近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟研究

作     者：白雨蓉 李培 何欢 刘方 李薇 贺朝会 

作者机构：西安交通大学核科学与技术学院 

出 版 物：《物理学报》 (Acta Physica Sinica)

年 卷 期：2023年

核心收录：

学科分类：08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金(批准号:11975179)资助的课题 

主　　题：磷化铟 位移损伤 Geant4 NIEL 近地轨道 

摘      要：磷化铟（InP）材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点，是制备航天器电子器件的优良材料。近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大，其在InP电子器件中产生的位移损失效应，是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素。本文使用蒙特卡洛软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150 μm 二氧化硅和2.54 mm 铝层屏蔽后，在500/1000/5000 μm InP材料中产生的非电离能量损失（Non-ionizing energy loss， NIEL）、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能。研究发现：低能质子射程短且较易发生非电离反应，入射粒子能谱中低能粒子占比越大，材料厚度越小，NIEL值越大；计算质子和α粒子年总非电离损伤能，质子的年总非电离损伤能占比达98%，表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素；α粒子年总非电离损伤能占比小，但其在InP中的NIEL约为质子的2～10倍，应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应。本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供参考依据。