同位素30Si在提高半导体器件抗质子辐射、导电性中的应用

技术领域

本发明涉及半导体器件技术与核技术利用技术领域，尤其涉及一种同位素

背景技术

硅在地壳中的原子百分含量为16.7％，在自然界中有三种稳定存在形式，其中稳定的同位素

随着科技的日益发展，许多国家都越来越重视在航天领域的探索，这就无法避免利用航天器去探测深空内部的各种信息。半导体器件在使用中就面临着极端恶劣的条件，这就要求航天器长期处于深空环境工作中，但是由于空间中存在着天然辐射源，且天然辐射源主要有：银河宇宙射线、太阳宇宙射线以及围绕地球的地磁俘获带辐射。其中，太阳宇宙射线中绝大部分是质子流(占90％以上)，能量主要集中在1MeV至几百电子伏；银河宇宙射线主要由质子(84.3％)、氦离子(14.4％)和高能重离子(1.3％)组成。这些不同能量和类型的空间粒子就会引起航天器发生单粒子效应、总剂量效应、以及对航天器材料造成位移损伤，导致其性能降低，使用寿命变短甚至是功能失效。因此，空间辐射损伤是影响航天器在轨长期可靠运行的重要因素之一。

对于半导体材料辐照损伤主要有两种：(1)位移辐照效应；(2)电离辐照效应。当空间中高能粒子入射电离的能量损失导致辐照材料中电子-空穴对的产生这称为电离辐照效应。非电离能沉积引起器件位移损伤，主要是由足够的能量从入射高能粒子转移到晶格原子，使其偏离正常位置造成。位移损伤通过原子与入射粒子发生三种相互作用：库伦散射、核弹性散射和非核弹性散射过程，一旦这个过程中产生一个PKA原子就会通过库仑散射和核弹性散射引入位移损伤，而晶格中产生的缺陷就是由PKA和任何下一代高能反冲产生。位移损伤最简单的情况下是产生空位和间隙原子，空位是在排列有序的晶格中由于原子离开其原来位置而产生的，间隙原子是在非晶格位置上的原子，空位会和其附近的间隙原子形成缺陷对，这种缺陷对就被称为弗兰克尔缺陷对。还有一种常见的缺陷-双空位(由两个空位组成)或者产生更大的空位团体，在更为复杂的情况下空位或间隙原子还会和杂质原子产生更为复杂的缺陷。缺陷与缺陷之间如果相隔很远，那就是孤立存在的点缺陷，若缺陷与缺陷之间相隔很近，那么就会产生缺陷团簇，在晶体的局部产生无序区-缺陷是否聚集取决于入射粒子的质量和能量。

在航天中为了提高器件使用寿命，存在着多种技术手段，可以主要归类为三种方法：材料和工艺加固(RHBP)、设计加固(RHBD)和封装加固(RHBS)，其中，RHBP法虽然能够能直接提高器件本身的使用寿命能够按照要求制造出小尺寸和规格的器件，但是成本较高，而且必须要有严格加工工艺以避免在制作和加工过程中对材料引入其余和杂质和缺陷；RHBD法虽然通过集成电路的优化降低了工艺上的成本，但在一定程度上是集成电路的版图面积变大从而导致电路延迟升高、运算速度下降；RHBS法虽然能很大程度上减轻器件的损坏、操作方法简单，但是对封装材料性能有严格的要求与标准，要把屏蔽辐射的可靠性和低外壳成本同时兼顾也比较困难。由于辐射损伤产生的损伤机制很复杂，对于器件的影响也是多方面考虑的，而目前的抗辐射加固方法并不完善，都无法有效实现对抗质子辐射能力的改善，因此为抗辐射加固技术探索新的方法和技术是十分必要的。

为此，本发明提供一种同位素

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供一种同位素

本发明的一种同位素

本发明提供一种同位素

进一步地，将同位素

进一步地，采用的同位素

进一步地，所述

进一步地，所述

进一步地，所述

进一步地，所述

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明通过将同位素

本发明获得的

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，本发明以下实施例中所提及的LAMMPS大规模分子动力学模拟软件是一种以原子为最小单元，用来计算多体体系的平衡和传递能量的方法，可以计算体系的分子，本发明用该软件计算在相同质子能量下，纯

实施例

采用LAMMPS大规模分子动力学模拟软件，对处于能量为10keV和20keV的质子辐照下，纯同位素

表1纯

由从表1中可以得出，在10keV质子辐照下，

基于上述，本发明获得的

采用VASP软件，纯

表2纯

从表2可以看出，在300K温度下，

且根据分子(原子或原子核)的结构稳定性进行判断。结合能为几个粒子从自由状态结合成为一个复合粒子时所释放的能量。结合能数值越大，分子(原子或原子核)的结构就越稳定。由于晶格原子的结合能力越强，晶格原子所需的离位阈能越大，而离位阈能与位移损伤存在一定的关系，离位阈能越高，则相同能量粒子下产生的位移损伤就会越小，因此得到

采用VASP软件，纯

表3纯

从表3可以看出，

综上所述，本发明通过将同位素

显然，上述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。