大量的辐射粒子进入半导体器件材料内部，与材料的原子核发生弹性碰撞作用，导致材料晶格原子出现移位，脱离其正常位置，形成间隙原子和点阵空位这样的缺陷中心。这些空位-间隙原子对，称为弗伦克尔(Frenkel)缺陷，其破坏了晶格的位能，在禁带中，形成新的电子能级，可以充当载流子的产生复合中心。同时粒子与材料作用所产生的声子激发出二次电子。位移损伤效应取决于入射粒子的通量、粒子种类和粒子能量。辐射产生的位移损伤所造成的器件退化也是长期累积的结果，与总剂量效应具有的长期退化特性相似，但机理不同，因此采取的抗辐射措施不同。位移损伤主要来源于中子和高能质子。对于中子辐照，其能量损失机制并不是以产生电子-空穴对为主。

对于半导体硅材料，使半导体硅材料产生位移损伤的能量阈值（T_d）为11～21电子伏(即使硅原子脱离正常晶格，形成间隙原子和点阵空位所需要的最小能量)。根据P.西格蒙德^[注]的分析，一个粒子或中子的核反冲中，产生原子位移最大数量的计算公式为N_d=(61n²/π²)(T_rd/T_d)。其中，T_rd表示使硅原子产生位移的总能量。对于1个能量为14兆电子伏的中子入射硅时，在硅材料内产生的核反冲能量中，造成硅原子产生位移的能量(T_rd)为115千电子伏，若取T_d为21电子伏，那么通过计算得出，一个入射中子在硅中最多产生的位移缺陷数量约为2300个。尽管这些初始缺陷不稳定，并在随后的几分钟内衰减1/10～1/5，但仍有相当数量的缺陷存在，且由于中子通量的作用，中子辐射的位移损伤效应更为严重。位移损伤效应如图所示。

位移损伤效应