单晶硅作为典型的半导体材料,凭借其正四面体的空间网状结构,均衡的电学、热学、力学特性被广泛地应用在核能环境中。但是核辐照环境下的高能中子引起的原子位移损伤、直接α粒子轰击、核反应产物掺杂等过程会导致材料产生位错、孔洞、气泡等缺陷,特别是（n,α）反应产生的氦（He）掺杂及其演化产物。以氦泡为代表的产物,在宏观尺度上会导致材料表面起泡、鳞状剥落、表面孔等,这些缺陷会导致材料的硬化/脆化,严重影响硅材料的使用寿命,限制了硅材料在核辐照环境下的功能性和使用周期。因此,对硅材料内部的氦行为特性和结构转换过程的相关过程研究,成为实现硅在核辐照环境下应用的关键。本课题基于分子动力学仿真方法,结合氦离子注入单晶硅、拉曼光谱表征分析,开展了氦离子注入单晶硅相关基础研究,主要研究内容及结论如下:（1）为了更好地研究核辐照环境下,单晶硅材料损伤内部的微观结构演变机制,采用分子动力学（Molecular dynamics,MD）仿真的方式建立了单晶硅的氦离子注入分子动力学仿真模型;在氦离子注入单晶硅的过程中,损伤经过自退火修复后,硅原子的配位数发生变化,单晶硅和非晶硅的中间晶态数目增多,结果表明氦离子注入过程产生了其他晶相结构;氦离子注入会导致硅材料表面膨胀,应力分析发现在氦离子注入单晶硅之后会产生拉应力,多集中于损伤部位。氦离子注入硅后会诱导空位缺陷产生,空位会结合形成空位团簇,其中双空位团簇数目最多,且和氦离子之间的相对距离最近,说明双空位与氦结合形成氦泡的几率更大。（2）基于高精度氦离子显微镜开展了氦离子注入单晶硅的实验研究,采用拉曼光谱无损表征对实验样品进行了分析。拉曼光谱表征实验结果发现,离子注入区域发现了非晶硅和SiⅢ相的峰位信号;氦离子注入单晶硅后,单晶硅的520.7cm-1拉曼峰位向左发生了偏移,样品损伤区形成了局部拉应力;随着注入氦离子的剂量增大,单晶硅峰位频移情况加剧,非晶硅信号增强。（3）基于分子动力学仿真对硅材料中的位错缺陷进行了研究,建立含有位错结构的氦离子轰击硅的MD模型,模拟氦离子注入过程中发现位错缺陷会加剧硅材料损伤,同时位错缺陷对氦离子具有一定的聚集作用,位错越靠近注入的氦离子源,滞留在硅材料中的氦离子数量越多,氦离子的聚集程度越强。