物質中のイオンの停止と範囲

物質内のイオンの停止と範囲( SRIM ) は、イオンと物質間の相互作用を計算するコンピュータ プログラムのグループです。SRIM の中核は、物質内のイオンの輸送( TRIM ) と呼ばれるプログラムです。SRIM は、イオン注入の研究および技術分野で人気があり、放射線材料科学の他の分野でも広く使用されています。

SRIMは1980年にDOSベースのプログラムとして誕生し、当時はTRIMと呼ばれていました。^[1] DOSバージョンは1998年までアップグレードされ、現在でもダウンロード可能です。DOSエミュレータを搭載したUnix PCで動作します。SRIM-2000にはWindowsオペレーティングシステムを搭載したコンピュータが必要です。このプログラムはWineを介してUnixまたはMacintoshベースのシステムで動作します。^{[2] [3]}

このプログラムは、1983年頃にJames F. ZieglerとJochen P. Biersackによって開発され^{[1] [4]}、約5年ごとに大きな変更が行われ、継続的にアップグレードされています。^[5] SRIMは、モンテカルロシミュレーション法、つまり バイナリ衝突近似^{[6] [7] [8]}に基づいており、次に衝突するイオンの衝突パラメータをランダムに選択します。

入力パラメータとして、イオンの種類とエネルギー（10 eV～2 GeVの範囲）および1つまたは複数のターゲット層の材質が必要です。出力として、固体内のイオンの3次元分布とそのパラメータ（浸透深度、イオンビームに沿った広がり（ストラグルと呼ばれる）とそれに垂直な広がり、ターゲット内のすべてのターゲット原子カスケードが詳細に追跡されます）、ターゲット材料内の空孔濃度、スパッタリング率、イオン化、およびフォノン生成、核損失と電子損失間のエネルギー分配、エネルギー堆積率などをリストまたはプロットします。

プログラムはいつでも中断して後で再開できるように作られています。使いやすいユーザーインターフェイスと、すべてのイオンと材料のデフォルトパラメータが組み込まれています。ソフトウェアの別の部分では、幅広い実験データの平均パラメータ化に基づいて、任意の材料（ガスターゲットを含む）内の任意のイオンの電子阻止能を計算できます。 ^[4] これらの機能により、SRIMは非常に人気を博しました。ただし、結晶構造や材料の動的組成変化は考慮されていないため、場合によってはその有用性が大幅に制限されます。

プログラムの他の近似には、バイナリ衝突（すなわち、隣接原子の影響は無視される）、材料は完全に非晶質である（すなわち、イオンチャネリング効果^[9]の記述は不可能）、叩き落とされた原子（格子間原子）と空孔の再結合（^[10]、金属の熱スパイクで非常に重要であることが知られている効果^[11]）が無視される、などがある。

欠陥のクラスタリングと照射誘起アモルファス化については、前者はほとんどの材料で発生し^{[12] [13]}、後者は半導体で非常に重要であるにもかかわらず、記述されていない。^[14]

電子阻止能は多数の実験に平均的に適合する。^[4]そして、原子間ポテンシャルは量子力学計算に平均的に適合する普遍的な形式である。^{[4] [15]}表面に到達した標的原子は、表面障壁を通過する運動量とエネルギーがあれば表面から離れることができる（スパッタされる）が、これは表面浸透エネルギー以下のエネルギーではうまく機能しない単純化された仮定である^[16]か、化学効果が存在する場合。^[17]

システムは階層化されているため、2D または 3D で構成が異なる材料をシミュレーションすることはできません。

閾値変位エネルギーは、実際には結晶方向に依存しますが、各要素ごとにステップ関数となります。^[18]

• バイナリ衝突近似
• 阻止能（粒子放射線）
• 減衰長
• 衝突カスケード
• スパッタリング
• イオン注入

• JF Ziegler、JP Biersack、U. Littmark (1985)。固体中のイオンの停止と範囲（第1版）。ニューヨーク：Pergamon Press。
• JF Ziegler、JP Biersack、MD Ziegler (2008)。SRIM - 物質中のイオンの停止と範囲。SRIM Co. ISBN 978-0-9654207-1-6。
• A. Galdikas (2000).イオンと凝縮物質の相互作用. Nova Publishers . p. 15. ISBN 978-1-56072-666-1。
• JF Ziegler (1998). 「RBS/ERD シミュレーションの問題: 阻止能、核反応、検出器解像度」Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B . 136–138 (1–4): 141. Bibcode :1998NIMPB.136..141Z. doi :10.1016/S0168-583X(97)00664-2.
• JF ジーグラー (2004)。 「SRIM-2003」。Nucl.インストラム。方法 物理学。解像度B . 219–220: 1027。書誌コード:2004NIMPB.219.1027Z。土井：10.1016/j.nimb.2004.01.208。

• SRIM/TRIMプログラムのウェブポータル