氙离子辐照6H-SiC的微观结构演变：退火温度对气泡和位错环的影响机制研究

本文综述了5 MeV Xe20+离子室温辐照6H-SiC后，在不同退火温度（900°C、1200°C、1500°C）下的微观结构演变。通过拉曼光谱（Raman）和透射电镜（TEM）分析，揭示了Xe气泡的成核生长规律及位错环的演化行为。研究发现，随退火温度升高，层错处气泡通过吸收晶格缺陷而长大合并，位错环尺寸与密度呈损伤区深度依赖性。该研究为核反应堆SiC结构材料在辐照环境下的性能评估提供了重要理论依据。

　　

亮点

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  Xe²⁰⁺辐照导致6H-SiC拉曼特征峰减弱或消失，被C-C峰取代
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  TEM显示Xe气泡沿层错成核并生长
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  退火过程中气泡尺寸变化符合修正幂律公式

辐照后状态

图2展示了室温下5 MeV Xe²⁰⁺以不同注量（1×10¹⁴ Xe²⁰⁺/cm²、5×10¹⁴ Xe²⁰⁺/cm²、1×10¹⁵ Xe²⁰⁺/cm²和5×10¹⁵ Xe²⁰⁺/cm²）辐照6H-SiC样品的拉曼光谱。794.4 cm^-1处的尖锐峰对应SiC晶体的横向光学声子模（TO）。辐照后出现同核Si-C键，表明存在空位、间隙型缺陷和反位缺陷。在1×10¹⁵ Xe²⁰⁺/cm²和5×10¹⁵ Xe²⁰⁺/cm²注量下，层错沿基面形成，Xe气泡沿这些层错成核并生长。

结论

通过拉曼光谱与TEM联用，研究了室温Xe²⁰⁺离子辐照6H-SiC及不同温度退火后的损伤过程，主要结论如下：

1. 1.
   Xe²⁰⁺辐照使6H-SiC拉曼散射强度随注量增加而降低。当注量达5×10¹⁴ Xe²⁰⁺/cm²时，Si-C特征峰宽化并消失，表明非晶化形成。
2. 2.
   基面层错为Xe气泡提供了成核位点，气泡通过吸收晶格缺陷在退火中长大合并。
3. 3.
   位错环尺寸与密度呈深度依赖性，集中于损伤区。退火过程中形成基面与棱柱面位错环，其分布与损伤深度相关。
4. 4.
   1500°C高温下，重损伤区出现部分位错环湮灭和层错。