向垂直于所述器件界面。
[0014]进一步地，步骤S1中，所述辐射源参数还包括辐射源种类、辐射源形状、辐射源位置、辐射粒子数和入射能量中的一种或多种。
[0015]更进一步地，所述辐射源种类包括氢离子、碳离子、硅离子、锗离子、锡离子中的一种。
[0016]更进一步地，所述辐射源形状包括点状和面状中的一种。
[0017]更进一步地，所述辐射源位置的坐标为(0,0,
‑
1mm)，所述辐射粒子数为1万个，所述入射能量范围为0
‑
10GeV。
[0018]进一步地，步骤S1中，所述入射粒子与物质相互作用模型包括EmStandardNR模型和G4LindhardPartition模型。
[0019]进一步地，步骤S4中，根据第一公式将选定深度区间内的所述输出步粒子的所述非电离能量沉积数据进行累加，所述第一公式包括：
[0020][0021]其中，NIEL表示非电离能量损失，x表示所述深度区间，E
non
‑
ionizing表示所述非电离能量沉积，x
i+1
表示所述深度区间的上限值，x
i
表示所述深度区间的下限值。
[0022]更进一步地，x通过第二公式计算得到，所述第二公式包括：
[0023][0024]进一步地，步骤S4中，所述归一化处理的具体操作包括：将所述非电离能量损失深度分布曲线除以辐射粒子数以进行所述归一化处理。
[0025]本专利技术基于Geant4软件，选取重离子标准电磁模型(EmStandardNR模型和G4LindhardPartition模型)来模拟重离子与材料的交互作用过程，再通过调用Geant4软件包里的Track函数和Step函数来读取所有步粒子的非电离能量沉积和入射方向坐标等数据信息，之后将选定深度区间内的输出Step粒子的非电离能量沉积数据进行累加，计算得到非电离能量损失(NIEL)，使得针对任意重离子以任意能量、任意入射方式(包括点、面)入射器件结构，均可快速得到随深度变化的NIEL分布。快速获取不同深度的NIEL分布可为简化器件在轨运行寿命和可靠性辐照试验节省科研资源以及为位移损伤等效性研究提供有效
依据。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0027]图1为本专利技术实施例1采用不同辐射源入射器件后的NIEL深度分布曲线。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，术语“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
[0029]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细说明。
[0030]本专利技术实施例提供了一种不同粒子位移等效性计算方法，包括以下步骤：
[0031]S1、向Geant4软件中导入器件的几何文件，一般采用CAD格式的几何文件，构建与器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不同粒子位移等效性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向Geant4软件中导入器件的几何文件，构建与所述器件结构对应的几何模型，选取辐射位移损伤敏感区，设置模拟参数，所述模拟参数包括辐射源参数和入射粒子与物质相互作用模型，所述辐射源参数包括入射方向，之后进行模拟辐射实验；S2、调用Track函数和Step函数，计算得到所有步粒子的非电离能量沉积和入射方向坐标；S3、设置判断条件，判断输出步粒子的所述非电离能量沉积是否为零，如不为零，则输出该步粒子的所述非电离能量沉积和所述入射方向坐标数据；S4、将选定深度区间内的所述输出步粒子的所述非电离能量沉积数据进行累加，计算得到沿着所述入射方向的非电离能量损失深度分布曲线，对所述非电离能量损失深度分布曲线进行归一化处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述器件为MOS器件，所述辐射位移损伤敏感区为离所述器件界面7
‑
9μm处。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述入射方向垂直于所述器件界面。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述辐射源参数还包括辐射源种类、辐射源形状、辐射源位置、辐射粒子数和入射能量中的一种或多种。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述辐射源形...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴冀，杨剑群，应涛，崔秀海，李伟奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：