Ar～（q+）与固体表面相互作用中的溅射行为与纳米效应的研究

论文摘要

近年来各种离子源，如电子回旋共振离子源（Electron Cyclotron Resonance　Ion Source-ECR）、电子束离子源（Electron Beam Ion Source-EBIS）、电子束离子阱（Electron Beam Ion Trap-EBIT）等的研制成功原则上能提供任意高电荷态的离子，这使得我们可以开展高电荷态离子的研究工作，而在以前只有在宇宙中或者实验室里高温等离子体内才存在这种离子。本论文旨在研究高电荷态离子轰击材料表面引发的库仑爆炸现象及其形成的表面纳米缺陷的相关性，初步搞清高电荷态重离子轰击固体表面产生纳米结构的微观机理。该研究项目是核科学技术与纳米科学的交叉课题，涉及到高电荷态离子物理，固体表面物理和纳米技术等多个研究领域。本论文参考处理低速高电荷态离子同固体表面相互作用过程中库仑爆炸模型来处理低速高电荷态的氩离子(Arq+，q=6，7，8，9，10，11，13，15，16；Ek=6q-20qkeV)轰击材料表面时溅射出的二次粒子产额与入射角度、电荷态（势能）和动能的相关性，初步探讨高电荷态氩离子(Arq+，q=1，8，9；Ek=20qeV-2qkeV)轰击固体材料表面时产生纳米结构的微观机理。通过本文涉及的两个实验可以看出，低速高电荷态的氩离子轰击材料表面时溅射出的二次粒子产额与入射离子的动能相关性在非金属里表现的比较明显，而势能相关性则主要体现在金属靶中；通过对靶样品表面纳米尺度的观测分析可以看出，在高定向石墨（HOPG）中入射离子的势能对形成纳米丘的高度影响比较明显，在金箔中不易形成表面的纳米蚀刻效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• （1） 空心原子模型
• （2） 库仑爆炸模型
• （3） 溅射模型
• （4） 级联碰撞理论
• （5） 纳米丘的形成
• 第一章 高电荷态离子源简介
• 1.1 ECR 离子源原理介绍
• 1.2 EBIS 及 EBIT 原理介绍
• 第二章 Ar 离子溅射实验研究
• 2.1 中科院近代物理研究所 ECR 源实验室简介
• q+离子溅射实验'>2.2 Ar^q+离子溅射实验
• 2.2.1 实验装置及过程
• 2.2.2 实验仪器及靶样品
• 2.3 实验结果及分析
• 2.3.1 Ar 离子轰击云母表面
• 2.3.2 Ar 离子轰击金靶（Au）表面
• 2.3.3 Ar 离子轰击铌靶（Nb）表面
• 2.4 本章小结
• q+在 HOPG 和 Au 上产生的纳米结构研究'>第三章 Ar^q+在 HOPG 和 Au 上产生的纳米结构研究
• 3.1 日本山崎原子物理实验室简介
• q+离子辐照实验'>3.2 Ar^q+离子辐照实验
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 靶样品的制备
• 3.3 HOPG 样品实验结果及分析
• 3.3.1 HOPG 样品图片（从横纵两个方向测量）
• 3.3.2 处理后数据
• 3.3.3 各能量纳米点横向尺寸与高度分布
• 3.3.4 动能、电荷态对纳米点形成的影响
• 3.4 Au 样品的实验结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢