Displacement Damage · Total Ionizing Dose Calculator
NIEL SR모델TID 누적선량
NIEL / TNID 변위 손상
TID 전리 선량
복합 판정
모델 / 기준
소재 및 입자 설정
임무 파라미터
차폐 두께 (Al, mm)5.0 mm
임무 기간 (년)3 yr
소자 부피 (μm³, log₁₀)10³
변위 손상 판정
✓
허용 범위
계산 중...
권장 조치
NIEL 에너지 의존성 곡선
NIEL (소재 기준)
—
MeV·cm²/g
임무 기간 TNID
—
MeV/g
Si 등가 NIEL 비
—
소재/Si
허용 TNID 임계값
—
MeV/g
⚠ 잠정치: 현재 선택된 소재의 NIEL 상대 비율은 Si 교정 배율을 동일 적용한 잠정값이며, 원문(Jun 2003 IEEE TNS Table I) 개별 대조가 완료되지 않았습니다. 정밀 평가에는 SR-NIEL 계산기(sr-niel.org)로 소재별 E_d를 직접 입력해 재계산한 값과 대조하십시오.
⚠ SPE 미포함: 현재 선택된 궤도의 플럭스는 AP9 트랩(belt) 성분만 반영하며, 태양입자이벤트(SPE) 기여는 포함되어 있지 않습니다. 이 계산기의 결과만으로 최악 시나리오를 판단하지 말고, SPENVIS에서 AP9(트랩) + ESP-PSYCHIC 또는 SAPPHIRE(SPE) 합산 결과와 반드시 대조하십시오.
⚠ 데이터 부족 — 전자 등가 계수 미검증: 1 MeV 전자 등가 손상 계수(RDC)는 소자·소재 구조마다 실측되는 값이며 (JPL Tada Solar Cell Radiation Handbook, Ch.4), 본 계산기는 Si 소재에 한해서만 문헌 검증된 계수를 반영합니다. 현재 선택된 소재는 전자 조사 결과가 검증되지 않았으므로 이 조합의 계산값은 사용하지 마십시오.
모델: SR(Screened Relativistic) 처리 기반 NIEL 근사값 (Summers et al. 1993; Jun et al. 2003). Si/GaAs/Ge 10MeV 양성자 NIEL 기준값은 sr-niel.org 계산기 직접 실행으로 확정 검증(Si 9.4037×10⁻³, GaAs 6.9443×10⁻³, Ge 6.4573×10⁻³ MeV·cm²/g). GaN/SiC/InP는 아직 잠정치이며 하단 소재 경고 배너 참조. 에너지 의존 핵 저지능에 차폐 감쇠 및 궤도 플럭스 모델을 적용. ⚠ GEO 값은 AP9(트랩 성분) 평균이며 태양입자이벤트(SPE) 기여는 포함되지 않았을 수 있음 — GEO 최악 시나리오는 SPENVIS ESP-PSYCHIC 모델과 반드시 대조할 것. 정밀 계산은 SPENVIS NIEL 모듈 또는 MULASSIS(Geant4 기반) 권장.
소자 및 환경 설정
임무 파라미터
알루미늄 차폐 두께 (mm)5.0 mm
임무 기간 (년)3 yr
안전 마진 계수×2
TID 누적 선량 판정
✓
허용 범위
0누적 / 한계한계
계산 중...
권장 조치
차폐 두께별 누적 TID 곡선
임무 누적 TID
—
krad(Si)
소자 TID 한계
—
krad
마진 적용 후 한계
—
krad
연간 선량률
—
krad/yr
⚠ SPE 미포함: 현재 선택된 궤도의 선량률은 AP9 트랩(belt) 성분 기준(SHIELDOSE-2)이며, 태양입자이벤트(SPE) 기여는 포함되어 있지 않습니다. 최악 시나리오 평가에는 SPENVIS SHIELDOSE-2에서 AP9(트랩) + ESP-PSYCHIC/SAPPHIRE(SPE)를 합산한 결과와 반드시 대조하십시오.
모델: 전리 선량은 Shieldose-2 기반 단순화 해석 모델 적용 (Seltzer 1994). 궤도별 전자·양성자 플럭스에 알루미늄 차폐 감쇠를 적용하여 Si 기준 등가 흡수 선량 계산. 정밀 계산: SPENVIS SHIELDOSE-2 모듈 사용 권장. TID 한계값은 문헌 대표값이며 소자별 시험 결과로 검증 필요.
복합 방사선 내성 판정 — NIEL + TID + SEE 통합
NIEL 변위 손상
✓
—
—
TID 누적 선량
✓
—
—
종합 판정
✓
—
—
소자 방사선 내성 종합 레포트
NIEL 탭과 TID 탭에서 파라미터를 설정하면 여기에 종합 레포트가 자동 생성됩니다.
SEE 판정은 SEE Tool (index.html)을 참조하십시오. 세 가지 판정을 모두 통과한 경우에만 해당 궤도 환경에서의 소자 사용을 권장합니다.
NIEL 판정 기준
판정
TNID (MeV/g)
의미
허용
< 한계치
변위 손상 허용 범위 내
주의
한계 50~100%
성능 저하 가능 — 마진 검토
위험
> 한계치
암전류 급증, hFE 열화 예상
TNID = NIEL(E) × Φ(E,t,orbit) × t
Φ: 궤도·차폐 보정 플럭스 (cm⁻²)
t: 임무 기간 (s)
NIEL은 에너지와 입자 종류에 강하게 의존합니다. 양성자는 Coulomb 산란이 지배적이며 (1~100 MeV 범위), 중성자는 핵 탄성 산란이 지배적입니다. GaN은 Si 대비 NIEL이 ~3배 낮아 변위 손상 저항성이 우수합니다.
TID 소자별 한계값 (문헌)
소자 유형
TID 한계 (krad)
주요 열화 메커니즘
상용 CMOS
1–10
산화막 전하 트래핑
RHBD CMOS
300–1000
계면 준위 생성
Bipolar
10–100
ELDRS (저선량률 효과)
GaN HEMT
100–1000
AlGaN 장벽층 열화
SiC MOSFET
10–100
SiO₂/SiC 계면 손상
NAND Flash
1–5
플로팅 게이트 전하 손실
Si 태양전지
200–500
소수 캐리어 수명 감소
출처: Srour & Palko (2013) TNS; Fleetwood (2018); Luo et al. (2021)
소재별 NIEL 파라미터
소재
NIEL₀ (×10⁻³)
Si 대비 비
주요 응용
Si ✓
9.43
1.00
CMOS, SRAM
GaAs ✓
6.94
0.74
RF, 광소자
GaN †
3.14
0.33
전력, RF HEMT
SiC †
4.86
0.51
전력 MOSFET
Ge ✓
6.46
0.69
SiGe HBT
InP †
31.4
3.33
광통신
단위: MeV·cm²/g @ 10 MeV 양성자. ✓ 표시 소재(Si, GaAs, Ge)는 sr-niel.org Protons & Ions NIEL 계산기(Hadron+Coulomb, No Scaling)를 직접 실행해 확정 검증됨 — Si: Ed=21eV, GaAs: Ga/As Ed=21.5eV, Ge: Ed=40.5eV(Campesato et al. 2019 근거). † 표시 소재(GaN, SiC, InP)는 아직 이 방식으로 재계산되지 않은 Si 교정 배율 기반 잠정치이며, 개별 E_d 확보 후 재검증 필요. ⚠ 1MeV 양성자 NIEL은 약 6× 더 큼 (저에너지 Coulomb 산란 지배).