单晶6H-SiC和4H-SiC的离子辐照效应研究.pdf

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1、硕士学位论文单晶6H-SiC和4H-SiC的离子辐照效应研究INVESTIGATIONOFIRRADIATIONEFFECTSINDUCEDBYIONSBOMBARDMENTINSINGLECRYSTALSOF6H-SICAND4H-SIC吴哲超哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN304.2学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文单晶6H-SiC和4H-SiC的离子辐照效应研究硕士研究生：吴哲超导师：赖磊平教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIn

2、dex:TN304.2U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVESTIGATIONOFIRRADIATIONEFFECTSINDUCEDBYIONSBOMBARDMENTINSINGLECRYSTALSOF6H-SICAND4H-SICCandidate：WuZhechaoSupervisor：Prof.LaiLeipingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsScienceandEngineeringAffiliation：Sch

3、oolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要本文以高性能SiC材料及其在辐射环境应用为牵引，较系统地研究了单晶SiC材料的N离子、Ar离子及质子辐照效应，表征了在不同辐照条件下材料结构演化与缺陷行为，为SiC的辐照效应提供理论支撑。研究选取单晶6H-SiC和4H-SiC两种六方晶系材料为研究对象，采用110keV和150keV的N离子、Ar离子及质子对其进行辐照，利用EPR、SEM、XPS、XRD及

4、Raman等测试方法对辐照前后样品形貌、成分组成及自由基等进行研究。研究结果表明，当离子能量为150keV，注量为1E14cm-2、1E15cm-2及1E16cm-2时，上述离子辐照均导致Si-C键断裂，同时由于位移效应导致自由基浓度增加(g=2.003)，所形成缺陷主要由碳空位(VC)组成，相对于质子辐照，N离子和Ar离子辐照时自由基缺陷含量更高。针对不同结构的6H-SiC和4H-SiC，离子辐照对结构的影响基本类似，辐照后均无新物相生成，且形成C-C含量随辐照注量升高呈上升趋势。N离子辐照6H-SiC的Raman光谱260cm-1处形成Si(LA+LO)模式，并且辐照过程中引起断键和原

5、子位移等晶格损伤导致拉曼极化张量减小；Ar离子辐照导致与键角畸变相关的无序网格结构的形成；质子辐照对晶格的长程有序性和平移对称性作用较小。N离子及Ar离子辐照4H-SiC后，均破坏晶格的长程有序性；质子辐照后纵向光学声子-等离子体耦合模式衰减明显。关键词：SiC单晶；离子辐照；辐照效应；微观组织结构；损伤机理-I-AbstractAbstractInthisdissertation,high-performanceSiCmaterialsandtheirapplicationinradiationenvironmentwereusedastraction,theeffectsofNions

6、,Arions,andprotonsonSiCcrystalswerestudiedsystematically.Thestructuralevolutionanddefectbehaviorofthematerialunderdifferentirradiationconditionswerecharacterizedtoprovidetheoreticalsupportfortheeffectofirradiation.Inthisdissertation,twokindsofhexagonalmaterials(6H-SiCand4H-SiC),wereselectedasthere

7、searchobjectwhichwereirradiatedwithNion,Arionandproton(110keVand150keV).EPR,SEM,XPS,XRD,Ramanandothertestmethodshavebeeninvestigatedthemorphology,compositionandfreeradicalsofthesamplesbeforeandafterirradiation.Th