3C-SiC中嬗变原子(Mg、Be、Al)对He间隙原子迁移行为影响的第一性原理研究

作     者：张洋 汤贤 成国栋 吴飞宏 周楠 ZHANG Yang;TANG Xian;CHENG Guodong;WU Feihong;ZHOU Nan

作者机构：南华大学核科学技术学院湖南衡阳421001 南华大学计算机学院湖南衡阳421001 

出 版 物：《核科学与工程》 (Nuclear Science and Engineering)

年 卷 期：2024年第44卷第1期

页      面：1-8页

学科分类：08[工学] 082701[工学-核能科学与工程] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：湖南省科技创新人才计划项目(2021RC3105) 湖南省教育厅科学研究项目(22B0436) 

主　　题：碳化硅 氦泡 扩散 密度泛函理论 虚晶体近似 

摘      要：辐照条件下固体嬗变原子对立方碳化硅(3C-SiC)基体内氦泡形成过程中的作用尚不明确。本文基于密度泛函理论研究了Mg、Be、Al这三种固体嬗变原子对He间隙原子在3C-SiC基体内的形成能以及迁移行为的影响。计算发现,He原子在3C-SiC基体中主要稳定于由Si或C原子组成的四面体间隙中,且易于在相邻间隙间迁移。当嬗变原子浓度从0增至5%(物质的量分数)时,碳四面体间隙位点的He原子形成能先是骤降、然后随着固体原子浓度的增大而线性改变,而硅四面体间隙位点的He原子形成能则是和固体原子浓度呈多次函数关系。同时,三种固体原子也使He原子的迁移势垒和扩散系数发生明显改变,He原子从C原子间隙迁移到Si原子间隙的迁移势垒随着固体原子浓度的升高而线性降低、扩散系数逐渐增大;从Si原子间隙迁移到C原子间隙的迁移势垒与浓度呈多次函数关系,扩散系数与势垒曲线反相关。无论哪种路径和掺杂浓度,固体原子的加入都促进了He原子的迁移,这为气泡的成核生长提供了有利条件。