6H-SiC位移损伤的分子动力学模拟( 二 )

表1显示了模拟系统的大小与PKA能量、速度和系统中原子数之间的对应关系。
在该模拟中，基于由法雷尔描述级联形成的相位被选择的多相位时间步的程序。在级联碰撞的不同阶段使用不同的时间步长。当有多达应显示粒子的运动的细节可能需要更小的时间步长。反之，若原子碰撞相对不那么激烈，使用了较大的时间步长以提高计算速度并节省计算时间。
作为用于缺陷识别，在晶体中的缺陷被识别基于所述的Wigner-Seitz的方法。这种方法的原理是基于一个完全无缺陷的晶格为参考中心，并采取由相邻原子线作为基准空间的垂直平分线所形成的空间。然后通过与原始空间中的位置的级联碰撞过程的每个步骤比较所述原子输出的位置。当网站被零个原子占据，这些网站被标记为“空缺” 。此外，该网站通过占领更多的一个原子被打成“广告网站” 。并含有一个原子而从原来的一个不同的位点的那些被称为“位点反位” 。
在这个模拟中，还考虑了集群。根据缺陷形状和研究半径簇进行鉴定。对于邻居的空缺，重复搜索的邻居，依此类推，直到没有发现新的职位空缺，以及搜索半径设置为0.22纳米。
3 。结果与讨论
3.1. PKA能源的演变
PKA进入系统后， PKA与模拟域中的晶格原子发生碰撞，将PKA动能传递给晶格原子，引起晶格原子的位移。为了探究传递给系统的动能PKA与产生的点缺陷数量之间的关系，需要分别知道动能PKA和缺陷数量随时间的变化。此外，在不同系统温度下，相同PKA动能的演化趋势相似。因此，在相同温度下通过模拟时间选择不同的PKA动能，如图3（a）所示。从图中可以看出，不同动能的PKA几乎耗散了I相结束时（0.1~0.2ps之间）的所有动能，而具有较高动能的入射PKA需要更多的时间来传递其能量。从图3(b)可以看出，在此期间点缺陷数量达到峰值，并且由较高的PKA动能产生的缺陷数量也需要更多的时间才能达到最大值。因此，点缺陷的产生与PKA动能密切相关，当PKA将其全部能量转移时，缺陷数量最多。在下一个时期， Frenkel对的数量在第二阶段减少，如图3(b)所示。这是由于散失的PKA能量产生的热尖峰会加速原子热运动，并且在退火过程中点缺陷重新组合。更重要的是，这个模型没有考虑由于电子停止能力引起的能量损失，这是考虑高能量离子的。
3.2.缺陷空间分布
图4为入射PKA能量为(a) 1 keV (b) 2 keV (c) 5 keV (d) 10 keV时500 K 6H-SiC晶体中12ps后的点缺陷空间分布，揭示了缺陷分布和PKA的动能。图中的球体有六种颜色，不同的颜色代表不同的点缺陷。点缺陷包含六种类型，有硅间质性（SII），碳间隙（CI），硅空位（VSI），碳空位（VC），硅反位（碳化硅），碳反位（CSI）。从图4中，由1keV创建点缺陷的空间分布是沿PKA的轨道和相对稀疏的。此外，位移级联引起的2 ， 5 ， 10千电子伏PKA可分为几个相对独立的子级联。这些子级联彼此通过形成与插页和空位不同的区域，并与在同一时间有点数反位缺陷的分离。
此外， 6H-SiC的位移级联结构比3C-SiC晶体更紧凑。这是因为金刚石结构具有较低的晶体原子堆积因子， 11 BCC：0.68；FCC：0.74；HCP：0.74；金刚石：0.34查看所有注释6H-SiC晶体比3C-SiC晶体具有更高的能量转移效率，导致6H-SiC晶体中的位移级联结构更加紧凑。
3.3.级联过程
在本节中，通过缺陷产生效率，将仿真中产生的最终缺陷数与修正的Kinchin-Pease方程给出的数进行比较。 K-P公式是由Norgett等人开发的，如公式(1)所示，它已被用作估计辐照材料中每个原子的位移的标准。也用于预测级联产生的位移数与PKA的动能EPKA之间的关系， (1) Ndisp=0.4EPKAEdNdisp=0.4EPKAEd(1)这里， EPKAEPKA表示模拟中的PKA动能 NdispNdisp是产生的位移数。这个方程首先应用于金属，它对多组分化合物的应用略有不同，因为化合物中的每种元素都有不同的阈能，也会产生反位缺陷。因此，当使用公式（1）计算6H-SiC中产生的位移次数时，将反位缺陷考虑在内，阈值位移能量是加权平均值。因此，我们取平均EdEd值24 eV 。
在图5中，损伤产生效率表示模拟中产生的位移原子数与等式(1)给出的数之比。因此，改进的Kinchin-Pease模型只能在低损伤能量下对6H-SiC中的缺陷产生提供相对准确的估计，但在较高能量下高估了缺陷。
产生的缺陷数的演变，包括Frenkel对和反位点，通常用于探索材料中缺陷产生的过程。图5(ab)显示了6H-SiC晶体中Frenkel对在100、200、300、400和500 K下不同入射PKA能量的演变。在图6中，在不同温度下，由于PKA能量的传输，所有Frenkel对的数量最初随着模拟时间的推移而迅速增加。在PKA转移之前，几乎所有的动能，弗伦克尔对的数量都上升到损伤峰值，并且由于碳的阈值能量较低，在此阶段从其原始晶格位点敲出的碳原子比硅原子多原子。碳原子的阈值能量为20 eV ，硅为35 eV 。然后， NFrenkelNFrenkel在热尖峰阶段开始下降。在此期间，间隙原子与空位的复合在6H-SiC中是显着的。

6H-SiC位移损伤的分子动力学模拟( 二 )

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