一种重离子辐照终端的探测器换样方法、存储介质及系统与流程

1.本发明属于辐照终端探测器领域，具体涉及一种重离子辐照终端的探测器换样方法、存储介质及系统。


背景技术：

2.为了保证卫星、飞机、甚至地面电子设备的安全运行，需要对其中采用的电子学元器件进行考核评估；另外还需要在深入研究半导体器件辐射效应机理的基础上，采取措施提高其抗辐照性能。其中地面重离子加速器模拟手段可以在可控的条件下进行实验，考察各种因素的影响，有利于深入系统的开展研究。在重离子辐照实验过程中最重要的参数是离子的let值，该值可以通过离子的能量计算得到，因此离子能量的测验十分重要。
3.金硅面垒探测器的使用已有近50年的历史，由于其固有噪声低、窗薄线性好、成品率高等优点，在重离子的能谱测验方面有广泛的应用。实质上我们可以认为金硅面垒探测器是一个反偏的p-n结二极管，重离子轰击探测器，在结区产生大量的电子-空穴对，这些电子-空穴对在偏置电压的作用下迅速积累，经过后端的前置放大器和主放大器后会输出一个脉冲信号，此脉冲信号被多道分析仪采集。不同的入射离子电离产生的电子-空穴对总量不同，因此脉冲信号幅度就不同，以此来确定入射离子的能量。
4.但是探测器经过一段时间的辐照后，性能会逐渐下降，主要表现为探测器灵敏区中产生了大量的弗伦克尔缺陷，导致对载流子的收集效率降低，这就会使脉冲幅值减小，对于入射离子能量的测验不准确，进而导致实验中let值的不准确，影响实验结果。重离子辐照实验需要在真空罐中进行，作为重离子能量测量工具，金硅面垒探测器也需要放置在真空罐中，当实验过程中发现探测器性能下降不能满足能量测量需求后，就需要破坏辐照装置一部分的真空，将合格的探测器替换掉不满足要求的探测器，恢复真空环境之后才能继续进行实验，这将会浪费较多的重离子辐照时间。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种重离子辐照终端的探测器换样方法、存储介质及系统以规范重离子辐照实验中束流诊断流程，确定换样方法。
6.为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种重离子辐照终端的探测器换样方法，包括步骤：进行探测器选型；预估辐照损伤剂量，获取粒子损伤阈值的理论值及实验统计值；对探测器进行实验，在探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较小一个的数值时，对探测器进行测验，判断测验的探测器是否完好；继续实验至探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较大一个的数值时再次进行测验，并判断探测器能否继续使用；关注漏电流变化，当漏电流出现大幅增长时，记录损伤剂量并作为换样条件。
7.进一步，所述理论值通过计算机软件建立模型模拟计算获取。
8.进一步，所述实验统计值的获取过程包括：计算探测器受粒子辐照面积；获取入射到探测器表面的粒子数；获取出射粒子的注量；获取出射粒子的位移损伤剂量；统计探测器
两次换样之间所有出射粒子的位移损伤剂量。
9.进一步，所述对探测器进行测验包括测量探测器的电流电源特性及电容电压特性。
10.进一步，所述判断探测器能否继续使用包括：判断探测器性能是否下降；确定下降幅度并对应于能量测量精度的影响是否在允许范围内。
11.进一步，所述探测器选型考虑耗尽层厚度、灵敏面积及能量分辨率。
12.本发明还提供一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述的重离子辐照终端的探测器换样方法。
13.本发明还提供一种重离子辐照终端的探测器换样系统，包括：选型模块，用于进行探测器选型；预估模块，用于预估辐照损伤剂量，获取粒子损伤阈值的理论值及实验统计值；完好性检测模块，用于对探测器进行实验，在探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较小一个的数值时，对探测器进行测验，判断测验的探测器是否完好；性能检测模块，用于继续实验至探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较大一个的数值时再次进行测验，并判断探测器能否继续使用；漏电流关注模块，用于关注漏电流变化，当漏电流出现大幅增长时，记录损伤剂量并作为换样条件。
14.本发明的效果在于：通过以粒子损伤阈值的理论值及实验统计值为测验基准点，在实验过程中以测验基准点进行测验，从而精确的得到探测器需要换样时的损伤剂量，从而提高实验效率，保证束流参数特别是离子能量测量的准确性，规范重离子辐照实验中束流诊断流程，有效节省束流时间。
附图说明
15.图1是本发明一种重离子辐照终端的探测器换样方法的步骤流程图；
16.图2是本发明一种重离子辐照终端的探测器换样方法的模块原理示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
18.如图1-2所示，本发明提供的一种重离子辐照终端的探测器换样方法，其包括步骤：
19.s1,进行探测器选型；
20.具体的，由于金硅面垒探测器具有窗薄、线性好、成品率高、操作方便等多方面的优点，在带电离子能谱测验方面具有很大的优势。根据重离子辐照终端束流种类及能量特点来选择金硅面垒探测器参数，主要考虑耗尽层厚度、灵敏面积以及能量分辨率等参数，根据这些参数能够计算得到探测器其他参数并保证满足束流能量探测的需求。
21.探测器耗尽层厚度主要考虑重离子束流中穿透深度最大的粒子，耗尽层厚度需要大于该穿透深度。
22.探测器灵敏面积与探测器能量分辨率有十分密切的联系，灵敏面积较小的情况下能量分辨率会更高，在探测器选型时可以考虑较小的灵敏面积。
23.s2，预估辐照损伤剂量，获取粒子损伤阈值的理论值及实验统计值；
24.具体的，由于辐射累积，金硅面垒探测器使用一段时间后性能会逐渐退化，体现在
后续连接的电子学设备上即为多道分析仪上峰位道数变小，如果不进行监督，则测验得到的能量将会比实际能量偏低，影响单粒子效应辐照实验的准确性。
25.金硅面垒探测器是一种非常典型的表面势垒组建而成的p-n结型探测器，因此可以较为方便的利用计算机软件建立模型模拟计算其大致损伤情况，得到典型粒子的损伤阈值，即粒子损伤阈值的理论值。如，根据建立的简单模型及文献的查阅，得到α粒子的阈值在s阈值＝10
10
/cm2的量级。
26.但是，计算机模拟过程必然存在一定的误差，若计算得到的阈值偏大同样会造成入射粒子能量测验不准确的问题，所以仍需要通过实验对损伤阈值范围进行确定，该数据可以通过以往的实验数据统计得到。即，通过实验可得到粒子损伤阈值的实验统计值。
27.进一步地，获取粒子损伤阈值的实验统计值的过程包括：
28.s21，计算探测器受粒子辐照面积；
29.具体的，探测器受粒子辐照面积为：
[0030][0031]
其中，为探测器准直孔直径。
[0032]
s22，获取入射到探测器表面的粒子数；
[0033]
具体的，金硅面垒探测器接收到的信号经前置放大器、主放大器后到达多道分析器，通过多道分析器可以知道入射到探测器表面的粒子数n。
[0034]
s23，获取出射粒子的注量；
[0035]
具体的，任意种类的出射粒子a的注量：
[0036][0037]
其中，n为入射到探测器表面的粒子数，s为探测器受粒子辐照面积。
[0038]
s24，获取出射粒子的位移损伤剂量；
[0039]
具体的，通过出射粒子的种类和能量，可以计算得到niel,位移损伤剂量d＝任意出射粒子的注量x对应出射粒子的niel，即非电离能量损失(nonionizing energy loss)。
[0040]
以一个具体实例作为说明，假设已知a的种类和能量，可以计算得到niela，a的位移损伤剂量da＝φa×
niela。每次通过加速器调整出射粒子后都需要对粒子能量进行测验，因此需要统计得到多种粒子的辐照损伤，同理可得出射粒子b的位移损伤剂量db＝φb×
nielb，依次类推。
[0041]
s25，统计探测器两次换样之间所有出射粒子的位移损伤剂量；
[0042]
具体的，通过统计探测器两次换样之间所有出射粒子的位移损伤将，即可得到粒子损伤阈值的实验统计值。
[0043]
s3，对探测器进行实验，在探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较小一个的数值时，对探测器进行测验，判断测验的探测器是否完好；
[0044]
具体的，当经过一段时间的实验后，探测器的累积损伤剂量达到理论值和实验统计值中较小的一个，需要从辐照终端探测器平台取下探测器，并检查探测器是否完好，如完好则进入下一步，否则舍弃该探测器。
[0045]
进一步的，对探测器进行测验包括测量探测器的电流电压特性及电容电压特性。
[0046]
可以理解，在将探测器安装到辐照终端之前，需要对探测器电学性能进行测试，以保证其能够正常使用。根据探测器主要实现的功能，即入射粒子的能谱测量，应对探测器的电流电压特性和电容电压特性进行测量。
[0047]
s4，继续实验至探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较大一个的数值时再次进行测验，并判断探测器能否继续使用；
[0048]
具体的，如果探测器完好，可以继续使用理论值或实验统计值中较大的一个损伤剂量后由辐照终端探测器平台取下并再次进行测验，判断探测器是否出现性能下降，如果出现性能下降，需要确定下降幅度并对应于能量测量精度的影响是否在允许范围内，如果超出允许范围导致探测器不能使用，记录此时的损伤剂量，作为今后的换样条件。如能够继续使用，则进入下一步。
[0049]
以一个具体实例作为说明，当理论值小于实验统计值时，当经过一段时间的实验后，探测器的累积损伤剂量达到理论值时，将从辐照终端探测器平台取下探测器，并检查探测器是否完好。如完好，则继续实验至探测器损伤剂量达到实验统计值后，再次对探测器进行测量。
[0050]
反之，当理论值大于实验统计值时，当经过一段时间的实验后，探测器的累积损伤剂量达到实验统计值时，将从辐照终端探测器平台取下探测器，并检查探测器是否完好。如完好，则继续实验至探测器损伤剂量达到理论值后，再次对探测器进行测量。
[0051]
s5，关注漏电流变化，当漏电流出现大幅增长时，记录损伤剂量并作为换样条件；
[0052]
具体的，如步骤s4中探测器能够继续使用，则继续使用，但需要关注后续实验的粒子能量测量前需要关注漏电流的变化，如果漏电流出现了大幅增长，则需要更换探测器，记录此时的损伤剂量，作为今后的换样条件。
[0053]
可以理解，根据实验过程中的实际情况，实时记录测验过程中出现问题时刻的损伤剂量并记录，可作为后续的换样条件，即当相同选型的设备的损伤剂量达到记录值时，则对探测器进行换样。
[0054]
本发明还提供一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述方法步骤。存储介质可以包括如软盘、光盘、dvd、硬盘、闪存、u盘、cf卡、sd卡、mmc卡、sm卡、记忆棒(memory stick)、xd卡等。
[0055]
计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可以是个人计算机设备、服务器或其他网络设备等)用以执行本发明方法的全部或部分步骤。
[0056]
需要说明的是，本技术所示的存储介质可以是计算机可读信号介质或者存储介质或者是上述两者的任意组合。存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、系统或器件，或者任意以上的组合。存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本技术中，存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用。而在本技术中，存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用
多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。存储介质还可以是存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、系统或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0057]
本发明还提供一种重离子辐照终端的探测器换样系统，其包括：
[0058]
选型模块，用于进行探测器选型；
[0059]
预估模块，用于预估辐照损伤剂量，获取粒子损伤阈值的理论值及实验统计值；
[0060]
完好性检测模块，用于对探测器进行实验，在探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较小一个的数值时，对探测器进行测验，判断测验的探测器是否完好；
[0061]
性能检测模块，用于继续实验至探测器损伤剂量达到理论值或实验统计值中较大一个的数值时再次进行测验，并判断探测器能否继续使用；
[0062]
漏电流关注模块，用于关注漏电流变化，当漏电流出现大幅增长时，记录损伤剂量并作为换样条件。
[0063]
通过上述实施例可以看出，本发明通过以粒子损伤阈值的理论值及实验统计值为测验基准点，在实验过程中以测验基准点进行测验，从而精确的得到探测器需要换样时的损伤剂量，从而提高实验效率，保证束流参数特别是离子能量测量的准确性，规范重离子辐照实验中束流诊断流程，有效节省束流时间。
[0064]
本发明所述的方法及系统并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。