缺陷簇

辐照在材料中产生的点缺陷不仅以孤立的点缺陷存在，也可以彼此缔合成缺陷簇。缺陷簇的存在不仅影响原子迁移，而且由于缺陷簇中原子活动性高，使簇的形状不断改变，严重影响材料的性能，进而缩短太阳电池的寿命，威胁航天器的在轨安全。

简介定义缺陷簇又称缺陷缔合体。缺陷在晶体中随机分布，可能存在两个或多个缺陷占据相邻格位，它们可以互相缔合，生成缺陷的缔合体，即缺陷簇。

性质缺陷浓度越高，则形成缺陷簇的数量越多。缺陷簇的性质并非是组成它的单个缺陷性质的简单加和，它是一种新的缺陷。例如，在氟化镉晶体中，掺入三价稀土钐取代二价金属镉的位置，则杂质缺陷钐和空位中氟离子形成中性的缺陷簇。又如氯化钠晶体在钠蒸气中加热后着褐色，产生的F色心是氯的阴离子空位和电子生成的缺陷簇。

形成孤立的点缺陷占总缺陷的比值小，大部分的缺陷都是以缺陷团簇的形式存在；孤立的间隙原子与空位相比，间隙原子多于空位，这是由于间隙原子比空位更容易产生。

通过进一步分析还可发现以下规律：1）随着能量的升高，总缺陷中孤立点缺陷所占百分比逐渐降低，而缺陷簇所占百分比却明显升高，说明随着入射PKA 能量的升高，点缺陷更倾向于缔合成为缺陷簇；2）与空位缺陷相比，孤立点缺陷中间隙原子更容易存在，相反地，在缺陷簇中，空位多于间隙原子；3）5、7 和10 keV 条件下，孤立点缺陷所占百分比有下降趋势，但数值相差不大，这表明随着能量的增加，孤立点缺陷在总缺陷中是相对稳定的部分，发生变化的是孤立点缺陷之外的其他缺陷。1

相关资料在辐射造成的缺陷中，不仅包括缺陷簇，还包括点缺陷。

点缺陷辐射产生的缺陷主要为弗兰克尔缺陷对形式，即空位和间隙原子成对存在。计算不同能量条件下GaAs结构内部缺陷随时间的演化：1）在碰撞过程中，明显存在缺陷产生、复合、平衡3 个不同阶段。PKA 入射开始后，缺陷数目急剧增多直至达到一个峰值，即出现“离位峰”；而后缺陷开始复合，缺陷数目下降，最后达到一个稳定状态，缺陷数目在很小的范围内波动，保持相对的平衡。2）对比不同能量PKA 入射所产生的缺陷随时间的变化，发现随着PKA 能量的增加，达到“离位峰”所需的时间就越长，“离位峰”处的缺陷数目增多，最后达到稳定状态时的缺陷数目也越多。上述模拟结果符合辐射条件下微观缺陷在材料中演化的一般规律。

缺陷对复合率当入射PKA 能量在0.1～10 keV 时，复合率随能量增加逐渐降低，其数值在0.57～0.75 之间变化，可做如下分析：对于入射能量为0.1 keV，由于次级离位原子获得的能量低，使离位原子离开点阵位置的距离近，当达到稳定状态时，大多数偏离平衡位置的缺陷又会重新复合，从而复合率大；随着能量升高，离位原子获得较大能量且可离开原点阵位置较远，因而复合率逐渐降低。同时从图中缺陷复合率的趋势可以发现，随着PKA 能量的增加，复合率变化逐渐趋于平缓，这可能与入射PKA 能量的增加促进了体系的热振动有关。总的来说，当GaAs 材料受到质子辐照时，辐照能量越高，稳定时存在的缺陷对数目就越多，辐射对材料造成的损伤越难以恢复。2

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学