中文摘要：

离子注入和高能粒子轰击会不可避免的造成SiC材料内部的缺陷产生、积累，晶格紊乱，甚至局部结构的无序化，导致一系列复杂的辐照效应和物理性能的显著变化，继而强烈影响基于SiC材料的半导体器件和热核反应堆包壳构件的实际使用和服役寿命。目前，国际上对SiC的辐照损伤的研究大多还限于现象的描述，且存在较大的分歧。而我国在这一领域才刚刚起步。因此需要对SiC及其复合材料在不同的辐射环境（辐照粒子种类、辐照温度、辐照角度等）下的损伤行为进行系统的研究。本项目将通过实验和模拟相结合的手段，深入了解在不同辐照条件下辐照离子与靶原子相互作用的微观机理，考察不同尺度的缺陷产生、积累和演化的规律，从物理机制的角度建立能预测损伤参量随辐照剂量演化曲线的宏观损伤累积模型。更重要的是，要将损伤结构的演化同辐照后力学性能的改变相联系，最终建立在不同辐照条件下力学性能对辐照剂量定量的依赖关系。

结论摘要：

碳化硅材料是一种宽带隙半导体材料，具有击穿电压高、禁带宽度大、电子饱和飘逸速度高、抗辐射能力强以及化学稳定性好等优良的物理化学性质。目前，有关碳化硅材料的研究主要着眼于核工业和半导体工业两大领域。立足于研究现状以及应用领域最迫切需求，本课题受资助从两个层次循序渐进展开了关于碳化硅材料辐照效应的研究。首先我们针对碳化硅材料本身研究远离边界效应影响区域的晶体辐照效应机理。碳化硅材料的辐照非晶化是工程应用中最为关心的辐照效应之一，碳化硅材料在服役过程中发生的辐照非晶化将会对器件的性能产生显著的影响，从而使器件退化甚至失效。我们完成了理想条件下碳化硅辐照非晶化过程的精细化分析。重点研究了点缺陷团簇聚集到非晶化转变中的驱动机制，并报道了空位型二配位硅原子在高浓度下的稳定性转变以及在非晶化转变中发挥的作用。应力场在碳化硅主要的应用服役领域无法避免，而已有的辐照损伤理论均建立在无应力假设的基础上。我们从点缺陷生成、演化、相互作用，以及辐照非晶化几个基本过程详细研究和讨论了应力场作用下碳化硅材料的辐照效应。具体地计算并验证了几种简单应力场作用下碳化硅材料的离位阈能，在理论上改进了非静水压应力场及有梯度作用下的碳化硅材料点缺陷扩散机制。分析和讨论了几种简单应力场作用下点缺陷演化和分布的规律，模拟了应力场对于辐照非晶化转变的影响。针对理论和工程中重点关心的几种材料结构，我们进一步研究了典型结构碳化硅材料的辐照效应。晶界是一种材料中广泛存在的二维结构，会对包括辐照效应在内的多种材料性能产生影响。我们以双晶结构为代表仔细探寻了碳化硅材料中晶界对材料辐照效应以及辐照后力学性能的影响规律。研究了晶界周围的缺陷分布和演化机制，报道了双晶碳化硅辐照后晶界周围晶界变形和晶粒内变形的相互竞争关系。纳米线是一种具有纳米特征尺度的准一维结构，受到量子尺寸效应，隧道效应，表面效应等物理机制的影响进而体现出一系列新奇优异的性质。我们研究了多种几何特征的碳化硅孪晶纳米线的辐照效应以及辐照后材料力学性能。通过分析提取出影响碳化硅孪晶纳米线辐照抗性的关键几何因素。通过理论解释了纳米线辐照后损伤结构断裂模式转变的原因。首次报道并研究了辐照纳米线拉伸后产生的单原子链结构。针对SiC/SiCf复合材料以及半导体封装两个领域中的器件结构，我们还分别研究了SixC1-x以及碳化硅薄膜界面两种结构的辐照效应以及热损伤机理。