单层表面分析方法──低能离子散射和静态二次离子质谱

固体材料的表面特性,例如电子或离子的表面发射或表面吸收,分子的表面吸附,以及表面化学反应等。取决于材料的表面层。特别是最外原子层的组成和结构.自六十年代末期以来,研究表面组成和结构的方法已获得迅速发展[1].这些方法的信息深度范围一般为1—10个原子层,其中低能离子散射和静态二次离子质谱可用于单层表面分析.这两种方法都是用离子束来探测表面的.和用电子束入射的情形类似,用离子束入射时也能引起四种类型的粒子发射:离子散射和二次离子发射;中性粒子溅射;电子发射和光子发射.这些发射原理已构成多种表面的研究方法,见图1.在这些…     

多组分固体表面的择优溅射

近十多年来,由于表面分析技术发展的需要,对许多固体材料开展了离子溅射研究[1].从合金和化合物的溅射研究发现,离子轰击能改变材料的表面成分[2].研究多组分固体的表面成分在离子束作用下的变化,对阐明入射离子与靶原子间的作用,了解各成分原子在表面上的结合特性以及进行表面成分分析,都是十分必要的[3].本文将简要说明目前对多组分固体表面离子溅射的了解,并讨论择优溅射对表面分析结果的影响. 一、溅射过程和择优溅射 在表面科学研究中常使用几百至几千电子伏能量的离子进行固体表面溅射.溅射时入射离子大部分进入固体体内,与固体原子产…     

非平衡磁控溅射技术的应用与发展

溅射沉积是真空镀膜技术中最重要的方法之一，广泛应用于微电子、光学薄膜和材料表面处理中。溅射沉积是在真空环境下，利用荷能离子轰击材料表面，使被轰击出的粒子沉积在基体表面的技术。它包括二级溅射、平衡磁控溅射和非平衡磁控溅射等。二级溅射是所有溅射技术的基础，二级溅射结构简单，但是要求工作气压高（〉1Pa），还存在基体温升高和沉积速率低等缺点，限制了它在工业生产中的应有。磁控溅射是在二级溅射基础上发展而来的，需要解决二级溅射和蒸镀镀膜速率慢、等离子体的离化率低和基体温升高的问题。     

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依据钨材料表面溅射的实验现象,建立钨材料表面粗糙模型,模拟了高能H+、He+粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程,并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明,随着钨材料表面粗糙程度的增加,溅射率降低;对一定的粗糙表面,相同能量的不同入射粒子,质量越大粒子溅射率越高,这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。     

表面粗糙度对面向等离子体钨材料溅射的影响

依据钨材料表面溅射的实验现象,建立钨材料表面粗糙模型,模拟了高能H⁺、He⁺粒子辐照下的钨材料表面的溅射行为过程,并与基于离子输运的双群模型计算得到的结果作了比较。结果表明,随着钨材料表面粗糙程度的增加,溅射率降低;对一定的粗糙表面,相同能量的不同入射粒子,质量越大粒子溅射率越高,这些结果为分析聚变装置中心等离子体杂质水平和评价偏滤器寿命等提供了一定的理论支撑。     

离子束修形中光学元件表面热量沉积数值模拟

根据Sigmund溅射能量沉积理论建立了低能离子入射光学元件引起的能量扰动层厚度模型．理论推导了离子束倾斜入射时光学元件表面的束流密度,并建立了低能离子束对光学元件的热量沉积模型．采用MonteCarlo方法模拟了低能离子与熔石英光学表面的相互作用．分析了离子能量、离子类型、入射角度等参数对光学元件热量沉积和扰动层深度的影响规律．以离子束沉积在工件的能量作为热源,采用有限元分析软件ANSYS模拟了离子束入射工件的温度场分布、温度梯度场分布和温度应力分布．入射表面温度和热梯度呈高斯分布,束斑中心最高并向工件边缘逐渐减小．入射表面束斑区域受热膨胀,其膨胀受到外环区域的制约,从中心区域到大约束斑半峰值半径的区域,所受环向应力为压应力,在大致束斑半峰值半径以外区域为拉应力．     

高电荷态离子与SiO2表面相互作用的研究

高电荷态离子(Pbq ,Arq )由兰州近代物理研究所的ECR实验平台所产生,轰击非晶态SiO2表面.用微通道板测量溅射粒子产额的角分布.用公式拟合实验溅射角分布得到了较好的结果,并给出了初步的理论解释.由此得出了高电荷态离子与SiO2表面作用的微分溅射截面.实验结果表明高电荷态离子能够增加动能溅射;同时高电荷态离子入射能够引起势能溅射.在大角度入射时,溅射产额主要是由碰撞引起的;在小角入射时势能溅射所占比重会增大.     

离子溅射的微区叠加原理

荷能离子轰击固体表面在往使表面产生特定的结构，因而改变溅射总产额和微分产额。这些变化是由于表面结构改变而引起的几种效应，例如弹离子入射角、形貌对发射粒子的屏蔽以及合金表面元素按微区局域富集等的影响而产生的，本文发展了一种考虑上述诸效应的理论方法，并详细讨论该方法在元素（Ｃｄ）和合金（Ａｌ_xSn_{１００－x}）靶实验微分产额方面的应用。 关键词：     

离子束溅射制备Nb2O5光学薄膜的特性研究

研究了离子束溅射(IBS)制备的Nb₂O₅薄膜的光学特性、应力、薄膜微结构等特性,系统地分析了辅助离子源的离子束能量和离子束流对薄膜特性的影响.结果显示,在辅助离子源不同参数情况下,折射率在波长550 nm处为2.310—2.276,应力值为-281—-152 MPa.在合适的工艺参数下,消光系数可小于10^-4,薄膜具有很好的表面平整度.与用离子辅助沉积(IAD)制备的薄膜相比,IBS制备的薄膜具有更好的光学特性和薄膜微结构. 关键词： 2O₅薄膜')" href="#">Nb₂O₅薄膜 离子束溅射 光学特性 应力     

离子束引起的固体原子混合

寓子束与固体相互作用改变了固体近表面处的组分、结构和性质..离子束与固体作用的基本物理现象归结为:(1)离子束穿透固体表面,由于和固体原子不断碰撞失去能量,而在固体近表面处形成离子元素的高斯分布;(2)高能离子和固体原子碰撞和级联碰撞使大量固体原子离位,在固体近表面处形成缺陷和亚稳结构;(3)离子束轰击下,固体表面原子被碰撞离开固体(溅射效应);(4)离子束和固休原子碰撞造成固体原子大量离位,起到固体内原子输运作用.如果离子束穿透两种元素界面,将在介面产生两种元素均匀交混层.这种作用称为离子束混合,实际上是寓子束使固体内原…     

离子束溅射镀膜技术研究

本文介绍了离子束溅射镀膜原理,对淀积束率与离子能量、束流密度的关系进行了实验研究。实验结果与理论分析有较好的一致性。     

非平衡磁控溅射系统的离子束流控制

在非平衡磁控溅射沉积非磁性金属薄膜过程中,离子,原子到达比、沉积速率等参数是影响薄膜结构和性能的重要因素。根据非平衡磁控溅射沉积过程中离子的分布特点,分别考虑离子和中性粒子的传输,导出了对圆形平面靶非平衡磁控溅射沉积薄膜的放电功率、气压和离子束流密度等参数之间的关系,阐明了放电参数对于沉积过程离子束流密度等参数的影响。在Ar放电条件下,测量了系统的伏安特性;采用偏压平面离子收集电极测量了溅射系统轴向离子束流密度随不同的气压、溅射电流和空间位置的变化规律。结果表明模型分析的结论和实验数据的变化趋势相符合。     

复合电磁磁控溅射靶及其镀膜方法

平面磁控溅射镀膜是70年代发展起来的新型镀膜技术,目前已在工业上镀制各种机械和物理功能膜. 溅射镀膜技术的物埋基础是载能离子的溅射效应.能量超过数十电子伏的离子射到靶材表面即可将靶材表面的原子击出.溅射的原子沉积到工件上,即实现溅射镀膜. 最简单的溅射镀膜技术是二极溅射.该装置相当于一个大型的气体辉光放电管,以靶材作为阴极,机壳作为阳极(图1).两极之间加上千伏以上的电压以产生辉光放电,并加速等离子体中的离子,使其轰击靶村,产生溅射效应. 磁控溅射是70年代迅速发展起来的新型溅射技术.其特点是在靶材表面建立一个环状跑道…     

金属与陶瓷的离子束表面改性

近年来,用荷能离子束对金属和陶瓷材料的近表面区进行改性的研究工作得到很大的发展.离子束注入和离子束混合使材料的近表区结构、组成均发生变化,还因离子辐照引起碰撞级联造成缺陷,这些作用最终影响到材料的性能。离子注入固体或薄膜的表面,不仅是使其改性的重要手段,而且也是材料基础研究的一种理想的工具。本文综述了(i)离子注入金属与陶瓷引起的近表面区的各种变化;(ii)由此而导致的性能改变;(iii)离子束混合效应。     

低能Pt原子与Pt(111)表面相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟方法详细研究了低能Pt原子与Pt(111)表面的相互作用所导致的表面吸附原子、溅射原子、表面空位的产生及分布规律,给出了表面吸附原子产额、溅射原子产额和表面空位产额随入射Pt原子能量的变化关系.模拟结果显示:溅射产额、表面吸附原子产额和表面空位产额随入射原子的能量的增加而增加,溅射原子、表面吸附原子的分布花样呈3度旋转对称性质;当入射粒子能量高于溅射阈值时,表面吸附原子主要是基体最表面原子的贡献,入射粒子直接成为表面吸附原子的概率很小.其主要原因是:当入射粒子能量高于溅射能量阈值时,入射 关键词： 分子动力学 低能粒子 表面原子产额 空位缺陷 溅射     

电子束、离子辅助和离子束溅射三种工艺对光学薄膜性能的影响

 运用电子束、离子辅助和离子束溅射三种镀膜工艺分别制备光学薄膜，包括单层氧化物薄膜和增透膜，然后采取一系列测试手段，如Zygo轮廓仪、原子力显微镜、表面热透镜技术和X射线衍射等技术，来分析和研究不同的工艺对这些薄膜性能的不同影响，以判断合理的沉积工艺。     

多成分靶优先溅射的蒙特-卡罗计算

基于两体碰撞近似,本文用蒙特-卡罗方法研究离子轰击多成分靶引起的溅射。计算了1keV,10keV的氦离子和氖离子入射引起多成分、无定型靶表面总溅射产额和部分溅射产额;溅射粒子的能谱、角分布和深度来源分布。并计算了择优溅射引起材料表面组分相对浓度的变化。结果还表明,离子轰击多成分靶时,碰撞效应足以引起优先溅射,它是造成靶表面各种成分相对浓度变化的重要因素。 关键词：     

离子束溅射致Si(110)表面形貌随样品温度变化的演化

本文研究了离子能量为1.5keV、束流密度为20?A/cm2正入射Ar+离子束溅射致Si(110)表面形貌随样品温度变化的演化过程。在温度自室温上升至 800?C的过程中, Si(110) 的表面形貌由不规则的纳米点和纳米孔图案变为密集的量子点阵列，同时表面粗糙度也随温度上升不断增加。被通常采用的 Bradley-Harper 模型无法解释上述实验数据。 在考虑溅射过程中存在Ehrlich-Schwoebel 效应后, 进行了已连续动态模型为基础的理论模拟，模拟工作很好的重复了实验结果。     

制膜技术与装置

TB43 2004064364 离子束溅射沉积Ta_2O_5光学薄膜的实验研究=Experimental study of ion beam sputtering deposition of Ta_2O_5 optical thin film[刊,中]/刘洪祥(中科院光电技术研究所.四川,成都(610209)),熊胜明…∥光电工程.—2004,31(3).—41-43,55 根据择优溅射的理论,在不同的通氧方式下,详细分析了离子辅助对离子束溅射沉积Ta_2O_5薄膜光学特性的     

离子薄层活化及其应用

离子薄层活化(TLA)是七十年代后期发展起来的一种核技术[1].在固体材料表面由于某种原因(例如磨损、腐蚀或溅射等)而有质量损失的情况下,这种新技术具有灵敏度高和可以进行原位测量等优点. 离子薄层活化也可称为放射性同位素的工业标记方法,在现代工业上有着广泛的应用价值.它在诸如机械部件的表面磨损、化学腐蚀、等离子侵蚀以及离子溅射等很多方面的研究测试中都是独具一格的手段. TLA方法的原理很简单.离子可以通过某种核反应使所要研究材料中的一种(或数种)核素变成放射性同位素,放射出具有一定能量的特征γ射线.如果样品表面有质量…