中子輻照6H-SiC的缺陷分析與應用.pdf

1、SiC具有優(yōu)良的抗輻照性,作為寬帶隙半導體材料,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,進而導致各種性能退化。所以充分認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致SiC中形成了Si原子團、sp2/sp3C團和石墨團。
　　2.輻照導致FTO2/6和FLO0/6光學峰在低波數(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。輻照導致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.對輻照缺陷進行熱穩(wěn)定性分析,發(fā)現(xiàn)Si原子團、sp2/sp3C團和石墨團分別在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,應該屬于CSiVC缺陷的Si-C振動。
　　

4、4.石墨團的產(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,誘導石墨團產(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.輻照前預退火處理導致石墨團的濃度顯著地降低,經(jīng)過1000℃預退火處理的樣品幾乎不能產(chǎn)生石墨團。主要原因是:預退火處理導致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)衍射峰的退火回復規(guī)律,發(fā)現(xiàn)衍射FWHM(半高寬)回復過程分為三個階段: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