【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域，具体是一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法。
技术介绍
1、晶圆质子辐照是半导体芯片领域一道重要工艺。基于此，自研了辐照加速器，对芯片进行辐照，但其辐射影响不可忽略。在加工中，辐射由加速器产生，可能会对设备、人员等造成不可逆的辐射伤害，因此，需要对其的辐射影响进行辐射屏蔽计算。
2、辐射屏蔽计算是核技术发展中不可或缺的一部分，它利用数学模型来预测和评估屏蔽材料对有害辐射的防护效果。通过完善的辐射屏蔽计算工作，可以为屏蔽设计提供依据和优化方案，从而保证核能技术的安全使用，减少辐射对人员和环境的危害，提高核设施的可靠性和寿命。
3、目前主流的辐射屏蔽计算方法主要有以下三类：蒙特卡罗方法、离散纵坐标方法和点核积分方法。这些方法都在核技术发展中起到了重要作用，并为屏蔽设计提供了依据和优化方案。
4、首先，离散纵坐标法是一种确定论方法，它利用有限差分近似来计算中子或光子通量的空间分布。在该方法中，通常将空间划分成许多小单元，并使用有限差分近似来计算中子或者光子通量的空间分布。同时，该方法也将需要计算中子、光子通量的整个能量区间划分为多个能量组，用多群公式来处理中子、光子反应截面的能量依赖性，并用勒让德展开来描述微分散射截面。
5、其次，点核积分方法虽然是一种确定论的方法，但是具有明显的经验性。这种方法将放射源离散为若干点核(视为点源)，然后计算每一个点核在剂量点的剂量率值，最后将所有点核的剂量率值求和得到剂量点处总的剂量率。
6、至于蒙特卡罗
7、晶圆质子辐照的辐射场计算，既是评估设备辐射影响的重要途经，更是对人员安全的重要保障。在计算中鉴于质子的穿透能力较弱，通常是对质子与晶圆碰撞产生的次级粒子影响进行计算，包括次级中子与次级伽马粒子，计算粒子在空间中的剂量影响。在传统的计算中，对于此类次级辐射场屏蔽计算多使用蒙特卡罗方法进行直接计算，而蒙特卡罗方法限于其方法特点常常需要大量的时间进行模拟计算，对每一个粒子与材料可能发生的反应都进行估算、模拟。
8、另一方面，辐照产生的辐射源项包括来自(p,n)反应生成的次级中子，这部分中子的产额往往较低，利用蒙特卡罗方法直接模拟，效率将更进一步降低。此外，在进行屏蔽计算时，需要考虑屏蔽墙外的辐射剂量，蒙特卡罗方法对于深穿透问题存在效率低下的问题，往往需要大量的时间才能模拟足够的散射、穿透的中子对屏蔽墙外造成的影响。在这三重影响的叠加下，使得传统的次生中子辐射场计算需要大量算力和时间。而其他如离散纵标法、点核积分法在计算次级中子的辐射场时又由于其方法限制，难以进行直接计算。
9、综合上述描述，对于一些需要快速评估辐射情况的场景，利用传统方法快速获得中子辐射场信息存在困难。
技术实现思路
1、专利技术目的：提供一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，以解决现有技术存在的上述问题。
2、技术方案：一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，包括：
3、步骤1、建立蒙特卡罗程序源项计算区域，利用蒙特卡罗程序建立质子束轰击晶圆的几何模型，以模拟质子加速器辐照过程；
4、步骤2、利用程序建立球形探测器包覆晶圆，记录次级中子的能谱、粒子数以及方向信息，并将其作为后续计算的源项，进行下一步计算；
5、步骤3、利用中子分出截面法根据已有的源项信息，计算空间内以及屏蔽墙外的剂量影响。
6、本专利技术通过两种方法进行耦合，可以显著提高辐射场的计算速度，部分场景计算速度提升超过百倍；
7、通过中子的分出截面法的耦合计算，减少了蒙特卡罗数据库的使用，避免了蒙特卡罗方法的高难度建模要求，降低了使用门槛；
8、利用蒙特卡罗方法计算了晶圆质子辐照引起的次级中子源项，将中子分出截面法应用到次级辐射计算中，对比传统方法，本专利技术有广阔的适用范围。
9、在进一步实施例中，所述步骤2还包括：
10、步骤21、将记录的次级粒子信息，作为下一步计算源项的理论依据来自boltzmann方程，该方程中描述了对于一个封闭曲面，其曲面等效源强可由：
11、
12、进行计算计算；
13、式中，为在该场景中可理解封闭曲面上射入及射出的粒子数目；
14、sa(rs,e,ω)为设定的等效面源强度；
15、rs,e,ω分别为面源上某一点位置，粒子能量，粒子运动方向。
16、步骤22、等效面源上的输入及射出的粒子可视为仅有流入的部分，考虑的因素包括：
17、1、根据方法区域划分原则，点核积分计算的区域并没有产生粒子的源项；
18、2、来自反射面的后向散射粒子的贡献与距离的平方成反比减少，那么点核积分计算的区域往蒙特卡罗方法计算区域的粒子流量忽略，则这个曲面上的等效源强，理解为仅有输入的粒子数目，公式变化为：
19、
20、因此，在利用蒙特卡罗方法计算中，根据上式可知，应用该方法需要对球面探测器中子数目，能量、方位角予以记录。
21、在进一步实施例中，所述步骤3还包括：
22、步骤31、利用中子分出截面法读取蒙特卡罗方法计算的数据进行下一步辐射场计算，中子分出截面法是点核积分方法中的一种，其最主要的特点是拥有高效的计算速度，其方法原理可以由以下描述解释；
23、步骤32、在多层重材料和含氢材料组合的屏蔽下，各向同性点源在剂量点处的中子剂量当量率可表示为
24、
25、式中，s为中子源强度，ti为第i层重材料屏蔽厚度，σr,i为相对于源中子的第i层重材料的分出截面；
26、为中子在含氢介质中的剂量当量率减弱因子，其值由：
27、计算；
28、式中，e0为源中子能量，e0为快中子能量下限，σt,h为中子与氢碰撞的总截面，r为中子在氢介质中的穿透距离，kh为中子注量率剂量当量率转换系数(计算中采用了icrp 74号报告中提供的数据)；
29、步骤33、在含氢材料与其他重材料均匀混合的屏蔽体屏蔽下，各向同性点源在剂量点处的中子剂量当量率为：
30、
31、式中，fh(r)为快中子在等效体密度的纯氢介质中的剂量当量率减弱因子，ai、ρi、σr,i分别为混合体重除氢以外的第i中元素的原子量、密度和微观分出截面，na为阿伏伽德罗常数；
32、步骤34、对于多层组合屏蔽和具有任意能谱s(e0)的各向同性中子点源，在剂量点r处的中子剂量当量率为：
33、
34、式中，σr'为含氢介质内除氢以外的物质的分出截面；
35、步本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤2还包括：
3.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤2还包括：
4.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤3还包括：
5.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤3还包括：
6.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤3还包括：
7.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤3还包括：
【技术特征摘要】
1.一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，包括：
2.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤2还包括：
3.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法，其特征是：所述步骤2还包括：
4.根据权利要求1所述的一种晶圆质子辐照过程中次级中子辐射场快速计算方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚贺立，冯斌，李明玥，胡云凯，于天华，桂正亚，沈轩宇，刘辉，
申请(专利权)人：国电投核力创芯无锡科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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