مجله فناوری و انرژی هسته ای

ارزیابی تغییرات جریان نشتی دیود سیلیکونی در معرض تابش نوترون‌های راکتور با استفاده از محاسبات دینامیک مولکولی

https://doi.org/10.48308/nucte.2022.99016
دوره 1، شماره 1 - شماره پیاپی 1
بهار 1401
صفحه 24-35
مجله فناوری و انرژی هسته ای

نویسندگان

سارا شوریان
حمید جعفری
سید امیر حسین فقهی

دانشگاه شهید بهشتی

چکیده
در این کار تغییرات جریات نشتی در یک دیود سیلیکونی ، به عنوان آرایه اصلی بسیاری از قطعات الکترونیکی، در معرض تابش نوترون های یک راکتور نوعی مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور تعیین طیف PKA  از کد مونت کارلوی MCNPX برای محاسبه اتلاف انرژی غیریونیزان در قطعه استفاده شده است. در این کار از رویکرد محاسبات دینامیک مولکولی برای بدست آوردن تعداد نقص های ایجاد شده ناشی از برخورد طیف نوترون های راکتور در یک قطعه دیود سیلیکونی استفاده شده است.  شبیه­سازی پارامترهای الکتریکی این قطعه و بررسی تغییرات آن­ها در معرض نوترون های راکتور نیز توسط نرم­افزار SILVACO انجام شده است. نتایج نشان می­دهد که جریان نشتی با برخورد نوترون­ها با محتملترین انرژی PKA در حدود 82/6 برابر مقدار آن قبل از تابش افزایش پیدا کرده و به حدود  nA/µm 54/3 می­رسد.

کلیدواژه‌ها

جریان نشتی- دیود سیلیکونی- دینامیک مولکولی- MCNPX
طیف نوترون راکتور

عنوان مقاله English

Evaluation of leakage current variations of silicon diode irradiated by reactor neutrons using molecular dynamic calculations

نویسندگان English

سارا شوریان
hamid jafari
سید امیر حسین فقهی
دانشگاه شهید بهشتی
چکیده English

In this work, the leakage current variation of a silicon diode, as the basic element of many electronic components, has been investigated in the exposure by neutron spectrum of a typical thermal rector. To determine the PKA spectrum, the MCNPX Monte Carlo code has been used to calculate the non-ionizing energy loss in the device. Molecular Dynamic Calculations are used to determine the number of reactor neutron induced defects in a silicon diode. The simulation of electrical parameters for irradiation of reactor neutron was also done by SILVACO software. The results show that the leakage current increases by about 6.82 times the amount of it before irradiation, up to about 3.54 nA/μm by the exposure of neutrons.

کلیدواژه‌ها English

  • Leakage current
  • Silicon diode
  • SILVACO
  • Molecular dynamic
  • MCNPX
  • Reactor neutron spectrum
  1. "F. Honniger, “Radiation Damage in Silicon - Defect Analysis and Detector Properties” DESY-THESIS-2008-002.".
  2. "S. Shoorian, H. Jafari, S.A.H. Feghhi, “Investigating and Calculating of Silicon Displacement defect due to irradiation on Photodiodes Using Carrier Lifetime Changes”, 25th ICOP and 11th ICEPT.".
  3. "J. R. Srour, Fellow, Cheryl J. Marshall, and Paul W. Marshall, "Review of Displacement Damage Effects in Silicon Devices", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 50, NO. 3, JUNE 2003.".
  4. "D. S. Billington and J. H. Crawford Jr.، "Radiation Damage in Solids".".
  5. "G. P. Mueller, N. D.Wilsey, and M. Rosen، "The structure of displacement،" IEEE. 1982.".
  6. "J. R. Srour, Fellow, IEEE, Cheryl J. Marshall, Member, IEEE, and Paul W. Marshall, Member, IEEE، "Review of Displacement Damage Effects in Silicon،" IEEE.".
  7. "J. Srour، "Permanent Damage Introduced by Single Particles Incident on Silicon Devices".".
  8. "J. R. Srour, Fellow, IEEE, and J. W. Palko، "A Framework for Understanding Displacement Mechanisms in Irradiated Silicon Devices،" IEEE.".
  9. "Hong Li a, et all. "The evolution of interaction between grain boundary and irradiationinduced point defects: Symmetric tilt GB in tungsten", Journal of Nuclear Materials,Volume 500, March 2018, Pages 42-49.".
  10. "S. Shoorian, H. Jafari, S.A.H. Feghhi, “Investigating and calculating the leakage current of silicon diode exposed to sputtering of protons using carrier lifetime changes”, 25th Iranian Nuclear Conference.".
  11. ""LAMMPS Documentation،" 16 Jul 2018 version.".
  12. "Cassio Stein Moura, Livio Amaral، "Molcular dynamics simulation of silicon nanostructures،" BeaminteractionswithMaterials&Atoms، pp. 37-40, 2005".
  13. L. A. N. Laboratory, "Monte Carlo N-Particle Transport Code System for Multiparticle".
  14. خ. ح. ش. م. زمانی مجید, "محاسبه طیف و شار نوترونی در سه بیم تیوب شمالی راکتور تحقیقاتی تهران برای استفاده در نوترون تراپی با بور با کد محاسباتی مونت کارلو".
  15. "Silvaco International, ATLAS (vol I & II) User's Manual, (http://www.silvaco.com/).".
  16. "W. Shockley, W.T. Read، "Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons",Physical Review (1952).".
  17. "S. A. El-Mongy، A Monte Carlo Simulation for Estimating of the Flux in a Novel Neutron Activation System using 252Cf Source, 2015".
  18. "Alyson D. Topper, Michael J. Campola, Dakai Chen, Megan C. Casey, Ka-Yen Yau, Donna J. Cochran, Kenneth, A. LaBel, Raymond L. Ladbury, Timothy K. Mondy, Martha V. O’Bryan, Jonathan A. Pellish, Edward P. Wilcox, Edward J. Wyrwas, and Michael A. Xapsos, "Co".
  19. S. Selberherr, Computational microelectronicsComputational microelectronics.
  20. [Online]. Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Semiconductor_detector.
  21. F. Honniger, Radiation Damage in Silicon - Defect Analysis and Detector Properties.
  22. J. R. Srour, Fellow, IEEE, Cheryl J. Marshall, Member, IEEE, and Paul W. Marshall, Member, IEEE, "Review of Displacement Damage Effects in Silicon Devices," IEEE.
  23. Hong Li a, Yuan Qin a, Yingying Yang a, Man Yao a, *, Xudong Wang a, Haixuan Xu b, Simon R. Phillpot, "The evolution of interaction between grain boundary and irradiationinduced point defects: Symmetric tilt GB in tungsten," ScienceDirect.
  24. ATLAS User Manual.
  25. H. Jafari,S.A.H.Feghhi, "Analyticalmodelingforgammaradiationdamageon," ScienceDirect.
  26. J.D. Dowell, R.J. Homer, I.R. Kenyon, G. Mahout!, S.J. Oglesby, "Irradiation tests of photodiodes for the ATLAS SCT readout," ELSEVIER, 1999.
  27. A. Akkermana, J. Baraka, M.B. Chadwickb, J. Levinsona, M. Murata, Y. Lifshitz, "Updated NIEL calculations for estimating the damage induced," ELSEVIER, 2001.
  28. W. Shockley, W.T. Read, "Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons," Physical Review, 1952.
  29. [Online]. Available: http://www.trad.fr/en/space/omere-software/.
  30. d. Krammer, "The silicon inner tracker of CMS: Construction, organization and future upgrade," AIP Conf.Proc. 1006 (2008) no.1, 84-90.
  31. [Online]. Available: https://home.cern/science/experiments/atlas.
  32. "J. R. Srour, Fellow, IEEE, Cheryl J. Marshall, Member, IEEE, and Paul W. Marshall, Member, IEEE، "Review of Displacement Damage Effects in Silicon Devices،" IEEE".

صفحه اصلی

راهنمای نویسندگان

ارسال مقاله

داوران

بیانیه دسترسی باز

سیاست حق مولف

مجوز دسترسی

سیاست سرقت ادبی

سیاست خودآرشیوی

تماس با ما