[发明专利]基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器模拟方法，步骤如下：1、利用Geant4软件进行模拟仿真，根据单能中子转换效率确定转换层最优厚度；2、在最优转换层厚度条件下，模拟获取混合能中子源穿过转换层产生的质子进入探测器的能量、角度信息；3、根据计算的质子能量角度信息进行抽样；4、利用SRIM软件获取质子在碳化硅材料中的射程和传能线密度；5、在TCAD软件中，对半导体器件进行建模及结构优化，获取基本电学特性；6、根据抽样结果和优化的探测器结构，在TCAD软件中进行模拟，获取粒子脉冲电流、电荷收集等数据，实现了快中子探测器的优化及Gean4和TCAD的耦合模拟。

技术领域

本发明属于中子探测数值模拟技术领域，具体涉及到一种基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器模拟方法。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体材料，具有宽禁带、高临界击穿电场、抗辐照等优良特性，其制备工艺相对成熟，被认为是极具潜力的核探测器材料之一。

随着碳化硅材料发展，对中子探测研究与应用也逐渐开展，如何系统地模拟优化中子探测器还存在一定空白。对于中子探测器的模拟，包括获取中子产生的次级粒子能量角度，优化中子探测器结构，模拟脉冲电流等。一般模拟仅针对部分，如何将各部分模拟结合起来，进行系统的模拟，需要开发一种针对碳化硅中子探测器的系统模拟方法。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器模拟方法，该方法创新性地提出了将Geant4软件和Sentauraus TCAD软件模拟结合，既可以模拟获取粒子产生的电流脉冲又可以优化碳化硅快中子探测器结构，实现了对碳化硅中子探测器的系统模拟，为后续电路级仿真提供模拟基础。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器模拟方法，将Geant4软件和TCAD软件进行耦合，获取反冲质子能量角度信息及质子在碳化硅快中子探测器中产生的脉冲，实现了对碳化硅快中子探测器的系统模拟，为后续电路级仿真提供模拟基础；

该方法包含以下步骤：

步骤1：在Geant4中构建快中子探测器模型，模拟不同能量单能中子入射不同厚度的转换层，根据不同能量的单能中子转换效率确定转换层最优厚度；

步骤2：转换层最优厚度的条件下，利用Geant4模拟混合能中子源入射，在Geant4提供的SteppingAction数据统计模块中，根据几何体判断函数，获取入射探测器时反冲质子的能量及角度信息；

步骤3：利用matlab软件对反冲质子能量及角度信息进行整理，绘制反冲质子能量角度分布曲线，根据分布曲线进行质子能量及角度抽样；

步骤4：根据步骤3抽样所得到的质子能量，利用SRIM软件获取不同能量的质子在碳化硅材料中的射程及传能线密度；

步骤5：在TCAD中构建不同的碳化硅快中子探测器模型，对不同的碳化硅快中子探测器模型进行电学性能模拟比较，选取最优的碳化硅快中子探测器模型，完成对碳化硅快中子探测器的优化；

步骤6：选取步骤5中优化的模型，根据步骤3中抽样所得到的质子能量及角度，以及步骤4中所得射程和传能线密度，在TCAD软件中模拟获取质子入射探测器产生的电流脉冲。

本发明提出的基于Geant4及TCAD软件的碳化硅快中子探测器的模拟方法，与现有模拟方法相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明基于Geant4软件和TCAD软件模拟碳化硅材料PIN二极管结构快中子探测器，与单独的Geant4模拟和TCAD模拟相比，具有模拟的系统性与一致性；