大破口失水事故工况下碳化硅惰性氧化模型研究

与传统Zr包壳相比,SiC复合包壳具有更好的辐照稳定性、高温机械性能和抗氧化能力,可有效缓解事故进程,增加事故应对时间。在大破口失水事故工况下,SiC复合包壳会与低压高温水蒸气发生惰性氧化反应而持续损耗。SiC材料的惰性氧化反应分为两个过程：SiC抛物线型氧化过程和SiC表面氧化产生的SiO₂的线性挥发过程。本文应用修正的Deal-Grove模型和传热/传质类比法研究SiC的抛物线型氧化速率和SiO₂的线性挥发速率,并基于纯水蒸气环境下SiC氧化实验数据和SiO₂线性挥发实验数据,获得了SiC抛物线型氧化速率常数模型和SiO₂线性挥发速率常数模型。理论模型分析结果显示,在大破口失水事故后低压高温纯水蒸气氧化条件下,SiC材料的氧化速率常数较Zr合金低约2~3个数量级,导致SiC材料的损耗速率远低于传统Zr包壳的损耗速率。     

用于同位素电池的储能复合电极的可行性研究

借鉴太阳能电池Ti/Pd/Ag复合电极的设计方案,将其优化设计为Ti/Pd/Au复合电极并加载氚源,以此验证同位素源与换能器件整合的可行性。在N型单晶硅基体上制备电极,为研究氚在电极中的行为,用氘气模拟氚气对电极进行同位素加载,采用XRD、SEM和四探针研究复合电极的储氚性能、微结构、电学性能等的变化。结果表明：复合电极能吸附氘并生成TiD_x（x≤2）,具备一定的储氚性能;在Ti与Si界面处出现了TiSi₂相,表明膜基间发生了合金化,这提高了复合电极与硅基体的结合强度,同时降低了接触电阻;10^-4 Ω•cm量级的表面电阻率基本可满足对电极导电性能的要求。由此可见,Ti/Pd/Au复合电极应用于伏特效应同位素电池是可行的。     

钝化层结构对氚辐伏电池转换性能的影响

在辐射伏特效应同位素电池(辐伏电池)中,器件的辐伏转化性能不仅受限于换能器件所用的半导体材料、结构或加载放射源的种类,还受换能器件表面钝化层结构的影响。为在氚化钛源加载的平面单晶硅PN结辐伏电池(氚辐伏电池)中得到最佳的钝化效果,本文设计了3种不同的钝化层结构,考察其初始输出性能和抗辐射性能,并单独研究了氚化钛源出射的X射线对单晶硅换能器件的辐射损伤。结果显示:在辐伏电池初始输出性能方面,Si/SiO2/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/Si3N4结构;在抗氚化钛源辐射损伤方面,Si/Si3N4结构Si/B-Si glass/Si3N4结构Si/SiO2/Si3N4结构,Si/B-Si glass/Si3N4结构具有最佳的抗X射线辐射衰减性能。氚化钛源出射的X射线对辐射损伤效应起主要作用,XPS结果显示,X射线长时间辐照造成了单晶硅表面平整性的破坏。     

316NG不锈钢在硼-锂溶液中的电化学腐蚀行为研究

利用电化学方法获得316NG不锈钢（316NG）在300℃、pH=5~8硼-锂溶液中的极化曲线和交流阻抗（EIS）,并绘制相应水化学条件下的电位-pH图。结果表明:碱性条件下钝化区尤其是二次钝化区极化电流急剧减小,pH=7~8时阳极极化表现出3次钝化现象,偏碱性条件极化阻抗显著高于偏酸性和近中性条件,说明碱性条件下316NG表面钝化膜保护效果更佳。pH=5时电化学极化后样品表面主要生成Cr₂O₃和Fe₂O₃;碱性条件下（pH=6~8）样品表面氧化膜为分层结构:最外层为Fe₃O₄,随深度增加开始出现NiFe₂O₄,内层成分主要为FeCr₂O₄。随着电导率升高,溶液电阻、电荷传递电阻和钝化膜电阻均显著降低。依据极化曲线绘制的电位-pH图与文献结果相吻合。      

γ射线辐照对掺Ce钛酸铋铁电薄膜性能的损伤

采用溶胶-凝胶法在复合基底Pt/Ti/SiO₂/Si上制备系列Bi_3.25Ce_0.75Ti₃O₁₂(BCTO)铁电薄膜,并对薄膜进行了不同剂量的γ射线辐照。通过热重-示差扫描量热分析仪(TG-DSC)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜-能谱仪(SEM-EDS)和铁电测试仪等对辐照前后的薄膜的结构、微观形貌、铁电性、漏电性以及抗疲劳性等进行了对比研究。结果表明：随着对γ射线吸收剂量的增加,薄膜的晶体结构没有改变;薄膜的铁电性能显著减弱,剩余极化2Pr从辐照前的51.5μC/cm²下降到23.7μC/cm²;薄膜的漏电流密度增大,从辐照前的0.9×10^-7 A/cm²增大到7.2×10^-7 A/cm²;在经历10¹²次开关极化循环后,部分薄膜出现疲劳现象。     

BPSG膜双极晶体管的抗电离辐照性能研究

对SiO2+BPSG+SiO2钝化结构和SiO2+SiN钝化结构的双极晶体管和JW117集成稳压器进行了60Co的γ辐照和不同温度下退火行为研究。结果表明,覆盖BPSG钝化膜的器件抗辐照性能明显强于SiN钝化膜的器件。BPSG对Na+具有很好的吸收作用,SiO2层中的Na+很大部分被吸收到BPSG膜中,降低了双极晶体管基区的表面复合速率,减少过剩基极电流,这可能是BPSG钝化膜器件抗辐照性能好的主要原因。通过对器件辐照后不同温度下的退火实验,保证了BPSG钝化膜器件辐照后的工作可靠性。     

UD3的表面钝化和氧化特性研究

本文研究了UD₃的表面钝化和氧化特性。利用XRD、激光拉曼技术观察到钝化的UD₃表面致密保护层的主要成分为UO₂。利用量热法研究了钝化的UD₃在空气中的氧化自燃特性,结果显示：当反应温度低于110 ℃时,钝化的UD₃在空气中反应缓慢;当反应温度高于130 ℃时,钝化的UD₃表面保护层被破坏,UD₃在空气中剧烈氧化,钝化的UD₃的自燃温度约为140 ℃。     

12Cr-ODS钢中氧化物强化相（Y2O3）辐照损伤行为研究

本文采用电子束（e^－） 氦离子（He⁺）、氢离子（H⁺）束同时复合辐照方式研究12Cr-ODS铁素体钢中氧化物弥散强化相（Y₂O₃）辐照损伤行为,对不同辐照方式下辐照区内的氧化物形貌变化进行原位观察。研究结果表明,15dpa辐照后,氧化物周围出现微小高密度空洞,相界面变得不规则,氧化物在此特定条件下发生体积收缩或长大,尺寸有少量变化,但无明显溶解现象,对钢的性能不会产生影响。     

γ辐照和热作用下硅基磷钼酸铵对Cs的吸附行为

采用旋转蒸发减压法将磷钼酸铵（AMP）担载入多孔SiO₂中制备复合吸附剂,研究了其在⁶⁰Co γ辐照、温度、共存离子等条件下对Cs(Ⅰ)的吸附性能影响。结果表明：吸附剂粒径为90 μm,平均孔径18 nm;400 ℃附近AMP发生明显的热解反应,（2 2 0）晶面的21.62°峰强减弱,同时检测到MoO₃的产生。γ辐照会引起部分AMP由晶相转变为非晶相,经计算在吸收100 kGy剂量后吸附剂是平均晶粒尺寸为383Å（1 Å=0.1 nm）、边长为11.6 Å的正方体晶胞,但辐照对Cs(Ⅰ)的饱和吸附容量和分配系数的影响较小。吸附剂在0.1~7.0 mol/L HNO₃的模拟废液中对Cs(Ⅰ)的吸附选择性强,吸附过程为离子交换、符合Langmuir吸附模型。     

钝化膜晶体管的电子辐照效应

本文介绍了Al_2O_3单层钝化膜及Al_2O_3-SiO_2双层钝化膜掩蔽下的外延PNP-3CK2型开关晶体三极管,在高能电子辐照下性能变化的情况,并与无膜管子的辐照情况作了对比。     

电离辐射下双界面Si3N4/SiO2/Si的等离激元

用X光激发电子能谱(XPS)分析技术对Si3N4/SiO2/Si双界面系统经60Co电离辐照前后处于纯Si态的一级等离激元(定位于B.E. 116.95 eV)、处于SiO2态的一级等离激元(定位于B.E. 122.0 eV)和处于Si3N4态的一级等离激元(定位于B.E. 127.0 eV)进行了研究.实验结果显示:存在一个由Si3N4态等离激元和SiO2态等离激元构成的界面及由SiO2态等离激元和Si态等离激元构成的界面,在电离辐射的作用下,SiO2态-Si3N4态等离激元界面区中心向Si3N4态表面方向推移,同时SiO2态/Si3N4态等离激元界面区亦被展宽;电离辐照相当程度地减少位于SiO2态-Si态界面至Si衬底之间SiO2态的一级等离激元的浓度:同时偏置电场对SiO2/Si界面等离激元有显著作用.文中就实验现象以光电子能损进行了机制分析.     

氚/单晶硅器件辐伏电池模型及样机的长期稳定性研究

采用氚化钛源原位辐照和加速器低能电子束加速辐照实验,研究基于氚化钛/单晶硅PN结器件的氚辐伏电池模型和实验室组阵型电池原型样机的长期稳定性。测试电池模型和电池样机的氚辐伏输出随辐照时间的变化,分析辐照对单晶硅PN结型器件的本征暗特性和器件表面层材料缺陷的影响。结果表明,氚化钛源原位辐照电池模型在115 d的辐照中辐伏输出没有明显的衰减,辐照后单晶硅器件的本征暗特性曲线变化微小。电池模型的加速器低能电子束加速辐照实验表明,加速辐照在相同电子注量下对电池造成远大于氚源原位辐照的性能损伤,但损伤仅在辐照最初期快速产生,随后基本保持稳定,电子顺磁能谱（ESR）测试加速辐照60 min单晶硅器件材料的缺陷没有明显增加。组阵型实验室电池原型样机在64个月的室温储存中,基本单元的辐伏输出性能衰减比氚的自发衰变衰减有小幅增大,增大幅度小于11.4%;另外,组阵中单元之间串并联电连接有部分失效,这是后续应重点关注的问题。     

Chemical and Structural Aspects of the Irradiation Behavior of SiO2 Films on Silicon

Similarly to vitreous silica, irradiation of Sio2 films on silicon releases bond strain by creating network defects and a small increase in density and a decrease in polarizability. In contrast, the density of quartz crystal decreases and its polarizability increases during irradiation. These effects are due to the basic trend of maximizing ?-bonding and minimizing bond strain in the Si-O network. From the irradiation-generated electron-hole pairs, the holes are trapped in narrow and localized ?-bands at ~0.4 eV above the SiO2 valence band while the electrons move rather freely. This hole trapping is an intrinsic property of the Si-O bond. Hole trapping also occurs at the Si/SiO2 interface where interface states are generated. It is suggested that this process involves breaking surface Si-H bonds. Results obtained with various analytical techniques demonstrate that hydrogen present in various forms in the oxide film plays a crucial and complex role in the irradiation behavior of Si/SiO2 interface structures.     

Defect Structure and Irradiation Behavior of Noncrystalline SiO2

Various phenomena occuring during ionizing or particle irradiation of vitreous silica and Si-SiO2 interface structures are explained. Densification and changes in bond polarizability are due to the basic trend of maximizing ?-bonding between Si and O atoms with minimum bond strain. Hole trapping in SiO2, as exhibited, e.g., in irradiated MOS devices, is an intrinsic property of the Si-O bond. Irradiation generates trivalent Si and non-bridging O defects. These interact with impurities, especially SiOH and SiH groups, as well as with interstitial H. These defects determine the radiation behavior of vitreous silica and Si-SiO2 interfaces, as well as the stability of MOS devices.     

注氟MOSFET的质子辐照效应

对干Ｏ２和Ｈ２＋Ｏ２栅氧化注Ｆ的Ｓｉ栅Ｐ沟和Ｎ沟ＭＯＳＦＥＴ进行了８ＭｅＶ和１２ＭｅＶ质子辐照试验，通过分析阈电压和Ｌｄｓ－Ｖｇｓ亚阈特性的辐射响应，发现ＭＯＳ结构栅介质中Ｆ的引入能明显抑制辐射感生氧化物电荷的积累和Ｓｉ／ＳｉＯ２界面态的产生，导致ＰＭＯＳＦＥＴ较小的阈电压负向漂移和ＮＭＯＳＦＥＴ阈电正向回漂，且不受质子辐照能量的影响。     

Thin Film Silicon on Silicon Nitride for Radiation Hardened Dielectrically Isolated Misfet's

The permanent ionizing radiation effects resulting from charge trapping in a silicon nitride isolation dielectric has been determined for a total ionizing dose up to 107 rads (Si). Junction FET's, whose active channel region is directly adjacent to the siliconsilicon nitride interface, were used to measure the effects of the radiation induced charge trapping in the Si3N4 isolation dielectric. The JFET saturation current and channel conductance versus junction gate voltage and substrate voltage were characterized as a function of the total ionizing radiation dose. The experimental results on the Si3N4 are compared to results on similar devices with SiO2 dielectric isolation. The ramifications of using the silicon nitride for fabricating radiation hardened dielectrically isolated MIS devices are discussed.     

L82C87集成电路的总剂量辐射效应研究

对ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４复合栅结构Ｌ８２Ｃ８７电路的电离辐射效应，退火特性及损伤机理进行了研究，探讨了用ＳｉＯ２／Ｓｉ３Ｎ４复合栅结构对大规模集成电路进行抗辐射加固的可行性。     

Experimental Observations of the Chemistry of the SiO2/Si Interface

Changes in silicon surface preparation prior to thermal oxidation are shown to leave a signature by altering the final SiO2/Si interface structure. Surface analytical techniques, including XPS, static SIMS, ion milling, and newly developed wet-chemical profiling procedures are used to obtain detailed information on the chemical structure of the interface. The oxides are shown to be essentially SiO2 down to a narrow transitional interface layer (3-7 ?). A number of discrete chemical species are observed in this interface layer, including different silicon bonds (e.g., C-, OH-, H-) and a range of oxidation states of silicon (0 ? +4). The effect of surface preparation and the observed chemical species are correlated with oxide growth rate, surface-state density, and flatband shifts after irradiation.