Нелинейные явления в переносе излучений в веществе, обусловленные постепенными изменениями его состава и структуры с ростом дозы облучения, представляют собой одну из наиболее актуальных и сложных проблем расчетной поддержки прикладных разработок в области ядерных и радиационных технологий. В частности, она возникает в применениях с этой целью статистического компьютерного моделирования влияния разных видов облучения (электрон-фотонного, нейтронного, ионного) на свойства материалов.
Усовершенствование МД-кода MICKSER
Разработанный в НПК ВИЭРТ ННЦ ХФТИ молекулярно-динамический (МД) код MICKSER широко используется нами в исследованиях фундаментальных и прикладных проблем создания новых материалов и модификации их свойств с помощью технологий ионной имплантации и обработки поверхности твердого тела ионными пучками.
В 2014 году в программу MICKSER:
имплементированы два метода моделирования накопления структурных дефектов в облучаемом кристаллическом материале с дозой облучения — имплицитный на базе известной модели Кинчина-Пиза и эксплицитный с детальным атомистическим моделированием каскада атом-атомных столкновений;
внедрены алгоритмы моделирования переноса ионов в радиационно-поврежденном кристалле с учетом аморфизации кристаллической мишени под облучением и межкаскадного и внутрикаскадного атермического отжига точечных дефектов;
построена конечно-разностная вычислительная схема прогнозирования эволюции структуры и состава мишени при имплантации до высоких доз ~1014÷16 ионов/см2 и ее нелинейным обратным влиянием на перенос ионов и каскадных атомов.
Выполнено сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными профилей внедрения ионов бора и мышьяка в канал [001]Si при дозе имплантации от 1013 до 1015 см–2. (см. Рис.)
Рисунок 1 – Сравнение результатов моделирования усовершенствованной версией программы MICKSER профилей внедрения ионов в кристалл кремния при различных дозах ионной имплантации
Показано, что с ростом дозы благодаря нелинейному эффекту меняется форма профиля и, в частности, происходит подавления длиннопробежных «хвостов» повреждающего каналирования ионов
Разработка открывает возможность эффективно применять код MICKSER к прогнозированию последствий облучения материалов с целью модификации свойств их поверхностных слоёв на глубины в несколько сотен нанометров.
С этой же целью начата работа по внедрению в код кинетического метода Монте-Карло моделирования диффузионных процессов эволюции структур дефектов в облученном материале — образования комплексов радиационных дефектов и взаимодействия дефектов и примесей со стоками и, в частности, с упругими полями дислокаций.