半導體超晶格二維電子氣材料的輻照效應研究

《半導體超晶格二維電子氣材料的輻照效應研究》是依託電子科技大學,由肖海燕擔任醒目負責人的聯合基金項目。

基本介紹

• 中文名：半導體超晶格二維電子氣材料的輻照效應研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：聯合基金項目
• 項目負責人：肖海燕

項目摘要

半導體超晶格二維電子氣材料在武器及航天航空等領域中套用時會暴露在中子、γ等強輻射環境中，導致大量缺陷產生和聚集而使得材料的電學性能退化。如何增強其電學和抗輻照性能，對確保電子器件在輻射環境中正常有效地工作至關重要。本項目擬考慮電荷轉移在輻照過程中的作用，採用從頭算分子動力學方法模擬Si-Ge, GaAs-AlGaAs和GaAs-AlAs的輻射效應，以第一性原理的精度揭示輻射損傷機制，預測輻照缺陷對載流子濃度和遷移率的影響，提出半導體超晶格材料高載流子遷移率和耐強輻射的理論模型。根據理論預測結果，通過實驗研究這些材料在中子和γ輻照下的缺陷分布與電學性能的內在聯繫，修正和完善理論模型，並結合理論模擬和實驗研究結果提出表征材料電學和抗輻照性能的方法。其研究結果將有利於提高電子材料的電學和抗輻照性能，可為新型電子材料的研發提供理論和實驗支撐，具有重要的學術研究價值和工程套用參考價值。

結題摘要

半導體超晶格二維電子氣材料已廣泛套用於航空航天、高能物理及核相關領域的高科技套用。在輻照環境下缺陷的產生、聚集和積累可能會使材料電學性能退化甚至導致器件永久失效。如何增強其電學和抗輻照性能，對確保電子器件在輻射環境中正常有效地工作是十分關鍵的。在本基金資助下，本項目主要研究半導體超晶格二維電子氣材料的輻照效應。主要取得的研究成果如下：（1）通過研究Si/Ge、GaAs/AlAs和GaAs/AlGaAs半導體超晶格材料在輻照前後微觀結構和電學性質的變化，我們發現半導體材料成分及堆垛層數、取代元素的濃度、產生缺陷的類型等都會影響二維電子氣形成及載流子濃度和遷移率。另外，通過研究不同堆垛層數的半導體超晶格材料的能帶結構、電子有效質量濃度和遷移率、不同元素的位移閾能、產生缺陷的類型數量和形成能、損傷態電子有效質量濃度和遷移率，可以評估材料的電學和耐輻照性能。（2）通過研究三種半導體超晶格材料在輻照前後缺陷的類型、濃度和分布，我們發現在大部分情況下，輻照產生的空位、間隙、反位、弗倫克爾對等缺陷會導致電學性能下降，但GaAs/AlGaAs超晶格中各種類型反位缺陷反而提升電子遷移率。研究結果揭示了輻照損傷過程的物理機制，獲得了半導體超晶格材料耐輻照性能的規律，對工程應有具有重要的價值。