Нелінійні явища у перенесенні випромінювання у речовині, зумовлені поступовими змінами її складу та структури зі зростанням дози опромінення, є однією з найактуальніших і найскладніших проблем розрахункової підтримки прикладних розробок у галузі ядерних і радіаційних технологій. Зокрема, вона виникає при застосуванні з цією метою статистичного комп'ютерного моделювання впливу різних видів опромінення (електрон-фотонного, нейтронного, іонного) на властивості матеріалів.
Удосконалення МД-коду MICKSER
Розроблений у НВК ВДЕРТ ННЦ ХФТІ молекулярно-динамічний (МД) код MICKSER широко використовується нами у дослідженнях фундаментальних і прикладних проблем створення нових матеріалів і модифікації їх властивостей за допомогою технологій іонної імплантації та обробки поверхні твердого тіла іонними пучками.
У 2014 році в програму MICKSER:
імплементовано два методи моделювання накопичення структурних дефектів в опроміненому кристалічному матеріалі з дозою опромінення — імпліцитний на базі відомої моделі Кінчина-Піза та експліцитний з детальним атомістичним моделюванням каскаду атом-атомних зіткнень;
впроваджено алгоритми моделювання перенесення іонів у радіаційно-пошкодженому кристалі з урахуванням аморфізації кристалічної мішені під опроміненням та міжкаскадного і внутрікаскадного атермічного відпалу точкових дефектів;
побудовано скінченно-різницеву обчислювальну схему прогнозування еволюції структури і складу мішені при імплантації до високих доз ~1014÷16 іонів/см2 та її нелінійним зворотним впливом на перенесення іонів і каскадних атомів.
Виконано порівняння результатів моделювання з експериментальними даними профілів впровадження іонів бору та миш'яку в канал [001]Si при дозі імплантації від 1013 до 1015 см–2. (див. Рис.)
Рисунок 1 – Порівняння результатів моделювання удосконаленою версією програми MICKSER профілів впровадження іонів у кристал кремнію при різних дозах іонної імплантації
Показано, що зі зростанням дози завдяки нелінійному ефекту змінюється форма профілю і, зокрема, відбувається придушення довгопробіжних «хвостів» пошкоджуючого каналювання іонів
Розробка відкриває можливість ефективно застосовувати код MICKSER для прогнозування наслідків опромінення матеріалів з метою модифікації властивостей їх поверхневих шарів на глибини у кілька сотень нанометрів.
З цією ж метою розпочато роботу з впровадження в код кінетичного методу Монте-Карло моделювання дифузійних процесів еволюції структур дефектів в опроміненому матеріалі — утворення комплексів радіаційних дефектів і взаємодії дефектів і домішок зі стоками і, зокрема, з пружними полями дислокацій.