随着我国航空航天事业不断取得重大突破,硅基集成电路在太空中应用的范围越来越广泛,然而太空中的环境非常复杂,存在着大量的不同能量、不同种类的高能粒子。这些高能粒子的辐照损伤效应会导致半导体器件性能退化,从而使得航天器材中的电子系统失效。因此研究半导体材料在不同能量不同粒子的辐照情况下的损伤具有非常重要的价值。本课题是基于高能粒子仿真软件Geant4来研究不同粒子在硅材料的损伤。深入学习了Geant4仿真软件之后,建立了硅材料辐照损伤的模型,这一工作主要包括硅材料模型的建立,粒子源的建立以及不同能量的各种粒子穿过硅材料时发生的物理效应的定义。在建立完成仿真模型之后对粒子在硅材料中的辐照损伤进行模拟。首先对能量为1Me V的中子在硅材料中的损伤进行模拟,得出了PKA的能谱图,这一重要结果为SKA的研究打下基础。之后研究了IEL和NIEL与材料几何尺寸之间的关系,可以看到纳米器件具有较强的抗辐照能力。随后改变入射中子的能量得到了入射中子的能量与PKA的平均能量之间的关系。通过提取每一个PKA在硅材料中的坐标,可以获得出每一个PKA在硅材料中的具体位置。当硅材料的尺寸远小于中子的平均自由程的时候,PKA近似均匀分布的,当硅材料的尺寸接近中子的平均自由程,可以看到PKA的分布呈现出非常明显的非线性,这是由于当材料尺寸小于中子平均自由程时,碰撞为随机碰撞,超过平均自由程之后,中子能量衰减,产生PKA的效率降低导致的。1Me V伽马粒子在硅材料中占主导作用的是电离能量沉积。由仿真结果可以看到,电离能量沉积与硅材料的厚度在伽马光子在硅材料中的平均自由程之内的时候为线性关系。电子辐照硅材料也会与晶格原子发生作用,形成离位原子,但是由于离位原子的能量一般比较小,因此不会像中子一样形成级联效应。通过模拟结果可知,NIEL在硅材料尺寸非常小的时候为线性关系,随着尺寸增加,出现了非常明显地非线性,这是由于电子的散射概率非常大,电子不断经过慢化和轨迹偏移,最终趋势偏离了线性关系。最后模拟了中子-伽马光子综合辐照对硅材料的影响,辐照源的能量范围在10keV到20MeV之间。从模拟结果可以看到,PKA的平均能量为249.064keV,峰值能量在10keV左右,且近似认为PKA随深度的分布是均匀的,SKA的数目比PKA的数目大三个数量级左右,并且SKA也是均匀分布的,因此可以近似认为总的离位原子在材料中的分布情况与SKA相同,即均匀分布的。中子能量在比较高的情况下,可以通过非弹性散射或者裂变产生伽马粒子,由仿真结果可以看到,次级伽马粒子的平均能量为2.093MeV,其峰值出现在1.6MeV左右,这些伽马粒子的能量远大于中子产生的PKA的能量,因此这些高能伽马粒子在材料中产生的电离能量损伤是不可忽略的。并且PKA的能量与其产生的SKA的数目也有着密切的关系。