Смещение атомов при облучении гамма-квантами

Гамма-кванты, имеющие достаточно высокую энергию (Е_  0,5 МэВ), способны производить смещения атомов за счет вторичных электронов, образующихся при взаимодействии гамма-квантов с атомами вещества. Поэтому, в конечном итоге гамма-облучение приводит к внутренней бомбардировке вещества быстрыми электронами [3]. Для кристаллов кремния, германия и других полупроводников при их облучении гамма-квантами ⁶⁰Co наиболее существенный вклад в образование смещений атомов вносят электроны, образующиеся в результате Комптон-эффекта. Источник гамма-квантов ⁶⁰Co является одним из наиболее распространенных при проведении радиационных испытаний и исследований в лабораторных условиях. Энергия квантов, испускаемых этим источником, равна 1,25 МэВ. При облучении полупроводниковых материалов гамма-квантами с такой энергией в результате Комптон-эффекта равномерно по объему кристаллов генерируются достаточно высокоэнергетические электроны (~860 кэВ), производящие смещения атомов.

Рис. 1.10. Энергетическая зависимость полного поперечного сечения взаимодействий гамма-квантов с атомами кремния, приводящих к смещениям [3]

Вследствие того, что гамма-кванты характеризуются высокой проникающей способностью в веществах со средним атомным номером, и энергия комптоновских электронов незначительно превышает минимальную энергию электронов, необходимую для образования смещений (см. табл. 1.4), облучение гамма-квантами ⁶⁰Co приводит к весьма однородному распределению по всему объему кристаллов точечных радиационно-структурных дефектов.

Полное поперечное сечение образования смещений _d при облучении гамма-квантами значительно меньше, чем для случая облучения высокоэнергетическими электронами. Энергетическая зависимость полного поперечного сечения образования смещений при взаимодействии гамма-квантов с атомами кремния приведена на рис. 1.10 [3].

Таким образом, с точки зрения образования смещений облучение гамма-квантами аналогично облучению электронами с той лишь разницей, что эффективность образования смещений при гамма-облучении существенно ниже, чем при облучении электронами с той же энергией. Это является следствием малого поглощения гамма-квантов веществом.

1.3.3 Ионизация при воздействии проникающей радиации на полупроводниковые материалы Ионизация при облучении нейтронами

Ионизация атомов при нейтронном облучении может произойти как вторичный процесс, если энергия первично-смещенных атомов больше величины пороговой энергии ионизации движущегося атома E_i, определяемой согласно Зейтцу по формуле (1.12). Выше уже упоминалось, что условием ионизации по Зейтцу является равенство скоростей движущегося атома и самого медленного орбитального электрона.

По аналогии с d-кермой также вводится понятие i-кермы k_i. Данная величина показывает, какая поглощенная доза, обусловленная ионизационными потерями энергии частиц, приходится на единицу флюенса частиц. Для сравнения эффективности протекания процессов дефектообразования и ионизации при нейтронном облучении кремния на рис. 1.11 представлены зависимости d-кермы и i-кермы в кремнии от энергии нейтронов [4].

Из рис. 1.11 видно, что d-керма в кремнии в диапазоне энергий нейтронов 1–14,5 МэВ меняется незначительно (это же отмечалось применительно к полному поперечному сечению столкновений быстрых нейтронов с атомами кремния, приводящих к смещениям атомов, см. п. 1.3.2). Среднее значение d-кермы в указанном диапазоне энергий нейтронов составляет k_d  4,410^–11 рад/см^–2. Значение i-кермы при энергиях нейтронов до 3–4 МэВ практически

совпадает с величиной d-кермы. Далее наблюдается значительный рост величины k_i и при энергии нейтронов 14,5 МэВ данная величина уже составляет k_i  12510^–11 рад/см^–2.

Рис. 1.11. Энергетические зависимости d-кермы (1) и i-кермы (2) в кремнии при нейтронном облучении (по данным [4])