[科普中国]-辐射退火

辐射退火是指辐射作用会影响退火过程。在氧化物超导薄膜的退火过程中，光辐照可以在低温下促进薄膜晶体化以及控制薄膜中氧的含量。

辐射辐射指的是由场源出的电磁能量中一部分脱离场源向远处传播，而后再返回场源的现象，能量以电磁波或粒子（如阿尔法粒子、贝塔粒子等）的形式向外扩散。自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度以上，都以电磁波和粒子的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式被称为辐射。辐射之能量从辐射源向外所有方向直线放射。物体通过辐射所放出的能量，称为辐射能。辐射按伦琴 /小时(R)计算。辐射有一个重要特点，就是它是“对等的”。不论物体（气体）温度高低都向外辐射，甲物体可以向乙物体辐射，同时乙也可向甲辐射。一般普遍将这个名词用在电离辐射。辐射本身是中性词，但某些物质的辐射可能会带来危害。

退火退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。准确的说，退火是一种对材料的热处理工艺，包括金属材料、非金属材料。而且新材料的退火目的也与传统金属退火存在异同。

改性SOI材料的辐射退火绝缘体上硅（Silicon On Insulator，SOI）技术作为一种全介质隔离技术，消除了体硅CMOS电路的寄生NPNP通道，具有抗闭锁效应的能力；在辐射环境中，由于辐射引起的电荷收集仅限于顶层硅内，大大提高了的抗单粒子能力和抗瞬时辐射效应的能力。但SOI材料由于绝缘埋层的存在，使得SOICMOS器件的总剂量辐射效应较体硅CMOS器件较为复杂。在电离辐射环境下，辐射将会在绝缘埋层产生大量的辐射感生陷阱电荷，在界面处生成界面态。这些辐射感生的陷阱电荷和界面态会引起器件和电路性能的严重退化，导致SOI器件阂值电压漂移、关态漏电流增加，SOI CMOS电路的静态功耗剧增，从而限制SOI技术在辐射环境中的应用。因此，对SOI器件和电路在空间系统等辐射环境中应用时，除了像体硅器件一样对场氧或浅沟槽隔离氧化物进行加固以外，还须对绝缘埋层进行改性处理，以抑制总剂量辐射带来的负面影响。

在常温条件下，辐射结束后退火初期，界面态和陷阱电荷的退火同时进行，24小时内界面态基本恢复到辐照前的水平；而陷阱固定电荷的退火较慢，主要的陷阱固定电荷退火发生在高温加速退火过程中。1

薄膜制备氧化物超导薄膜有可能应用于多种技术领域，在半导体集成电路领域，它可用作低电阻连线，这已成为超高速器件发展中十分引人注目的问题。为了将超导薄膜用于这种目的，而不影响衬底器件的特性，必须采取低温制造工艺.通常制备超导薄膜，要在高达900℃的温度下对薄膜进行氧化退火处理，以获得高温超导电性。然而，高温退火处理不仅使薄膜的表面变得粗糙，引起衬底弯曲，而且可能会使薄膜与衬底材料的成分互相扩散，因此降低薄膜的退火温度是很必要的。

光辐射用于低温制备半导体薄膜是非常成功的。在氧化物超导薄膜的退火过程中，光辐照可以在低温下促进薄膜晶体化以及控制薄膜中氧的含量。光辐射退火的优点是降低了工艺温度，降低了薄膜电阻，提高了零电阻温度值。2

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尹维龙 - 副教授 - 哈尔滨工业大学