不同材料界面剂量增强的理论研究

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X射线或低能γ射线射入原子序数不同材料的界面时,在靠近界面的低原子序数材料区会产生剂量增强.因为低能γ射线在原子序数不同材料中的光电效应截面相差很大,高Z材料中产生的光电子浓度远远大于低Z材料,其通过界面进入低Z材料的光电子也远远多于从低Z材料中进入高Z材料的光电子,因而在低Z材料中会产生剂量增强.自20世纪70年代初发现剂量增强效应以来,电子学系统的抗辐射加固必须进行剂量增强修正.剂量增强系数是剂量增强效应的重要参数,它是进行剂量增强修正必不可少的.实验测量剂量增强系数是十分困难的,一般采用理论计算的方法.该文详细介绍了剂量增强效应的历史,国内外的研究情况;通过论述γ射线与物质相互作用的规律,从而得到了剂量增强效应之所以产生的根本原因.作为一个特殊的例子,介绍了金/硅界面的剂量增强,定义了剂量增强系数DEF(Dose-Enhancement-Factor).接着讨论了材料和电容器、器件和集成电路的剂量增强效应.介绍了蒙-卡方法的基本原理,以及在蒙-卡方法中光子和电子的数学描述.采用光子-电子联合输运模型,通过建立的界面模型和CMOS模型,设计出不同情况下的具体计算方法.再根据这些具体方法编制MCNP的入口程序,最后通过计算X射线的能量沉积来获得剂量增强.理论计算表明,X射线在钨-硅、钽-硅、钨-二氧化硅和钽-二氧化硅界面产生极强的剂量增强,这几种界面的剂量增强系数EF随能量都有相似的分布特性.从计算的剂量增强系数可以看出,增强的能量范围是10~250KeV.当光子能量超过1MeV时,光子和物质的主要作用是康普顿效应,因而计算出的DEF值接近1,不产生剂量增强.钨-硅界面的最大剂量增强系数是13,钨-二氧化硅界面最大的剂量增强系数为19,钽-硅界面的最大剂量增强系数是15,钽-二氧化硅界面的最大剂量增强系数为17.
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