中子辐照6H-SiC晶体的电学性能及其退火研究

摘要

SiC是重要的抗辐照材料,由于具有众多的优良特性,近年来受到越来越多的关注。作为结构功能材料,SiC/SiC复合材料在聚变堆面向等离子体元件的制备方面具有巨大的应用潜力。这些产品在使用过程,因受到载能离子的辐照而产生大量的缺陷,进而导致电学、光学、热学和机械等性能的退化。退化程度直接决定了SiC使用的可行性和可靠性,所以充分认识辐照缺陷的形成机制、微观构型及其对宏观物性的影响非常重要。我们首先利用霍尔效应测试,对未辐照的掺氮6H-SiC的半导体性能进行了表征,测试并计算出了n型掺氮6H-SiC单晶的载流子浓度和迁移率。论文的主要部分是关于中子辐照的6H-SiC的电学性能以及退火对它们的影响的研究,所使用的主要测试手段是无接触电阻测试仪和LCR介电性能测试仪,并取得了如下结果:
　　1、高剂量中子辐照在晶体内产生了大量缺陷和损伤,并引起样品的电学性能的变化,使电阻率升高、介电常数和介电损耗减小,导致样品的半导体特性遭到严重的破坏。中子辐照后使得晶体内产生了大量的深能级缺陷,这些缺陷俘获了大量的载流子,从而使得电阻率升高,再者缺陷捕获电荷形成空间电荷影响介电性能。
　　2、在辐照缺陷及其电学性能的退火演化过程中,我们认为存在2个特征温度,即分别约为1000和1400℃。在退火温度低于1000℃时,随着退火温度的升高,电阻率小幅增加但是介电常数ε′介电损耗ε′下降;在退火温度高于1000℃时,电阻率开始逐步下降;当退火温度高于1400℃时,电阻率急剧地下降而ε′和ε′快速地增加。
　　3、在总剂量不大于1022n/cm2时,中子辐照的掺氮6H-SiC晶体的主要缺陷形式为Si、C间隙原子和Si、C空格位。在退火温度低于1000℃时,Si、C间隙原子发生移动;当退火温度在1000℃至1400℃之间,退火导致空格位的移动、聚集等演化行为;在退火温度高于1400℃时,晶体中辐照缺陷基本消除或达到稳定状态,嬗变产物15P开始释放电子。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2辐照损伤国内外研究现状

1.3本文的主要工作

第二章 SiC的结构性质、缺陷及辐照损伤

2.1 SiC的晶体结构

2.2 SiC的电学性能

2.3晶体缺陷

2.4 SiC的辐照损伤

第三章 测试与表征

3.1 霍尔测试原理和方法

3.2 非接触电阻率测试仪简介

3.3 XRD测试技术简介

3.4 LCR测试仪简介

第四章 实验结果与讨论

4.1实验概述

4.2辐照效应

4.3退火效应

4.4元素嬗变在退火中的作用

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢