InP系化合物半導体中のはじき出し閾値エネルギーの材料依存性

Dependence of displacement threshold energy on materials in compound-semiconductor of InP-type

奥野 泰希; 今泉 充*

Okuno, Yasuki; Imaizumi, Mitsuru*

照射損傷の理論では、放射線と原子の相互作用により原子に付与されたエネルギー(ET)が、はじき出し閾値エネルギー(Ed)より大きい場合、一次はじき出し原子が生成すると考えられている。Edは、材料依存性を考慮せず、慣例的に元素の種類によって決定していたが、宇宙用太陽電池であるInGaP太陽電池の先行研究においては、それぞれのPのEdが従来劣化予測に使用されてきた9eVではなく、4eVであることが実験結果より示された。また、A. Sibilleらの報告で、InP中のPのEdが、7.7eVと算出されており、InP系化合物半導体におけるEdの材料依存性が示唆されてきた。放射線損傷の理論において、Edを決定する要因は、結晶の結合エネルギー(EB)およびジャンプエネルギー(EJ)の和であると考えられている。EBは、密度汎関数理論に基づく第一原理計算により凝集エネルギーとしてPのEBを算出した。その結果、EBはEdの値に対して相関性がなく、Edへ与える影響が小さいことが示唆された。

In the theory of irradiation damage, a primary knock-on-atoms is considered to be generated, if the transferred energy (ET) given to the atom from the radiation by the interaction is larger than displacement threshold energy (Ed). A value of Ed has been conventionally determined by elements, without considering material dependency. In previous research, it was suggested that the Ed of each P in InGaP solar cell was 4 eV instead of 9 eV that has been used in the method of radiation degradation prediction of space solar cell. Additionally, the Ed of P in InP has been calculated to be 7.7 eV in the report by A. Sibille et al.. In the theory of radiation damage, the factor that determines Ed is considered to be a binding energy (EB) and a jumping energy (EJ). The EB value of P in InP and InGaP is calculated as cohesive energy by the first principles calculation based on density functional theory. In the results, it was suggested that EB has no correlation with the Ed value, and has little effect on the one.