高电荷态离子Ar～（q+），Pb～（q+）在Si，Cu，W靶表面上的原子溅射研究

论文摘要

人们对低速高电荷态离子（Slow Highly Charged Ion）与固体靶相互作用这一课题在近二十年里进行了很多研究，如离子中性化过程，X-射线，俄歇电子发射，电子溅射，表面原子溅射等。在实验和理论上都得到了很多有价值的结果。高电荷态离子具有很大的势能，它与固体表面碰撞时有可能溅射出比自身数目大得多的原子。因而有可能在低动能入射，不损伤固体内部结构的情况下，在材料表面实现纳米蚀刻。所以高电荷态离子在固体靶表面引起靶原子溅射一直倍受关注。我们在中国科学院近代物理研究所ECR源实验平台进行了高电荷态离子Arq+（Ek=20-320keV，q=8，11，13，15，16），pbq+（Ek=80-720keV，q=20，24，30，32，35，36）轰击洁净的Si，Cu，W固体靶实验。对靶材料采取一系列的化学，物理处理方式使其洁净。实验中，我们从不同的入射角度（15°-75°）测量了电中性和带正电溅射粒子的相对产额（99.9％为靶原子）。测量了以下入射离子在靶上的相对溅射产额：（a）入射离子Arq+，Ek=160keV，q=8，11，13，15，16（b）入射离子Ar16+，Ek=96，112，128，144，160，176，208，240，288，320keV（c）入射离子Ar+，Ek=20keV（d）入射离子pbq+，Ek=400keV，q=20，24，30，32，35，36（e）入射离子pb36+，Ek=216，252，288，324，360，432，504，576，648，720keV（f）入射离子pb4+，Ek=80keV实验结果表明：在上述实验条件下，（1），Arq+，pbq+轰击Si，Cu，W靶，靶表面没有发生爆炸而导致原子溅射：其中Arq+轰击Si，Cu，W靶，没有明显的势能溅射效应。（2），存在0.30vBohr＜v＜0.40vBohr一个入射离子速度共振区，该区域不依赖于靶的材料性质，但原子溅射产额明显增多；（3），溅射产额明显地依赖于入射离子的核能损，核能损越大产额越多，其中Ar16+在Si靶表面引起溅射的产额与核能损成正比关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章.引言
• 第二章.高电荷态离子与固体相互作用过程概述
• 2.1 理论模型
• 2.1.1 经典过垒模型
• 2.1.2 低速高电荷态离子引起表面原子溅射理论模型研究
• 2.2 前人的实验研究结果
• 2.2.1 固体靶中高电荷态离子的电荷平衡时间
• 2.2.2 能损的电荷态相关性
• 2.2.3 次级电子发射
• 2.2.4 表面原子溅射研究
• 第三章.实验方案及实验设备
• 3.1 靶的制备
• 3.2 实验设备及方案
• 3.2.1 ECR离子源的基本原理
• 3.2.2 实验过程
• 第四章.实验结果与讨论
• 4.1 溅射原子产额与入射离子入射角度相关性
• 4.2 溅射原子产额与入射离子电荷态相关性
• 4.3 溅射原子产额与入射离子入射动能相关性
• 4.3.1 溅射原子产额与入射离子速度之间的关系
• 4.3.2 入射离子的产额与核能损之间的关系
• 第五章.总结与展望
• 参考文献
• 致谢