STM在微细加工中的应用

已提出的各种可能机理有束流引起的化学反应,高电流密度使表面局部区域内原子加热导致的局部原子的蒸发、熔化、再结晶等,有些结构可能是由于污染物或针尖材料在表面上的沉淀而产生的.当样品表面有覆层或处于特定的气体或液体氛围下时,用STM仍可在其上产生各种细微结构,其主要方法可分为两类,其一是电子束光刻,其二是电子束辅助淀积和刻蚀,以下分别进行讨论。     

强流脉冲电子束辐照诱发纯钼表面的损伤效应及结构缺陷

利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对纯钼表面进行辐照处理,并利用X射线衍射仪,扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）详细分析了辐照表面的微观结构和损伤效应. 1次HCPEB辐照后,纯钼表层积聚了极大的残余应力,多次辐照后表面未融化区域出现大量绝热剪切带,且局部区域发生开裂. 微观结构分析显示,辐照后材料表面形成发散状的位错组态和大量空位簇缺陷;绝热剪切带内部是尺寸为1 μm 左右等轴状的再结晶晶粒. 剪切带造成的材料表面局部软化以及间隙原子偏聚于晶界是材料发生开裂的主要原因. 另外,表面熔化区域可形成尺寸为20 nm左右的纳米晶. 关键词： 强流脉冲电子束 纯钼 绝热剪切带 空位簇缺陷     

回流离子源特征分析

强流电子束轰击在辐射转换靶上可产生正离子. 这些离子在电子束空间电荷场作用下回流，对电子束聚焦会有影响，从而可能改变焦斑大小，影响X光机的照相分辨率. 离子种类、离子流的大小是很关注的参量. 本文分析了回流离子来源及其特征，认为回流离子以靶表面杂质热释放后被电子束直接电离生成的离子为主，离子发射受空间电荷限制而非受源限制.     

用集团运动的观点来研究回流离子问题

建立在单粒子运动学基础上的回流离子理论预测: 强流电子束轰击在 辐射转换靶上可能产生正离子. 这些离子在电子束空间电荷场作用下 回流, 会造成电子束过聚焦, 改变焦斑大小, 从而影响X光机的照相分辨率. 然而大量的实验没有发现相关的现象. 本文分析认为, 电子束 打靶时, 在靶表面可能会形成离子鞘层过渡区. 该区域可以抵消束流空间 电荷场对回流离子的驱动作用, 因此, 回流离子可能以等离子体集团扩散的 方式运动. 这种物理图像得到的结论是离子对聚焦的影响可忽略, 和已有的 实验结果相吻合.     

强流脉冲电子束作用下20钢的微观结构状态

 为了研究金属材料的超快变形行为,利用强流脉冲电子束（HCPEB）装置对20钢进行轰击,采用X射线衍射、光学显微镜及透射电镜等技术分析了受轰击样品的变形组织与结构。实验结果表明,强流脉冲电子束能够在材料表层诱发幅值为1 GPa量级的应力,快速的加热和冷却过程在近表层诱发了强烈的塑性变形,并在材料表层内形成了复杂的位错缠结结构和位错胞结构,同时还伴随位错圈等空位簇缺陷的形成,多次轰击导致局部区域形成纳米和非晶结构。HCPBE轰击诱发的幅值极大的应力和极高的应变速率而导致的整个原子平面的位移可能是非晶结构形成的关键原因。     

12MeV直线感应加速器轫致辐射靶靶面回流离子测量

强流直线感应加速器（LIA）能够产生2—3kA、10-20MeV、约80ns（FWHM）的强流高功率的脉冲电子束，经过数十米的传输、聚焦成毫米量级的束斑后打击到轫致辐射靶上，来产生高剂量的X光。同时电子束打靶使靶面沉积大量的能量导致靶面的温度骤然升高，引起靶表面物质或杂质（如碳、氢、水蒸气与靶材料等）被汽化电离而产生等离子体。强流电子束在靶前附近产生的强空间电荷电场（场强可达MV／cm）把离子从靶面拉出，以逆着电子束的方向前进，被称为回流离子。人们提出回流离子与电子束发生作用，会导致电子束被提前聚焦，在预定的靶面形成散焦。     

高功率强流密度低发射度高亮度赝火花电子束产生

由修改了的脉冲线加速器驱动的、高功率(200kV)、高电流密度、低发射度、高亮度赝火花放电电子束在15pa氮气中产生。束流强度2.2kA,脉宽400ns,束径1mm的电子束从阳极口射出,可在中性氮电离通道中传输20cm。在阳极下游5cm处,电子束相继打穿紧密粘贴在一起的酸敏纸和0.05mm厚的铜箔,分别留下0.6mm和0.3mm的穿孔。依据箍缩平衡条件算出该处的高能电子束的归一化发射度和亮度分别是23πmm mrad和8×10¹⁰A/(m²rad²)。对同一酸敏纸连续轰击10次给出1.6mm穿孔表明它具有好的重复性。观察工作60枪后的放电室发现,各种电极和绝缘子表面几乎未见任何破坏性烧蚀痕迹。实验证明,赝火花电子束的束质量比冷阴极电子束的束质量要好得多。 关键词：     

强流脉冲电子束诱发纯镍表层纳米结构的形成机制

利用强流脉冲电子束（HCPEB）技术对多晶纯镍进行了表面处理,并采用扫描电镜和透射电镜对强流脉冲电子束诱发的表面及亚表面的微观组织结构进行了分析.实验结果表明,HCPEB辐照后表面熔化,形成了深度约为2 μm的重熔层,快速的凝固使重熔层中形成晶粒尺寸约为80 nm的纳米结构.位于轰击表面下方5—15 μm深度范围内强烈塑性变形引起的位错墙和其内部的亚位错墙结构是该区域的主要结构特征.这些缺陷结构通过互相交割细化晶粒,最终导致尺寸约为10 nm的纳米晶粒的形成. 关键词： 强流脉冲电子束 纳米结构 多晶纯镍 位错墙     

强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——变形结构

为了研究金属的超快变形机理,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对多晶纯Cu进行了辐照处理,并利用透射电子显微镜对HCPEB诱发的表面微结构进行了表征.实验结果表明,HCPEB轰击多晶纯Cu后,在轰击表层诱发了幅值极大的应力和极高的应变速率.1次HCPEB轰击材料表层的变形结构以交滑移形成的位错胞和位错缠结结构为主;多次轰击后平行的位错墙和孪晶是该区域的主要变形结构特征;原子面的扩散乃至位错攀移可在晶界和孪晶界上形成台阶结构.根据各自区域的变形结构特征,对相应的变形机理进行了探讨. 关键词： 强流脉冲电子束 多晶Cu 变形结构 孪晶     

纳秒强流脉冲电子束强化金属表面的研究

利用多极板赝火花放电装置产生的高功率脉冲电子束对不同类型的钢, 如45#, 65Mn, T8, 9Cr18和GCr15等进行轰击, 研究其在金属材料表面改性中的应用. 样品表面的显微硬度和耐腐蚀性测试结果以及扫描电子显微镜(SEM)的观察分析表明, 经电子束轰击后, 这些材料在结构、组织和性能上发生了明显的变化, 轰击中心区域的显微硬度和耐蚀性明显提高. 基于一维热传导方程对材料表面的冷却速率进行了估算, 对电子束与金属材料的作用过程进行了理论分析. 结果表明, 高功率密度脉冲电子束与金属材料相互作用, 表面冷却速率高达1. 2×1012 ℃/s, 使材料表面局部瞬间达到熔化, 产生骤热急冷过程. High power density electron beams generated by multiplate pseudospark discharge chamber, have been used to bombard various kinds of steel targets such as 45#, 65Mn, T8, 9Cr18, GCr15, etc, and studyits applications for modification of metal surface. The microhardness and corrosive resistance property have been measured and the morphology was obtained by using SEM analysis. The results showed that the surface properties and structure of the matevials bom barded have been modified; in the bombarded center area, the microhardness as well as corrosive resistance property was improved obviously. The interactions befween the electron beam and metal materials were theoretically considered and discussed on the basis of simple calculation with one dimensional thermal transfer equation. It showed that the cooling rate of metal surface with 1.2×1012 ℃/s was so high that caused the metal surface instant melted, and abrupt cooled.     

强流脉冲电子束辐照对NiCoCrAlY涂层结构和性能的影响

 采用低气压等离子体喷涂在DZ4镍基高温合金表面沉积NiCoCrAlY 涂层,并利用强流脉冲电子束（HCPEB）对其进行辐照处理。对HCPEB辐照处理前后的涂层的结构和性能分析得出,经HCPEB辐照处理后,疏松的涂层表面重熔,变得致密平整,产生微区光滑、熔坑和裂纹。X射线衍射分析表明,电子束辐照后涂层中的γ′相增多,涂层没有产生明显的残余微观内应力。900 ℃静态空气等温氧化试验结果显示,HCPEB辐照处理后,涂层的抗氧化性能明显提高。原因在于电子束辐照处理的涂层氧化后表面形成了更加完整的Al2O3保护层,同时γ′相的增加也有利于其耐氧化性能的提高。     

表面状态对强流脉冲电子束辐照诱发金属表面熔坑的影响

 为了考察材料晶体学特性对表面熔坑形成机制的影响,利用强流脉冲电子束（HCPEB）对喷丸前、后的304奥氏体不锈钢进行表面辐照处理,对HCPEB诱发的表面熔坑形貌进行了详细的表征。实验结果表明,HCPEB辐照后样品表面形成了大量的火山状熔坑,熔坑数密度和熔坑尺寸随电子束能量的增加而减小,材料表面的杂质或夹杂物容易成为熔坑的核心,并在熔坑形成的喷发过程中被清除,起到净化表面的作用。此外,喷丸前、后样品表面熔坑数密度遵循相似的分布规律,喷丸处理使熔坑数密度显著增大,表明材料的晶体学特性对表面熔坑形成有重要的影响,晶界、位错等结构缺陷是熔坑形核的择优位置。     

强流脉冲电子束作用下金属纯Cu的微观结构状态——空位簇缺陷及表面微孔结构

利用强流脉冲(HCPEB)电子束技术对多晶纯Cu进行了辐照处理,并利用透射电镜对HCPEB诱发的空位簇缺陷进行了表征.实验结果表明,HCPEP辐照金属可在纯Cu表层诱发大量的过饱和空位,并形成四方形空位胞及空位型位错圈和堆垛层错四面体(SFT),HCPEB瞬间的加热和冷却诱发的幅值极大的应力和极高的应变导致的整个原子平面的位移是空位簇缺陷形成的主要原因.此外,扫描电镜分析表明HCPEB辐照可以在纯Cu表面形成高密度、弥散分布和尺寸细小的微孔.过饱和空位或空位团簇沿晶体缺陷向表面扩散、凝聚是表面微孔形成的根     

产生惰性气体高价离子的新方法

此文介绍了一种产生惰性气体高价离子的新方法。在飞行时间质谱仪（ＴＯＦ－ＭＳ）上，把聚焦后的３０８ｎｍ激光掠射到不锈钢栅网上，产生超短脉冲的电子束，利用这种电子束来轰击惰性气体（Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ），产生高价离子，并给出了这些离子的飞行时间质谱。这些高价离子可能是电子逐次电离气体原子产生的。这种方法可作为飞行时间质谱的一种理想的“软电离”的“点”离子源     

碳纤维阴极发射均匀性的实验研究

 分别用自制浸渍碘化铯（CsI）针式环状碳纤维阴极和环状不锈钢阴极所产生的电子束轰击尼龙目击靶，研究碳纤维阴极发射均匀性。在碳纤维阴极电子束轰击的目击靶上得到了均匀的烧蚀痕迹，而不锈钢阴极电子束轰击的目击靶上烧蚀痕迹不均匀，表明碳纤维阴极发射电子束的均匀性优于不锈钢阴极。分析认为两阴极不同的发射机制及其所特有的材料性质和结构导致其发射电子束均匀性的差异。用光学显微镜和电子显微镜对不锈钢阴极尖端和碳纤维阴极尖端和侧面进行扫描，发现不锈钢阴极仅尖端处被烧蚀，而碳纤维阴极尖端和侧面都有烧蚀痕迹，验证了碳纤维阴极由场发射和表面闪络共同作用的发射机制的假设分析。     

电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究

 动态应变是电子束辐照靶结构产生结构响应中的一个重要力学参数。本文叙述了近年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究。靶材为LY-12铝,靶厚为2.5~3 mm,靶上能通量为50~60 J/cm²。实验结果表明,在圆环受照部分内表面中心处应变值可达1.6×10⁴ με,而在圆环两侧内表面处应变值为(0.45~0.65)×10⁴ με。     

电子束产生大尺度等离子体过程的数值模拟研究

建立了一个四组分一维混合模型，对电子束注入大气产生大尺度等离子体的过程进行了数值模拟.结果表明了能量为140keV、流强为50mA/cm²的注入电子束，可以产生线度为0.5m，密度为10¹²cm^-3量级的大气环境下等离子体.电子束所伴随的空间电荷效应由于等离子体的产生会很快消失，不影响后续的等离子体产生过程.电子束注入流强主要影响产生等离子体的密度，而电子束能量则同时影响其空间线度和密度. 关键词： 电子束 碰撞 电离     

吉瓦级强流相对论多注电子束二极管的优化设计与实验研究

多注相对论速调管放大器可在较高的工作频段实现GW级功率微波产生,在很多领域得到了发展和应用.多注相对论速调管中强流相对论多注电子束相互之间存在空间电磁场的作用,使得多注电子束从二极管引入多注漂移管,以及在多注漂移管中的传输运动受到影响,导致电子束会轰击到管壁上,早期实验中多注电子束的传输通过率较低.本文对功率数GW的强流相对论多注电子束在二极管与多注漂移管中的运动过程进行了理论分析与粒子仿真模拟,得到强流相对论多注电子束的传输运动规律.对多注二极管的结构进行了优化设计,仿真设计实现强流相对论多注电子束的传输通过率达到99%,并且开展了验证实验研究,实验在电子束电压为801 kV,电流为9.3 kA的情况下,电子束的传输通过率达到92%.     

低阻抗二极管产生的强流电子束能谱分布的数值模拟

 给出了低阻抗二极管产生的电子束能谱分布及外加磁场对二极管阻抗影响的数值模拟研究结果。结果表明，即使在外加电压恒定的条件下，二极管产生的电子束也具有一定的能谱分布，这说明用二极管电压、电流波形计算脉冲电子束能谱分布是不正确的。另外,外加磁场对低阻抗二极管的阻抗特性具有较大影响，其阻抗随外加磁场的增大而减小。分析认为这是由于外加磁场强度的变化改变了二极管中束电子的运动轨迹。当没有外加磁场或外加磁场较小时，低阻抗二极管产生的电子束发生自箍缩，此时二极管电流是自箍缩饱和顺位流；当外加磁场足够强时，电子束的自箍缩被抑制，二极管电流是没有箍缩时的空间电荷限制电流。束电流小于自箍缩临界电流的二极管其阻抗将不随外加磁场的变化而变化。     

纳米光刻技术

纳米科学技术将成为新世纪信息时代的核心。纳米量级结构作为研究微观量子世界的重要基础之一,其制作技术是整个纳米技术的核心基础,已成为当前世界科学研究急需解决的问题。文章针对上前的科技发展情况,介绍了几种纳米光刻技术的实现新途径、发展现状和关键问题。详细阐述了波前工程、电子束光刻、离子束光刻、Ｘ射线光刻原子光刻、干涉光刻、极紫外光刻以及１５７光刻的原理和实现难点。作为下一代各种光刻技术,它们都有望实现