碳化硅和若干金属氧化物辐照效应的研究

【摘要】：金属氧化物MgO, Al_2O_3, MgAl_2O_4和半导体材料SiC都具有熔点高、强度大、硬度高、耐腐蚀和抗氧化能力强的性能,因而有着广泛的应用。近年来大量对这两类材料的研究却逐渐开始关注其在高能粒子强辐照条件下的行为,因为金属氧化物现在被认为是极有潜力的核技术结构材料,而SiC除了作为重要的核工业结构材料之外,作为半导体材料也一直被作为能在极端条件(如辐射环境)下正常工作的新型半导体材料。本文围绕辐照对这几种材料造成的可能的辐照损伤,对它们的结构、性质和性能在辐照及热退火条件下的变化机理进行了研究,取得了一些阶段性的成果。 我们对几种材料首先进行了Ar离子注入实验,通过X射线衍射、透射吸收谱的分析,我们发现高能离子的轰击在很大程度上对晶格造成了破坏,削弱了反应晶格完整性的X射线衍射峰,并且增加了样品对光的本底吸收。但是辐照并没有大量产生各种典型的晶体缺陷,反映在吸收光谱中没有出现明显的色心吸收峰。加大辐照剂量也没有产生新的现象。 中子辐照实验在几种氧化物晶体中都均匀地产生了色心。如在MgO中,中子辐照产生了大量的阴离子单空位(F~+)、阴离子双空位(F_2)及其它更高阶的缺陷。通过等时退火测试,这些缺陷发生了一系列消长和转型的变化过程,并最终在900℃左右全部消失。实验结果同时还表明,MgO透射吸收谱中位于573 nm的色心吸收峰产生自与位于424、451nm的色心吸收峰类型不同的更高阶的阴离子空位聚集态。 通过对SiC中子辐照样品的X衍射谱的分析我们发现:辐照样品在{102}方向的热膨胀系数比辐照前明显减小,同时样品晶格有序度随着退火温度的变化呈良好的线性关系。