中子輻照6H-SiC的缺陷分析與應(yīng)用.pdf

1、SiC具有優(yōu)良的抗輻照性,作為寬帶隙半導(dǎo)體材料,可用于制備抗輻照電子器件和輻照探測器,作為結(jié)構(gòu)功能材料,SiC陶瓷和復(fù)合材料在聚變堆面向等離子體元件的制備方面具有巨大的應(yīng)用潛力。這些產(chǎn)品在使用過程中因受到載能粒子的輻照而產(chǎn)生大量的缺陷,進(jìn)而導(dǎo)致各種性能退化。所以充分認(rèn)識輻照缺陷的形成機制、微觀構(gòu)型及其對宏觀物性的影響非常重要。本文利用拉曼光譜和X射線衍射研究了1.72×1019和1.67×1020n/cm2中子輻照的6H-SiC,詳細(xì)結(jié)

2、果如下:
　　1.檢測到與Si-Si振動有關(guān)的189、275、437和539cm-1峰,與Si-C振動有關(guān)的610、657和712cm-1峰,和與C-C振動有關(guān)的1420cm-1峰。大注量輻照后,還檢測到1357和1603cm-1峰,它們分別屬于無序石墨的A1g和E2g振動模。這些散射峰證明輻照導(dǎo)致SiC中形成了Si原子團(tuán)、sp2/sp3C團(tuán)和石墨團(tuán)。
　　2.輻照導(dǎo)致FTO2/6和FLO0/6光學(xué)峰在低波數(shù)區(qū)域出現(xiàn)了拖尾,

3、這是輻照缺陷引起的聲子限制效應(yīng)。輻照導(dǎo)致FTO2/6和FLO0/6峰向低波數(shù)方向發(fā)生了不同程度的偏移,造成FLO0/6-FTO2/6劈裂減小,這主要歸因于VC和VSi缺陷。
　　3.對輻照缺陷進(jìn)行熱穩(wěn)定性分析,發(fā)現(xiàn)Si原子團(tuán)、sp2/sp3C團(tuán)和石墨團(tuán)分別在1100、1000和800℃退火后消失。退火過程中還檢測到575cm-1峰,它在800℃退火后首次出現(xiàn),1400℃退火后消失,應(yīng)該屬于CSiVC缺陷的Si-C振動。
　　

4、4.石墨團(tuán)的產(chǎn)生強烈地依賴于輻照注量和故意摻雜的N雜質(zhì)。本質(zhì)上,誘導(dǎo)石墨團(tuán)產(chǎn)生的是N聚集體而不是NC施主。在中子輻照過程中,N聚集體可以形成CSi(NC)2締合體,它具有sp2C=C原子對,可起到石墨晶核的作用。
　　5.輻照前預(yù)退火處理導(dǎo)致石墨團(tuán)的濃度顯著地降低,經(jīng)過1000℃預(yù)退火處理的樣品幾乎不能產(chǎn)生石墨團(tuán)。主要原因是:預(yù)退火處理導(dǎo)致N聚集體發(fā)生分解,輻照過程不能再形成石墨晶核sp2C=C原子對。
　　6.X射線衍射法

5、和透射電子顯微鏡分析法揭示,經(jīng)過這兩種注量輻照的SiC含有的缺陷類型主要是點缺陷、缺陷團(tuán)和非晶區(qū)。
　　7.利用X射線衍射法分析了(006)衍射峰的退火回復(fù)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)衍射FWHM(半高寬)回復(fù)過程分為三個階段:200-800℃、800-1400℃和1400-1600℃。
　　8.利用(006)衍射峰FWHM的退火回復(fù)規(guī)律,開發(fā)出輻照SiC晶體測溫技術(shù)。通過具體試驗證實,這種測溫技術(shù)可以對工作在900-1600℃范圍內(nèi)的部件進(jìn)