缺陷簇

缺陷簇

輻照在材料中產生的點缺陷不僅以孤立的點缺陷存在,也可以彼此締合成缺陷簇。缺陷簇的存在不僅影響原子遷移,而且由於缺陷簇中原子活動性高,使簇的形狀不斷改變,嚴重影響材料的性能,進而縮短太陽電池的壽命,威脅太空飛行器的在軌安全。

簡介

定義

缺陷簇又稱缺陷締合體。缺陷在晶體中隨機分布,可能存在兩個或多個缺陷占據相鄰格位,它們可以互相締合,生成缺陷的締合體,即缺陷簇。

性質

缺陷濃度越高,則形成缺陷簇的數量越多。缺陷簇的性質並非是組成它的單個缺陷性質的簡單加和,它是一種新的缺陷。例如,在氟化鎘晶體中,摻入三價稀土釤取代二價金屬鎘的位置,則雜質缺陷釤和空位中氟離子形成中性的缺陷簇。又如氯化鈉晶體在鈉蒸氣中加熱後著褐色,產生的F色心是氯的陰離子空位和電子生成的缺陷簇。

形成

孤立的點缺陷占總缺陷的比值小,大部分的缺陷都是以缺陷團簇的形式存在;孤立的間隙原子與空位相比,間隙原子多於空位,這是由於間隙原子比空位更容易產生。

通過進一步分析還可發現以下規律:1)隨著能量的升高,總缺陷中孤立點缺陷所占百分比逐漸降低,而缺陷簇所占百分比卻明顯升高,說明隨著入射PKA 能量的升高,點缺陷更傾向於締合成為缺陷簇;2)與空位缺陷相比,孤立點缺陷中間隙原子更容易存在,相反地,在缺陷簇中,空位多於間隙原子;3)5、7 和10 keV 條件下,孤立點缺陷所占百分比有下降趨勢,但數值相差不大,這表明隨著能量的增加,孤立點缺陷在總缺陷中是相對穩定的部分,發生變化的是孤立點缺陷之外的其他缺陷。

相關資料

在輻射造成的缺陷中,不僅包括缺陷簇,還包括點缺陷。

點缺陷

輻射產生的缺陷主要為弗蘭克爾缺陷對形式,即空位和間隙原子成對存在。計算不同能量條件下GaAs結構內部缺陷隨時間的演化:1)在碰撞過程中,明顯存在缺陷產生、複合、平衡3 個不同階段。PKA 入射開始後,缺陷數目急劇增多直至達到一個峰值,即出現“離位峰”;而後缺陷開始複合,缺陷數目下降,最後達到一個穩定狀態,缺陷數目在很小的範圍內波動,保持相對的平衡。2)對比不同能量PKA 入射所產生的缺陷隨時間的變化,發現隨著PKA 能量的增加,達到“離位峰”所需的時間就越長,“離位峰”處的缺陷數目增多,最後達到穩定狀態時的缺陷數目也越多。上述模擬結果符合輻射條件下微觀缺陷在材料中演化的一般規律。

缺陷對複合率

當入射PKA 能量在0.1~10 keV 時,複合率隨能量增加逐漸降低,其數值在0.57~0.75 之間變化,可做如下分析:對於入射能量為0.1 keV,由於次級離位原子獲得的能量低,使離位原子離開點陣位置的距離近,當達到穩定狀態時,大多數偏離平衡位置的缺陷又會重新複合,從而複合率大;隨著能量升高,離位原子獲得較大能量且可離開原點陣位置較遠,因而複合率逐漸降低。同時從圖中缺陷複合率的趨勢可以發現,隨著PKA 能量的增加,複合率變化逐漸趨於平緩,這可能與入射PKA 能量的增加促進了體系的熱振動有關。總的來說,當GaAs 材料受到質子輻照時,輻照能量越高,穩定時存在的缺陷對數目就越多,輻射對材料造成的損傷越難以恢復。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們