问答题 试述硅晶体经过辐照后所产生的影响。
【正确答案】入射粒子与硅晶体发生碰撞后,将形成空位一间隙原子对。这些空位一间隙原子对在室温下是稳定的,常称弗伦克尔缺陷。缺陷的产生主要决定于入射粒子的类型及其能谱,硅材料点阵特性(包括位错、微量杂质等),辐射时的温度。例如:电子和质子在半导体中经受到卢瑟福散射,将给硅晶格点阵原子一个比较小的平均能量。辐射损伤的第一阶段产生均匀分布的弗伦克尔缺陷,其后空位形成复合中心。在硅中的空位和氧原子相互作用时产生A中心,它处于导带下0.18eV;硅中空位也可以和磷、砷等原子相互作用,产生E中心。上述两者均是较有效的复合中心。空位可以成对地出现,形成双空位,其结果在价带以上0.30eV处产生一个复合能级。又如,中子在半导体中经过硬球散射,给硅原子一个比较大的平均能量,致使其和邻近原子继续碰撞,直到所有有关原子的能量减少到低于位移值为止。高能点阵原子的平均自由程是小的,所以这些能量被积累在晶格的小体积中。它通常涉及几百个原子,因此缺陷云集成堆,成为缺陷群。群心包含大量空位。实践表明,缺陷群起复合中心的作用。
   当质子、电子、X射线、γ射线穿进硅晶体,并和硅中的电子相互作用,这些辐射粒子把能量传给电子,如果电子所获得的能量大于它的结合能时,电子就离开原来的运动轨道,成为自由电子,而原子变成带电离子,这一过程就称为电离辐射效应。电离辐射效应的实质是产生了电子—空穴对,有时甚至还产生二次电子或三次电子,它将使硅材料的电导率升高。电离能量可以起催化剂的作用,将改变材料的分子结构,引起材料的化学变化。
【答案解析】