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摘要
高能粒子轰击不可避免地会造成SiC材料内部缺陷的产生、积累,晶格紊乱等,导致其物理性能的显著变化,继而影响基于SiC材料的半导体器件使用寿命。因此,有必要对SiC在不同的辐射环境下的损伤行为进行系统研究。本工作对6H-SiC中子辐照肿胀高温回复及光学特性开展研究,辐照剂量范围5.74×1018～1.27×1021 n/cm2,退火温度在500～1650℃。利用X射线单晶衍射技术分析测试样品的晶体结构及晶胞参数,结果表明:SiC仍为六方结构,晶体未发生非晶化,晶格肿胀及高温回复行为具有各向同性特征,表明辐照缺陷以点缺陷为主。本征缺陷及辐照缺陷均可引入缺陷能级,空位型缺陷是缺陷能级引入的主要因素。缺陷能级导致SiC吸收带边红移,带隙宽度降低,光吸收增强。利用吸收光谱、光致发光谱和拉曼光谱,并结合第一性原理计算对缺陷能级分布开展研究,结果表明硅空位在价带顶上方引入了新的缺陷能级,而碳空位则是在导带底下方引入了新的缺陷能级。未辐照晶体在1382和1685 nm红外波段光吸收以及550 nm光发射主要源于本征碳空位及其相关缺陷构型;辐照SiC晶体在415、440和470nm处的发光主要源于辐照产生的硅空位及其相关缺陷构型。研究还利用电荷态和缺陷能级分布对SiC晶体发光机理行了讨论。
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