不同能量密度的飞秒激光辐照对单晶硅的影响研究

利用飞秒激光在空气中对单晶硅进行扫描刻蚀,在硅表面形成一系列平行的刻蚀槽,刻蚀槽底部为密集排列的微纳米颗粒。这种微纳米结构使得硅表面在各角度都呈现黑色,同时这种微纳米结构降低了硅材料的反射率,提升了硅材料的光吸收能力。本文通过对单晶硅表面进行不同能量密度的飞秒激光辐照,发现这种降低硅表面反射率的微纳米结构的形成和其单位面积上受到辐照的激光能量密度有直接关系,过高和过低的激光通量都不利于微纳米结构的产生。

中子辐照6H-SiC晶体中的钉扎效应

分别对两种不同的6H-SiC晶体进行了总通量为5.74×1018n.cm-2、8.2×1018n.cm-2和1.72×1019n.cm-2的不同剂量的中子辐照,利用X射线衍射等手段观测了中子辐照引起的晶体内部损伤。结果表明:两种样品在不同的中子通量辐照下,消除部分原始缺陷的、纯度较高的样品辐照后的内部损伤明显小于纯度较低、内部原始缺陷较多的样品。样品的辐照损伤不仅取决于中子辐照剂量,还取决于其辐照时的成分和结构。晶体的结构缺陷和杂质,作为一种"钉扎",在辐照过程中作用极大,它们导致了晶体的长程缺陷(如位错)的大幅度增加。

2种不同激光对钛宝石辐照作用的研究

分别采用波长为193 nm的ArF准分子激光与波长为800 nm、脉冲宽度为120 fs的飞秒激光对温梯法生长的钛宝石进行辐照,并对辐照前后的吸收谱、荧光谱及电子顺磁共振(EPR)谱进行了检测。2种不同辐照的结果表明:218 nm及266 nm吸收峰并不是完全由同一种色心所引起的。通过对比不同品质因数(FOM)值的钛宝石样品在420 nm处的荧光谱,发现准分子激光辐照后420 nm处荧光强度降低,表明样品中Ti^(4+)离子浓度降低。而在飞秒激光辐照下荧光强度增大,即Ti^(4+)浓度增大。根据2种激光的波长,功率密度及辐照方式的差异对于2种辐照产生不同结果做出了解释。

锗酸铋晶体快中子辐照损伤及其等温时效研究

锗酸铋(BGO)晶体作为一种优良的无机闪烁体被广泛用于高能物理和γ辐射探测技术中,这必然涉及辐照损伤的问题.该文试图对锗酸铋晶体的辐射损伤形成机理予以描述,对其进行两种不同剂量的14MeV快中子辐照和室温等温时效以及高温退火处理,将辐照前后的BGO闪烁体作为探头,测定其本底谱和137Cs的γ能谱.通过分析BGO闪烁体的峰总比、能量分辨率及道漂等变化,来揭示BGO快中子辐照损伤的形成和退火回复机制.

碳团簇C_n^+(n=1─5)注入NaCl晶体的模型

600keV的荷能碳团族离子C+n（n=1─5）注入到NaCl单晶，当入射粒子的速度v大于玻尔速度v0（=c/137）时，能量转移主要是由入射粒子与靶原子的核外电子碰撞造成的。假定团簇中各原子的能量歧离大于它们的结合能时，团簇状态已经结束，各原子成为独立的粒子。利用Trim程序对碳团簇在NaCl单晶中的射程进行了模拟，得到团簇区域的长度为278－321nm，总射程为686nm。

飞秒激光对两种不同的单晶硅的辐照损伤研究

为研究杂质在超短脉冲激光对材料辐照过程中的作用,利用相同能量密度的飞秒激光对两种不同的单晶硅片进行扫描刻蚀,在两种硅片表面均形成平行分布的刻蚀槽,刻蚀槽内部密布着大量的微纳米颗粒。通过电子扫描显微镜和台阶仪等测试手段对样品进行形貌观测,发现两种样品的损伤程度存在较明显的差异。数据分析表明激光辐照对材料造成的损伤受到晶体内部固有杂质缺陷的影响,杂质的存在可以加剧辐照损伤。

高能电子辐照导致氢化非晶硅的微晶化

氢化非晶硅 (a -Si:H)是无序硅网络中嵌入一定量H原子的非晶态硅—氢合金膜 ,结构上存在许多不稳定的弱Si-Si键及各种畸变键 ,在光、电老化过程中 ,它们会断裂或变形 ,导致缺陷态的增加 ,使材料性能变坏。a -Si:H微晶化后 ,这些缺点将得到有效的克服。结果发现 ,用 0 .3- 0 .5MeV、注入束流密度 1.3× 10 19cm- 2 s- 1的高能电子辐照 10 - 6 0 0s,a -Si:H膜会出现微晶化现象 ,晶粒大小为 10 - 2 0nm ,晶化层厚度为 2 5- 2

中子辐照诱生F_3聚集心对刚玉晶体光吸收谱影响研究

利用嵌入原子簇模型结合F心的类H离子波函数 ,研究了α Al2 O3晶体中F3聚集型色心存在时 ,晶体的能带结构、态密度、Mulliken电荷布居的变化 ,讨论了色心的光学吸收跃迁模式。结果表明 ,由于F3聚集心的存在 ,在α Al2 O3晶体的禁带中引入了 1个单能级和 1个双重简并色心能级 ,产生了一个 3 54eV的从色心能级到导带底的新的吸收跃迁。与中子辐照后的刚玉晶体的光学吸收实验结果比较 ,实验测得的 0 356 μm(3 4 83eV)处的吸收峰是由于F3聚集心的电子的吸收跃迁所引起的。同时发现F3聚集心的格点处的电荷布居比单F心格点处的电荷布居小。

结晶固体的辐射损伤与释光

从辐射与物质的作用出发，对释光现象进行了讨论。认识到结晶固体的释光效应最本质的是结晶固体中的杂质离子。它们在固体中形成的发光中心有两类，一类是辐射本质的它对辐射的释光响应正比于它所接受的辐射剂量；另一类属于非辐射本质的，全由固体中的杂质离子所决定。在热释光断代中求取等效剂量时的超线性校正部分也正是属于非辐射本质的一类。因此，对等效剂量的超线性校正是不必要的。

中子辐照SiC及其退火行为的光致发光特性研究

利用荧光光谱对剂量为1.72×10^(19)n/cm^2的中子辐照掺氮6H-Si C晶体的发光特性进行了研究。结果表明:中子辐照在晶体中产生了大量缺陷,导致晶格结构发生严重损伤,使N有关的施主-受主对遭到破坏,引起对应的560nm发光峰消失;同时辐照缺陷引起的晶格应力使417nm和438nm附近发光峰发生轻微的蓝移现象。对辐照样品进行800℃和1600℃的等时退火后,发现低温800℃退火并未引起辐照损伤的明显恢复;经1600℃退火处理后,560nm发光峰明显升高,而417nm和438nm发光峰显著降低几乎趋于零,说明高温退火导致晶格损伤完全恢复,甚至使晶体中的固有缺陷也得到一定程度的恢复。

用正电子湮没技术研究BaF_2的辐射损伤

用正电子湮没技术研究了BaF_2晶体经不同剂量辐照后的湮没参数。在大剂量(1.7kGy)辐照后,BaF_2的正电子湮没寿命谱及一维角关联曲线都发生了变化,这说明辐照使晶体结构发生了某种变化。辐射损伤可以恢复,且曝光处理可以加速其性能的恢复。

7075铝合金的Fe^(11+)离子辐照损伤研究

7075铝合金因其优异的各项性能,作为结构部件,广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子,这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤,对其可靠性构成了巨大的威胁,甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe^(11+)离子辐照7075铝合金,采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究,分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示,离子辐照后的7075铝合金未形成新的相,且结构保持完整,表明其具有一定的抗辐照性能。同时,观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起,且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外,纳米压痕测试表明,辐照后样品硬度增加,且随剂量增加,硬度逐渐趋于饱和,经分析可知,样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。

氧和氢对硅单晶电子辐照缺陷的影响

在超高压电镜中,用100万伏加速电压于室温～773K 之间对硅单晶进行电子辐照。实验发现,在含氧硅单晶中比含氢硅单晶中更易产生辐照缺陷。在含氧硅单晶中辐照缺陷密度较大,而且形成缺陷所需的孕育时间也较短。棒状缺陷、层错和位错环均沿〈110〉方向。棒状缺陷和层错有〈116〉型的位移矢量,层错在(113)面上。非层错化过程产生具有柏氏矢最为 a/2〈110〉型的间隙型位错环.

硅单晶中辐照缺陷对氧的非均匀成核和沉淀的影响

辐照缺陷可作为氧非均匀成核的核心加速氧沉淀的发生,使中子嬗变掺杂直拉硅(NTDCZSi)一步高温退火即可完成内吸除(IG)处理,对其机理进行了简单的探讨。

基于缺陷回复的晶体测温技术及其在工程技术领域的应用研究

高超飞行器表面、航空发动机叶片等重大装备关键高温构件工作环境极端恶劣,且处于高速运动或转动工作状态,高温热作用将直接影响构件工作性能及寿命,甚至威胁装备安全。由于工作环境和工作状态的极端性,传统的热电偶、示温漆以及薄膜热电偶等测温方法,已无法满足极端工况(高温、高压、高转速、高负荷等极端工况)复杂构件表面极限高温精准获取,迫切需要创新性发展新的无源分布式测温技术,增强我国在航空装备研发方面的科技实力。本文介绍的晶体温度传感技术有望解决以往测温技术测温上限低、测温系统复杂、受工况环境和空间限制等难题,可实现关重件表面温度精准测量。该技术基于晶体缺陷高温回复,可对工作目标异域分时进行温度读取,对解决在役在研关重件工作极限高温精准测量具有重要意义。

OH^-和氧离子杂质对BaF_2晶体辐照损伤的影响

从理论和实验两方面研究ＯＨ－和氧离子杂质对ＢａＦ２晶体辐照损伤的影响，并对其机理进行讨论．理论上用（ＨＦＳ－ＤＶＭ－Ｘα）局域密度离散变分法计算ＯＨ－和氧离子杂质心在ＢａＦ２中的电子结构，得到ＯＨ－，Ｈｓ－（Ｕ心），Ｏｓ－，Ｏｓ２－和（Ｏｓ２－－Ｆ＋）都可能是引起辐照损伤的源泉．实验发现，ＢａＦ２晶体水解处理后，ＯＨ－和氧离子杂质很容易进入ＢａＦ２，在晶体中的存在形式主要是：ＯＨ－占据阴离子位置，氧离子以Ｏｓ２－的形式占据Ｆ－的晶格位置，并由氟空位（Ｆ＋）作电荷补偿，较大可能以（Ｏｓ２－Ｆ＋）形式存在．γ辐照前后水解处理样品的光吸收谱（ＶＵＶ，ＵＶ，ＩＲ）和电子顺磁共振谱（ＥＰＲ）验证了理论计算的正确性．综合理论和实验，我们认为ＯＨ－氧离子杂质引起ＢａＦ２晶体辐照损伤的主要原因是：ＯＨ－和（Ｏｓ２－Ｆ＋）辐照分解成Ｈｓ－（Ｕ心）和Ｏｓ－．上海硅酸盐研究所在晶体生长工艺中，有意识地对ＯＨ－和氧离子给予特别的注意，在改进辐照损伤上获得较好的效果．

不同脉冲宽度355 nm波长激光诱导DKDP晶体损伤特性

研究了用于三倍混频的Ⅱ类DKDP晶体在35 ps,850 ps和7.6 ns三种不同脉宽355 nm波长激光作用下的损伤特性。实验对比分析了损伤阈值、概率和损伤针点形貌、尺寸和密度,并根据损伤阈值及概率得到前驱体阈值及密度。结果表明,前驱体的激光能量吸收量与脉宽线性相关。35 ps激光作用下DKDP有一种前驱体吸收激光能量形成熔融状损伤针点。850 ps激光作用下有两种前驱体吸收激光能量并产生力学破坏形成中心熔融四周断裂的损伤针点。7.6 ns激光作用下只有一种前驱体吸收激光能量,并且形成的损伤针点与850 ps对应的损伤针点有相同特征。

大口径DKDP元件的辐照损伤分布特性

大口径高能激光装置是各强国积极研究的重点项目。对装置内大口径光学元件损伤特性进行有效评估具有非常重要的意义,在此研究大尺寸光学元件表面损伤。通过分段拍摄、图像拼合、损伤点记录、统计与归纳等工作发现,不同尺寸损伤点的分布特性差异较大。结合统计学方法与类似实验对比、理论计算等方式对损伤点分布与样品辐照环境特性变化的关系进行分析。结果显示,损伤点的位置分布与辐照光束的能量密度关联紧密;系统光束(351 nm)在低于6 J/cm^(2)时能量分布均匀,高于6.7 J/cm^(2)时呈现较为明显的高斯分布状态。可以为大口径高能辐照环境的元件损伤特性评估提供有价值的参考,对大口径紫外激光器的日常运行与维护具有极其重要的工程意义。

利用电子顺磁共振对掺Mn刚玉晶体中子辐照变价的研究

测量并对比了掺Ｍｎ刚玉晶体在中子辐照及退火处理前后的电子顺磁共振（ＥＰＲ）谱，结合紫外－可见光吸收谱的结果，发现Ｍｎ２＋和Ｍｎ４＋的浓度降低，而Ｍｎ３＋浓度增加，虽然Ｍｎ离子的掺杂浓度并无改变，但其价态由于中子辐照而引起了改变．实验结果还表明，中子辐照可在晶体内形成Ｍｎ２＋与Ｆ－心的复合体，但退火后则有一部分转化为Ｍｎ２＋与Ｆ心的复合体．

模拟数字转换器AD574总剂量和单粒子翻转的协合效应

以美国亚德诺半导体技术有限公司bipolar/I2L工艺的1^(2)位模拟数字转换器AD574为研究对象,在^(60)Coγ辐照条件下累积400 Gy(Si)的电离剂量(Totalionizingdose,TID),对累积总剂量前后的样品进行激光单粒子翻转(Single-event upset,SEU)试验,获得了0 V、1 V、2.5 V输入信号条件下的输出码值翻转。结果显示:累积400 Gy(Si)电离剂量后,AD574输出码值的翻转向中心码值右侧偏移,同时造成翻转次数的改变。本文初步分析了AD574的TID-SEU协合效应作用机制,认为该现象与模拟/数字转换器内部比较器单粒子瞬态的敏感性有关。累积总剂量后,比较器单粒子瞬态的幅值和宽度显著增大,会导致AD574输出码值翻转分布及次数的变化。该TID-SEU协合效应研究对宇航元器件的抗辐射加固保障提供了有益参考。