Recovery behavior of neutron-irradiation-induced point defects of high-purity β-SiC

High Temperature Recovery of Neutron Irradiation-induced Swelling and Optical Property of 6H-SiC

“…为显著 [15,19] 。为获取更好的辐照肿胀效果，本研究 选择中子作为高能粒子源进行 SiC 辐照改性。晶胞 参数随退火温度变化如图 2 所示。图 2(a)为单晶衍 射图样，图 2(b~d)分别为 a、c 轴和晶胞体积 V 随退 火温度变化。500 ℃退火 30 min 后，a、c 和 V 肿胀 程度分别降至 0.3706%、0.3914%、1.1562%，肿胀 回复显著，经 1450 ℃退火基本回复至未辐照水平。 6H-SiC 晶胞参数的高温回复行为与 3C-SiC 一致 [20] ， 与阮永丰等 [21]…”

“…图 3(a)为未辐照、辐照及辐照退火 SiC 晶体的 吸收光谱。未辐照 SiC 在 625、1382 和 1685 nm 处 存在吸收峰，吸收边带位于 380 nm 处，对应 SiC 禁 带宽度 [22] 。中子辐照后 625 nm 吸收峰消失，1382 nm 峰强度减弱，1685 nm 吸收峰未随辐照或退火作 用发生显著变化。 625 nm 吸收峰为掺杂 N 原子的特 征峰， Miller 等 [23] 认为该吸收峰源于掺杂 N 原子 间电子转移。本研究认为该吸收峰源于 N 原子掺杂 能级吸收具有合理性。N 掺杂能级深度最深为𝐸 𝑐 − 0.142 eV， 形成浅掺杂能级 [24][25] 。 掺杂能级电子可直 接吸收一个 2 eV 光子激发到导带上能级，形成 625 nm 吸收；掺杂能级电子亦可被热激发到导带底，再 通过吸收一个小于 2 eV 光子达到导带上能级，产 生吸收波长大于 625 nm 的光吸收 [26][27][28] 。光子激发 和热激发会在掺杂能级形成空穴，价带内电子可以 通过空穴而被激发到导带，产生吸收波长小于 625 Tauc 和 Menth 给出了间接带隙材料吸收系数 𝛼(𝜈)作为光子能量ℎ𝜈的函数关系式 [29][30] ： 为识别缺陷构型， 构建缺陷构型高温回复路径， 理清吸收峰和发光峰的相应能级归属，本工作将结 合拉曼光谱测试结果，对上述光吸收及光发射机理 进行讨论分析。6H-SiC 拉曼光谱如图 8 所示。理论 预测 6H-SiC 有五支轴向模 A1、五支平面模 E1 和六 支平面模 E2 [31] 。未辐照晶体在 350~1000 cm -1 波数 范围内观察到 4 个拉曼散射特征峰：502、764、785 和 963 cm -1 ，分别对应轴向声学模 A1(LA)、平面光 学模 E1(TO)、 平面 光学模 E2(TO)和轴 向光 学模 A1(LO) [32] ；未辐照晶体 386 cm -1 处存在非特征散射 峰，对应非晶态 Si-Si 键振动 [33] 。非晶态 Si-Si 键可 能源于生长过程中 C 原子格位缺失形成 VC，空位 周边四个 Si 原子电子轨道杂化，形成非晶态 Si 原 子链接键 [34] 。A1(LA)502 cm -1 处散射峰为非对称性 峰形， 拆峰处理后 Gauss 拟合为 502、 524 和 547 cm -1 三个散射峰，分别对应 Si-C、Si-O 和 Si-N 键振 动 [35] 。O 元素可能源于晶体表面被氧化形成的氧化 层，N 元素则源于晶体生长过程中的 N 掺杂。经中 子辐照，光学声子峰的散射强度明显降低， E1(TO) 模和 A1(LO)模几乎消失，E2(TO)模的散射尖峰退化 为波包状散射宽峰，502 cm -1 声学声子峰 A1(LA)相 对强度增加。辐照后在 384、438、587、659、716、 837 和 923 cm -1 处出现新的拉曼散射峰，辐照缺陷 诱发产生大量同核键，包括 Si-Si 和 C-C 键，造成 晶格局域结构拓扑无序或化学无序，拉曼禁忌遭到 破坏，产生了新的拉曼散射 [35][36] Frenkel 缺陷迁移能在 0.28~1.05 eV；深能级瞬态谱 证实间隙原子具有较低的缺陷迁移能，IC 和 ISi 迁移 能分别为 0.74 和 1.53 eV。 上述缺陷一般低于 500 ℃ 下退火可回复 [37][38][39] 。单纯 VSi 和 VC 迁移能约为 2.35 和 4.10 eV，VSi 回复温度范围 700~1400 ℃ [40][41] ； 晶体生长过程和高能粒子辐照均可产生 VC，VC 回 复所需温度范围 1000~1600 ℃，甚至经 1600 ℃退 火 1 h，晶体中依然存在一定数量的 VC [42] 。间隙原 子和 CSi 反位原子一般不具有电活性，在带隙内中 引入缺陷能级存在困难。 SiC 稳定的电荷态为(+|0)态， 在价带上方 0.35 eV 处形成单一施主能级，即Si C + 态 吸收一个电子并释放一个 0.35 eV 的光子，自身变 为Si C 0 态 [43][44] ， SiC 对缺陷能级分布影响较小。 影响缺 陷能级分布及晶体光学性质的主要因素为空位型缺 陷 [45] ，包括 [47][48][49] ，本研究分析未辐照 晶体的 550 nm 发光源于 VSiVC 缺陷，其发光机理如 图 9 中③所示。VSiVC 电荷态(0|-)、(-|2-)在价带上方 Raman shift/cm…”

Механическая и динамическая стабильность комплектного и нестехиометрического 3C-Si-=SUB=-x-=/SUB=-C-=SUB=-y-=/SUB=- из ab initio расчетов

“…− физико-химических свойств различных фаз: 2H-, 4H-, 3C-, 6H-, 8H-, 15R-SiC, находящихся под действием различных типов облучения (см., например, [10][11][12][13][14]); − влиянием вакансий, атомов и кластеров гелия на свойства SiC, атомов различных металлов (Mg, Ag, Ca, Pd и др.) [15][16][17][18];…”