以分子動力學模擬3C碳化矽在高溫矽離子輻照下之微結構變化及膨脹反應

Abstract

碳化矽為優良的陶瓷材料及半導體材料，且在高溫的環境下，仍能擁有好的機械、抗輻照與抗腐蝕性質，因而在各種核能材料中受到高度的矚目。先前已經有?多文獻模擬碳化矽在高溫輻照下，其缺陷變化及膨脹效應，但是卻少有文獻考慮碳化矽中的電子對於高能量粒子的影響。作為核能材料必須能承受大量高能量的中子之撞擊，而當高速粒子射入材料時，材料中的電子海會消耗入射粒子的能量。為了在模擬系統中考慮此現象，必須引入雙溫模型，將電子-離子相互作用與電子耗能作用一併考慮。 本研究中以分子動力學軟體LAMMPS模擬在不同輻照溫度下，帶有10keV的高能量粒子射入3C結構的碳化矽，在系統中造成一連串的位移連鎖反應。為了考慮雙溫模型，統整電子-離子相互作用參數與電子耗能參數對模擬系統的影響，藉由原子系統及電子子系統的溫度變化與PKA的能量消散，選擇的參數設定為γ_p=200 g?(mol?ps)、γ_s=40 g?(mol?ps)，再進行不同輻照溫度下的輻射效應之模擬。 將系統分別模擬400℃、800℃、1000℃、1200℃及1400℃五種不同的輻照溫度，除了與其他模擬文獻比較缺陷數量的模擬結果外，本研究將不同輻照溫度下模擬出的缺陷種類、位置及大小繪製於3D圖中，再與實驗文獻比較，整理得出因矽離子輻照而產生的小黑點缺陷、差排環、疊差環與空孔之位置及其各種缺陷種類生成之輻照溫度，並解釋其隨溫度的演變情形。也利用MATLAB程式將入射粒子及主要受撞擊而具有較高速度的粒子之路徑輸出，可以解釋缺陷的位置走向及分佈。另外，運用可視化軟體OVITO測量及計算各晶面的d-spacing之膨脹量，將數據整理後與實驗文獻比較，可推測各種缺陷型態對晶格膨脹行為之影響。

Date of Award	2016 Aug 18
Original language	Chinese
Supervisor	Hsuan-Teh Hu (Supervisor)