單晶立方碳化硅輻照腫脹與非晶化的分子動力學(xué)模擬研究

編號：NMJS08163

篇名：單晶立方碳化硅輻照腫脹與非晶化的分子動力學(xué)模擬研究

作者：田繼挺 馮琦杰 鄭健 周韋 李欣 梁曉波 劉德峰

關(guān)鍵詞： 碳化硅 分子動力學(xué) 碰撞級聯(lián) 腫脹 非晶化

機構(gòu)： 中國工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所 中國航空工業(yè)集團公司北京長城航空測控技術(shù)研究所 狀態(tài)監(jiān)測特種傳感技術(shù)航空科技重點實驗室

摘要： 碳化硅(SiC)材料在核能材料和半導(dǎo)體器件等領(lǐng)域有廣泛的潛在應(yīng)用,其輻照效應(yīng)一直備受關(guān)注。結(jié)合動態(tài)恒溫墻技術(shù)和恒溫恒壓熱浴算法,本工作基于經(jīng)典分子動力學(xué)模擬方法構(gòu)建了單晶立方碳化硅(3C-SiC)的連續(xù)輻照模型,并研究了室溫下連續(xù)幾千次碰撞級聯(lián)引起的SiC晶體損傷(對應(yīng)的輻照劑量高達(dá)1 dpa),首次從微觀上呈現(xiàn)了SiC從無缺陷到損傷飽和(徹底非晶化、腫脹達(dá)到極值)的完整過程。模擬發(fā)現(xiàn)持續(xù)輻照使得SiC密度明顯降低,并儲存了大量能量,其數(shù)值與文獻(xiàn)中的實驗結(jié)果比較接近。SiC非晶化過程可分為緩慢增長、快速增長、緩慢增長、完全非晶四個階段,完全非晶的輻照劑量約為0.4 dpa,與文獻(xiàn)中的第一性原理結(jié)果和實驗結(jié)果非常接近。模擬得到的SiC腫脹與輻照劑量的關(guān)系,在0.1 dpa以下與實驗結(jié)果比較接近,在0.1 dpa以上則明顯偏高,這可能源自模擬與實驗在劑量率上的巨大差異。這些結(jié)果表明,本文構(gòu)建的計算模型比較合理,未來可用于對SiC輻照損傷微觀機理的進(jìn)一步研究。