六方氮化硼的熱中子輻照損傷

陽永富 ,王 柱 ,陳萬平 ,鄒武生 ,趙江濱 ,何高魁

(1.武漢大學 物理科學與技術(shù)學院,湖北 武漢 430072;2.中國原子能科學研究院,北京 102413)

第三代寬禁帶半導(dǎo)體中的六方氮化硼(hBN)具有非常優(yōu)異的物理、化學性能[1],主要表現(xiàn)在[2-6]:熱中子俘獲截面高達3.84×10-21cm2、寬帶隙、極高的電阻率、低介電常數(shù)、大的位移閾能、低原子序數(shù)等。這些正是高性能熱中子探測器需要的特性,因而hBN在熱中子(能量約為0.025 eV)探測器領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景[2,7-10]。

但是,在探測中子的過程中,10B 原子會逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)長i 原子和He 原子,成為雜質(zhì);中子和10B 反應(yīng)生成的Li 離子和α 粒子具有很高的能量,能夠造成hBN的級聯(lián)位移損傷,產(chǎn)生大量缺陷。這些雜質(zhì)和缺陷通?？赡茏鳛檩d流子的產(chǎn)生/散射/復(fù)合中心,影響其遷移率及載流子輸運,是影響探測器的電荷收集的重要因素,因而缺陷研究引起了不少學者的關(guān)注。

Kotakoski 等[11]通過第一性原理計算hBN 完整晶格中和缺陷存在時B 和N 的位移能,用高分辨率透射電子顯微鏡(HRTEM)觀察到電子輻照產(chǎn)生的三角形多空位,并解釋了其形成機理。Pham 等[12]進一步研究了hBN 電子輻照缺陷的溫度依賴性和穩(wěn)定性。相比低溫下常見的三角形缺陷,高溫下四邊形和六邊形缺陷占主導(dǎo);而在缺陷邊緣原子數(shù)低于10 時,六邊形缺陷占主導(dǎo)。Lehtinen 等[13]通過分子動力學模擬研究離子輻照下hBN 產(chǎn)生不同缺陷的概率,給出了單空位、雙空位及復(fù)雜空位缺陷產(chǎn)生概率最大的輻照能量區(qū)間。Simos 等[14]則研究了質(zhì)子輻照對hBN 穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu)的影響,將石墨烯作為對比,說明了hBN具有良好的抗輻照性。中子輻照相對于其他輻照有著更深的作用深度,與中子探測器材料的應(yīng)用環(huán)境所受到的核輻射條件非常類似,對中子探測器研究具有直接的指導(dǎo)意義。Cataldo 等[15]通過電子自旋共振(ESR)等技術(shù)手段研究了中子輻照單層hBN 缺陷結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)中子輻照后存在以一硼中心和三硼中心為主的空位型缺陷。Toledo 等[16]研究了中子輻照粉末、體態(tài)和單晶hBN 材料中的缺陷,認為色心的產(chǎn)生可能與VNNB和VBCN缺陷有關(guān)。對于氮化硼中子探測器來說,輻照缺陷濃度、尺寸和種類對載流子產(chǎn)生、吸收和輸運的影響是探測器研究中迫切需要解決的科學問題,目前,還沒有發(fā)現(xiàn)相關(guān)的研究報道。因而,本文首次使用對原子缺陷十分敏感的正電子譜學方法研究了不同中子劑量輻照的hBN 材料中缺陷結(jié)構(gòu)的演繹,并利用靜電計測量了中子輻照前后載流子輸運的變化,進而討論并解釋了電流密度變化的微觀機理。

1 實驗

1.1 樣品準備

1.1.1 制備方法

本文選擇了熱解氮化硼(PBN)和熱壓氮化硼(HBN)兩種工藝成熟且具有廣泛應(yīng)用的六方氮化硼材料進行研究。PBN 的制備是以三氯化硼(BCl3)和氨氣(NH3)為前驅(qū)體,通過高溫化學氣相沉積法生長的[17],可以生長成各種各樣的形狀和尺寸。據(jù)報道,以化學氣相沉積法生長的BN 很少能成為單相,一般都是伴隨著六方相、渦輪靜壓相(t-BN)和非晶相,并且六方相的濃度與生長溫度相關(guān)[18]。H-BN 是通過熱壓燒結(jié)[19](Hot Pressed Sinteriong,HP)的方法制備的。將干燥的hBN粉末填入模具(石墨)內(nèi),對模具進行加壓、加熱。加壓及加熱同時進行有利于顆粒的塑性擴散和致密化,從而得到高密度、性能優(yōu)良的氮化硼材料。

1.1.2 SRIM 仿真

10B 原子對熱中子的捕獲截面高達3.84×10-21cm2[3]。在hBN 材料中,一個10B 原子捕獲一個中子伴隨著如下核反應(yīng):

式(1)和式(2)描述了hBN 材料的中子吸收過程,其中中子捕獲可產(chǎn)生具有大動能的Li 離子和α 粒子。式(3)則描述了Li 離子和α 粒子在hBN 材料中因輻射而產(chǎn)生的電子(e-)和空穴(h+)的后續(xù)過程。這是因為中子輻照hBN 時,生成的高能Li 離子和α 粒子會與hBN 內(nèi)的電子發(fā)生碰撞,通過電離能量損失產(chǎn)生大量的電子和空穴;也會與原子核碰撞,通過核阻止引起原子位移從而產(chǎn)生弗蘭克爾對缺陷,即引起輻照損傷。

因此,可以利用Li 離子和He 離子(α 粒子)注入的方法模擬中子輻照造成的輻照損傷,從而指導(dǎo)中子輻照實驗劑量的設(shè)計,同時提供缺陷濃度信息。SRIM(Stopping and Range of the Ions in Matter)軟件[20]基于蒙特卡羅方法,可以模擬出離子注入靶材料的輻照過程以及離子注入對靶材料造成的空位濃度分布和輻照損傷程度(DPA,Displacement per Atom)?；陔x子輻照損傷程度計算方法,中子輻照損傷程度可以近似表示為:

式中:Nd為單位體積(1 cm3)樣品中位移原子總數(shù);Ф為入射中子劑量(cm-2);n(x)為一個中子在單位路徑上造成的原子位移數(shù)量;∫n(x)dx為每個中子引入的空位總數(shù);N為靶材料的原子數(shù)密度,對于hBN 材料,N=1.06×1023(atoms/cm3);d為樣品厚度,取0.1 cm。這里假設(shè)中子從各個方向均勻入射,并且中子被1 mm 厚的hBN 全部吸收。

1.1.3 中子輻照實驗

為了方便描述,熱解氮化硼PBN 樣品用樣品A 表示,熱壓氮化硼H-BN 樣品用樣品B 表示。中子輻照樣品的尺寸均為40 mm×14 mm×1 mm。根據(jù)不同的后續(xù)測試需求,再進一步切割成需要的尺寸,并拋光、清洗和干燥處理。

將樣品放入核反應(yīng)堆里,以5×1011cm-2·s-1的通量率進行三種不同時間的輻照,PBN 樣品隨總劑量大小依次編號為A2、A3、A4,原生樣品編號為A1,HBN 樣品編號類似,具體輻照的相關(guān)參數(shù)如表1 所示。因為中子輻照有輕微的活化效應(yīng),輻照結(jié)束后,所有樣品均需放置一段時間,檢測沒有輻射后再進行實驗。

表1 中子輻照實驗樣品編號及參數(shù)Tab.1 Neutron irradiation experimental sample number and parameters

1.2 暗電流測量

將兩種中子輻照前后的樣品進一步切割成5 mm×5 mm×1 mm 尺寸。制備器件結(jié)構(gòu)如圖1 所示,使用磁控濺射鍍膜機在兩種樣品的正反兩面均鍍上20 nm 的Ti 和100 nm 的Au 作為電極。制備電極過程中要注意防止膜邊緣的金屬化,以免導(dǎo)致漏電。用Keithley 6517A 靜電計搭建出暗電流測量裝置。測量在氮氣保護條件下進行。

圖1 hBN 的電流測量結(jié)構(gòu)。兩面先鍍上20 nm 的Ti,然后再鍍100 nm 的Au 作為電極Fig.1 Current measurement structure of hBN.Both sides were first plated with 20 nm Ti and then 100 nm Au as electrodes

1.3 樣品表征

使用高分辨X 射線衍射儀Bede D1 進行X 射線衍射分析,以Cu 作為陽極靶,產(chǎn)生的Kα 特征X 射線波長為λ=0.154 nm,以8(°)/min 的速度進行掃描,掃描范圍為5°～95°。使用Hitachi S4300SE 場發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察樣品的形貌。

將兩種中子輻照前后的樣品切割成14 mm×14 mm×1 mm 的尺寸進行正電子測試。正電子湮沒壽命譜是研究材料空位型缺陷的非破壞性的強有力方法[21]。以22Na 作為正電子源,使用分辨率約為260 ps 的快-快符合型正電子壽命譜儀進行測量。正電子源置于兩片相同樣品之中,形成三明治結(jié)構(gòu)。壽命譜測量總計數(shù)達106以上,每個樣品重復(fù)測量4～6 次,取平均值作為實驗結(jié)果。本文測量正電子壽命的實驗過程均處于真空恒溫狀態(tài),可以減小濕度、氧氣和溫度對結(jié)果的影響。使用PATFIT 程序?qū)嶒灁?shù)據(jù)進行擬合、分析,并且將單晶Si 作為標樣以進行源修正。

2 結(jié)果與討論

2.1 SRIM 仿真結(jié)果

根據(jù)公式(1)、公式(2)及hBN 中N 原子和B 原子的閾值位移能(=19.4 eV)[11],仿真可以得到每個中子產(chǎn)生的空位數(shù)約為505 個。

根據(jù)表1 的劑量可以計算出不同劑量中子輻照產(chǎn)生的空位濃度,再按照方程(3)計算中子輻照損傷程度值列于表2 中。顯然,損傷程度和空位濃度隨輻照劑量的增大而增加?？紤]到中子輻照引入的空位大部分會很快復(fù)合[22],穩(wěn)定后存留下的缺陷濃度會明顯小于表中的空位型缺陷濃度(約小兩個數(shù)量級),數(shù)量級為1016～1017cm-3,該缺陷濃度是在正電子測量敏感范圍內(nèi),說明實驗使用的中子輻照劑量是合理的。值得注意的是,穩(wěn)定后的缺陷濃度也是隨輻照劑量的增大而增加,這可以和后面的正電子壽命測量結(jié)果相對照。

表2 SRIM 仿真中子輻照結(jié)果Tab.2 Results of SRIM simulation of neutron irradiation

2.2 暗電流特性

圖2 顯示了在500 V/cm 場強下不同中子輻照劑量下的PBN 和H-BN 的暗電流密度變化曲線。從圖中可以明顯看出輻照前后兩種材料的暗電流密度具有以下特征:(1)兩種樣品的電流密度均隨中子輻照總劑量的增大而增大;(2)輻照前,PBN 和H-BN 樣品的暗電流密度分別為5.64,21.11 pA/cm2。在1×1016cm-2劑量的熱中子輻照后,PBN 和H-BN 的電流密度都增大了3 倍左右;(3)輻照前后H-BN 的電流密度都比PBN 的大,但是無論是H-BN 還是PBN,電流密度的值都在62 pA 以下。這些結(jié)果說明中子輻照引入了載流子,從而使電流密度增大。本征載流子濃度ni可以通過公式計算,其中,NC=表示導(dǎo)帶(價帶)中的有效態(tài)密度,為hBN 的電子/空穴的有效質(zhì)量,Eg為hBN 的禁帶寬度[23]。可以得到hBN的熱平衡載流子濃度為10-29cm-3,這會導(dǎo)致電流密度小于當前測量儀器的下限。測量結(jié)果說明輻照前的電流可能來自于材料中的殘余雜質(zhì)或缺陷的貢獻,并且H-BN 的雜質(zhì)或缺陷的濃度是高于PBN 的。

圖2 在電場強度為500 V/cm 下兩種樣品的電流密度隨中子劑量的變化規(guī)律Fig.2 Variation of current densities with neutron doses for the two samples at an electric field strength of 500 V/cm

根據(jù)方程(1),一個中子與10B 反應(yīng)會生成一個Li離子,所以1×1016cm-2劑量的熱中子輻照產(chǎn)生的Li 離子濃度應(yīng)該接近1016cm-2。Li 離子在半導(dǎo)體中的電離能很小,通常會成為施主雜質(zhì),提供載流子。如果僅僅考慮Li 離子對導(dǎo)電性的影響,由于外加電場引起的電流密度J=σE=qnμE,輻照后的電流密度應(yīng)該比輻照前的電流密度大很多,但是實驗測量結(jié)果僅僅大了2.5～3 倍。根據(jù)SRIM 的仿真結(jié)果,在1×1016cm-2劑量時,對于1 mm 厚的樣品,穩(wěn)定的缺陷濃度可達5×1017cm-3,由此可以推斷輻照引入的缺陷可能會成為:(1)載流子散射中心,降低了載流子遷移率;(2)載流子復(fù)合中心,減小了載流子濃度。從而,電流密度的變化并沒有預(yù)期的明顯。下文XRD 和正電子壽命測量結(jié)果證實了輻照引入了大量的缺陷,并展示了這些缺陷的演化特征。

2.3 XRD 分析

未輻照的PBN 和H-BN 的X 射線衍射測量結(jié)果如圖3 所示。在圖3 中,兩種材料都展現(xiàn)了典型的(002)峰?？梢钥闯鰺釅旱鸬木w結(jié)構(gòu)屬于標準的hBN 結(jié)構(gòu),而且(002)晶面方向強度明顯大于其他晶面的強度,說明H-BN 具有(002)晶面的擇優(yōu)取向[24]。PBN 在沉積過程中沿c軸方向生長,在c軸方向也表現(xiàn)出了高度的晶面取向[25],這與H-BN 是一致的。但是,相對于標準的hBN,PBN 的(002)面的衍射峰明顯更寬,并且峰位往小角度方向偏移,對應(yīng)面間距為0.344 nm(略大于標準六方氮化硼的0.333 nm)[26]。衍射圖中也有一些很弱且不對稱的(100),(101),(004)的峰,而這些峰是若干條交疊線的疊加,可以歸因于PBN 中不可避免的t-BN 相[27]。t-BN 相是一種高度無序的半結(jié)晶結(jié)構(gòu),其正常層呈現(xiàn)出隨機旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu),因此,PBN 就會呈現(xiàn)出堆疊層錯的結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致其平均層間距大于理論的層間距,并不是標準的hBN 結(jié)構(gòu)。圖3 插圖SEM 觀察結(jié)果也反映出相同的特點,即熱解氮化硼樣品表現(xiàn)出層狀織構(gòu)特征,而熱壓氮化硼樣品呈現(xiàn)出片狀晶粒堆積的特征[28]。

圖3 PBN 和H-BN 的XRD 圖譜(插圖為SEM)Fig.3 XRD profiles of PBN and H-BN(The inset is the SEM images of PBN and H-BN)

中子輻照后的XRD 分析如圖4,5 所示。其中圖4(a)展示了中子輻照后PBN 的XRD 譜圖,圖4(b)為(a)圖(002)峰放大的結(jié)果。從圖中可以發(fā)現(xiàn)(002)峰的強度隨中子輻照劑量的增加而明顯減小,說明中子輻照引入了大量的缺陷,同時X 射線衍射峰展寬并往大角度方向移動,不對稱性更加明顯。峰的加寬和不對稱說明中子輻照引入缺陷;往大角度方向移動意味著晶面間距在逐漸變小。在圖4(c)中,(101)峰更加明顯,說明中子輻照使PBN 材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[29],h-BN 相越來越多,t-BN 相越來越少,即部分t 相向h 相轉(zhuǎn)變。

圖4 (a)中子輻照前后PBN 的XRD 圖譜;(b)中子輻照前后PBN 的(002)衍射峰;(c)中子輻照前后PBN 的次級峰Fig.4 (a) XRD patterns,(b) enlarged X-ray bands(002) and (c) enlarged other diffraction peaks of PBN before and after neutron irradiation

從圖5 可以看出,在中子輻照后,H-BN 的(002)峰強度也是隨輻照劑量增大而下降,表明中子輻照引入了大量的缺陷。但是衍射峰并沒有明顯的移動。(100)和(101)峰強度只有輕微的增大,說明中子輻照雖然引入了缺陷,但對H-BN 結(jié)構(gòu)的影響并不大。這些結(jié)果表明了H-BN 整體抗輻照性能強于PBN。

圖5 (a)中子輻照前后H-BN 的XRD 圖譜;(b)中子輻照前后H-BN 的(002)衍射峰;(c)中子輻照前后H-BN 的次級峰Fig.5 (a) XRD patterns,(b)enlarged X-ray bands(002) and (c) enlarged other diffraction peaks of H-BN before and after neutron irradiation

2.4 正電子湮沒壽命譜分析

為了研究中子輻照誘導(dǎo)缺陷的結(jié)構(gòu),測量了樣品的正電子湮沒壽命譜。圖6 是PBN 和H-BN 兩種樣品正電子湮沒壽命譜的對比。從圖中看出,未輻照時,PBN(A1)具有長壽命分量,明顯提示有正電子偶素形成,而H-BN(B1)中沒有正電子偶素形成。輻照后的PBN 樣品(A4)中,正電子湮沒壽命譜發(fā)生了明顯的變化。其正電子壽命值通過多指數(shù)模型擬合正電子壽命譜得到。PBN 正電子壽命譜采用四分量模型擬合方能得到最佳的擬合優(yōu)度,相應(yīng)地,H-BN 只能采用三分量模型擬合以得到最優(yōu)效果。樣品的正電子壽命分析結(jié)果列入表3,其中平均壽命為。其中τi表示正電子湮沒壽命第i分量,Ii表示正電子壽命第i分量對應(yīng)的強度。

圖6 樣品PBN 和H-BN 的正電子湮沒壽命譜Fig.6 Positron annihilation lifetime spectra of PBN and H-BN

從表3 中可以看出未進行中子輻照的A1 樣品的τ1=258 ps,這明顯高于計算出的hBN 中正電子體壽命180.6 ps[31]。通常hBN 中會存在各種不同的空位型缺陷,包括單空位VB,VN,雙空位VBN及空位團等一些本征缺陷[32-33]。因為VN屬于正電荷空位,并不捕獲正電子,因此τ1應(yīng)該歸因于正電子在本征缺陷VB、VBN和小空位團中湮沒的貢獻(這里把這些空位型缺陷定義為組合空位)。τ2的值在500～700 ps 之間。Puska等關(guān)于空位團正電子壽命與空位團尺寸關(guān)系的計算結(jié)果表明[34],隨著空位團尺寸的增大,空位團的正電子壽命將趨于其飽和值,大約500 ps。這里作者認為,τ2對應(yīng)于正電子在大空位團或孔洞的湮沒。τ3和τ4的壽命值分別為3 ns 和14 ns 左右,這對應(yīng)于正電子偶素在大的空位團和孔洞中的拾取湮沒。正電子在絕緣體中的大空位團和孔洞內(nèi)會形成正電子偶素。正電子偶素在真空中的湮沒壽命為142 ns,在介質(zhì)中可以通過拾取周圍電子而湮沒,其壽命與孔洞大小成正相關(guān),通常大于1 ns。根據(jù)電子偶素拾取湮沒壽命τ的球形模型,R=R0-ΔR,ΔR=0.1656 nm[30]。計算出PBN 的3 ns 的缺陷半徑約為0.3629 nm 的大空位團,14 ns 的缺陷半徑約為0.7569 nm 的孔洞。

表3 不同中子劑量輻照下兩種樣品的壽命及強度Tab.3 Positron annihilation lifetime(τ) and intensity(I) in two samples after different neutron dose irradiation

為了分析不同劑量中子輻照后的PBN 正電子壽命的變化規(guī)律,將壽命分量及其強度繪制成圖7。在圖7(a)可以看出,在中子輻照劑量處于1014cm-2數(shù)量級時,τ1值有輕微的減少,說明在輻照過程中,產(chǎn)生了大量的單空位,組合空位中單空位的比例增高,使得整個組合空位中正電子壽命的平均值降低。在圖7(b)也可以看出在中子輻照劑量為1014cm-2數(shù)量級時,強度并沒有明顯的增加,說明單空位密度的增加并沒有明顯改變組合空位的正電子捕獲率,輻照損傷并不嚴重。當中子輻照劑量進一步增加,壽命τ1和強度I1開始增加。到1016cm-2數(shù)量級時,其強度變化明顯,說明中子輻照引入了更多的單空位,使單空位濃度達到飽和,并且有聚集為雙空位、多空位和小空位團的現(xiàn)象。雙空位、多空位和小空位團的總數(shù)增加,使得組合空位壽命τ1增加,也使捕獲率增加,導(dǎo)致I1增加。雖然輻照可能會導(dǎo)致反位缺陷的生成[32],但是,反位缺陷通常與體態(tài)壽命接近,在常溫下也很難捕獲正電子,因而本實驗并不能觀察到反位缺陷的貢獻。

在圖7 中可以看出,在中子輻照劑量處于1014cm-2數(shù)量級時,τ2值只是略微的減少,I2略微增大,在誤差范圍內(nèi)可以忽略這個變化。中子輻照劑量為1016cm-2數(shù)量級時,τ2值有較為明顯的增大,I2明顯減小。這是隨著輻照劑量的增加,各種大小不同的缺陷都通過吸收空位而增大,導(dǎo)致大的空位團尺寸也相應(yīng)增大。由于相對較小的組合空位的數(shù)量大幅增加,增加了組合空位的正電子捕獲率,使得大空位團以及孔洞捕獲正電子的競爭力相對減弱,從而導(dǎo)致強度I2、I3和I4的減小。這與I1的變化是互補的。

圖7 (a)樣品PBN 的正電子壽命及(b)相應(yīng)強度隨中子輻照劑量的變化Fig.7 (a)Variation of PBN positron lifetime and (b)corresponding intensity as a function of neutron irradiation dose

第三分量的壽命τ3與第四分量的壽命τ4幾乎不隨輻照劑量變化。強度I3和I4均隨著中子劑量的增加而下降。如前所述,τ3與τ4對應(yīng)于大空位團和孔洞中正電子湮沒的壽命。因為孔洞足夠大,少量吸收空位對其體積造成的影響很小,因而長壽命幾乎不隨輻照劑量變化。輻照引入了單空位缺陷和一些組合空位缺陷,降低了大空位團和孔洞對正電子的捕獲競爭力,其強度就會有一定的下降。當中子輻照劑量進一步增加時,這種效應(yīng)變得更加明顯。

在H-BN 中τ3為4 ns 左右,但與PBN 不同,I3的強度小于0.2,τ3應(yīng)歸因于在樣品表面形成的正電子偶素的拾取湮沒壽命,不存在能夠形成正電子偶素的大孔洞。根據(jù)先前對PBN 壽命譜類似的分析,在表3 以及圖8 中可以發(fā)現(xiàn)H-BN 中缺陷演繹規(guī)律與PBN 完全相似,即:τ1來自于多種小的空位型缺陷的貢獻,τ2是正電子在大空位團中的壽命。與PBN 中的缺陷引入規(guī)律類似,中子輻照引入了大量單空位,導(dǎo)致單空位濃度增加。中子劑量的提高以及單空位濃度的增加、單空位的擴散、聚集,逐漸引起更大的空位型缺陷的濃度增加(即引起相應(yīng)的壽命增加),導(dǎo)致相對較小的空位型缺陷具有更強的捕獲競爭力(即強度增加),而大空位團的強度減小。與PBN 不同的是,H-BN 中正電子不能在其中的空位團和孔洞中形成正電子偶數(shù),因而沒有對應(yīng)正電子偶素的拾取湮沒分量。由此可見,正電子測量的總濃度隨中子輻照劑量增加而增加,這與SRIM 仿真結(jié)果是一致的。

圖8 (a)樣品H-BN 的正電子壽命及(b)相應(yīng)強度隨中子輻照劑量的變化Fig.8 (a) Variation of H-BN positron lifetime and (b)corresponding intensity as a function of neutron irradiation dose

3 結(jié)論

通過熱中子輻照PBN 和H-BN 兩種六方氮化硼材料獲得不同缺陷結(jié)構(gòu)的樣品。利用靜電計測量、XRD和正電子湮沒壽命譜分析,研究了熱中子輻照損傷和缺陷結(jié)構(gòu),以及輻照缺陷對載流子輸運的影響。研究結(jié)果表明中子輻照引入了大量的缺陷和雜質(zhì)。主要表現(xiàn)為單空位、雙空位、小空位團缺陷濃度隨著熱中子輻照劑量的增加而增加。輻照增加了材料中的載流子濃度,主要為中子輻照產(chǎn)生的雜質(zhì)Li 離子貢獻。由于輻照引入的缺陷主要成為了載流子的散射和復(fù)合中心,降低了載流子遷移率和濃度,使得輻照后的載流子濃度遠遠低于預(yù)期的濃度。解釋了暗電流密度隨著熱中子輻照劑量的增加而逐漸增加的微觀機制。研究結(jié)果有利于進一步理解載流子輸運的特性,為解決hBN 中子探測器研究中的關(guān)鍵技術(shù)問題提供了科學依據(jù)。