用于材料表面改性的多功能等离子体浸没离子注入装置

详细叙述了新近研制的多功能等离子体浸没离子注入（ＰⅢ）装置，在装置设计中，考虑了等离子体产生手段、高压脉冲电源和真空抽气系统多项功能要求，把离子注入、涂敷和溅射沉积结合起来，该已实现了多种气体等离子体注入、气－固离子混合与注入、金属等离子体沉积与注入、离子束混合与离子束增强沉积等，以满足不同材料制成的不同零件对多种表面处理工艺的需要，初步应用结果证明，该装置对于改进４５号钢、Ｔｉ－６Ａｌ０－４Ｖ和     

高能离子注入及其应用

本文介绍了高能离子（Ｍｅｖ／ａｍｕ）与固体相互作用的特点，综述了近几年来高能离子注入技术在制备多层结构晶体管、减少载流子寿命、材料表面改性及增强薄膜与基体粘着力等方面的研究概况．     

中能高浓度氦离子注入对钨微观结构的影响

采用15 keV, 剂量1×10¹⁷/cm², 温度为600 ℃氦离子注入钨, 分别以块体钨研究氦离子对钨的表面损伤; 以超薄的钨透射电镜样品直接注入氦离子, 研究该条件下钨的微观结构变化, 以了解氦离子与钨的相互作用过程; 采用扫描电子显微镜、聚焦离子束扫描显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜等分析手段研究氦离子注入对钨表面显微结构的影响及氦泡在钨微观结构演化中的作用.     

表面凹陷对等离子体浸没离子注入均匀性的影响

利用二维流体模型和数值计算方法模拟了等离子体浸没离子注入（ＰⅢ）Ｋ ,具有圆弧凹槽的平面靶周围的鞘层扩展情况,计算了鞘层扩展过程中的电热分布、离子速度和离子密度变化获得了沿靶表面的离子入射角度和注入剂量的分布情况,为等离子体浸没离子注入处理复杂形状靶提供了理论基础。     

等离子体源离子注入（Ⅱ）—技术扩展和初步研究结果

等离子体源离子注入（Ⅱ）──技术扩展和初步研究结果汤宝寅（哈尔滨工业大学，哈尔滨１５０００６）在ｐｓｌｌ前期研究工作上，我们主要集中在室温下气体离子注入，主要是氮离子注入。初步研究结果表明，ＰＳＩＩ氮离子注入能够显著提高某些材料的表面硬度和抗磨损特性...     

低能离子注入引起的植物种子微结构的变化

以植物干种子芸豆和花生为生物体材料，采用正电子湮没技术（PAT）测定了该两类生物样品的正电子湮没寿命谱（PAL）。测量结果表明，在芸豆和花生生物体内存在着大量微小的孔洞，孔洞的直径分别为0．48nm和0．7nm。植物种子的这类特殊的微孔结构是低能离子注入生物效应机理的基础。对注入200keV低能V离子的花生样品也测量了它的PAL谱，并与未经离子注入的花生样品的PAL谱作了比较。     

高能氮离子注入人造金刚石的热稳定性

 叙述了在GLZ-100E工业离子注入机上采用20~60 keV氮离子及氮分子离子注入人造金刚石晶体的实验研究。XPS分析表明，注入离子在人造金刚石颗粒表面形成了一层较为稳定的含氮混合物层。高温差热分析（DTA）的实验表明，经氮离子束处理的金刚石，其氧化起始温度T（onset）由原来的730 ℃左右提高到800 ℃以上，且随着氮注入剂量的增加而增加，氧化速度也随之变缓；差热分析还表明，随着温度的升高，金刚石首先转化为石墨（DTA曲线上表现为吸热），然后氧化燃烧生成CO₂（放热），而注入离子能量的增加，氧化温度的提高幅度略有下降。离子注入还使其高温石墨化性能显著改善。     

Zn离子注入LiNbO_3晶体的制备及其红外谱特性研究

利用离子注入技术制备了不同Zn离子剂量掺杂的铌酸锂样品,研究了Zn离子注入对Li Nb O3晶体红外光谱特性的影响。实验结果显示Zn离子已成功地注入到Li Nb O3晶体中,以Zn原子纳米颗粒形式存在,且注入深度约为80 nm。与纯Li Nb O3晶体在3486、2851和2917 cm-1处的主次吸收峰的位置相比,三种掺杂Zn离子剂量的样品主吸收峰的位置均出现在3483 cm-1处,发生了微小的红移,次吸收峰的位置基本保持不变。Zn离子注入使x-切向Li Nb O3晶体的透射率增大,z-切向Li Nb O3晶体的透射率降低。     

氦离子显微镜对钨中氦行为的实验研究

针对热核聚变面向等离子体钨材料中氦泡形成、演变以及机理研究的需求,克服目前常用离子注入、电子扫描显微镜和透射电子显微镜等离线研究手段存在的不足,提出氦离子显微镜对钨中氦的上述行为原位实时在线研究方法.借助氦离子显微镜的离子注入、显微成像和聚焦离子束纳米加工功能,它可以提供能量为0.5—35 ke V、束流密度可达10~(25) ions/(m~2·s)以上的氦离子束,在该设备上进行钨中氦的注入实验.同时在注入过程,实时在线监测钨中氦泡形成、演变过程以及钨材料表面形貌的变化,原位在线分析钨材料表面氦泡的大小、迁移合并以及其诱发的钨表面和近表面的微观损伤.实验结果表明:氦离子显微镜是研究钨中氦行为演变过程及其微观机理研究的新的研究手段和强有力的实验工具.     

聚合物物理属性对离子注入效应的影响

聚合物导电性能差, 表面电荷积聚所产生的电容效应致使其表面电位衰减, 采用等离子体浸没离子注入对其表面改性是非常困难的. 建立了绝缘材料等离子体浸没离子注入过程的粒子模拟(PIC)模型, 实时跟踪离子在等离子体鞘层中的运动形态及特性并进行统计分析. 并基于PIC模型, 将聚合物表面的二次电子发射系数直接与离子注入即时能量建立关联, 研究了聚合物厚度、介电常数和二次电子发射系数等物理量对鞘层演化、离子注入能量和剂量的影响规律. 研究结果表明: 当聚合物厚度小于200 μ m, 相对介电常数大于7, 二次电子发射系数小于0.5时, 离子注入剂量和高能离子所占的份额与导体离子注入情况相当. 通过对聚合物表面离子注入剂量和高能离子所占份额的研究, 为绝缘材料和半导体材料表面等离子体浸没离子注入的实现提供了理论和实验依据.     

用掩蔽注入法研究钛注入H13钢的耐磨性

采用由金属蒸汽真空弧离子源引出的强束流钛、碳离子对H13钢进行表面改性研究.钛和碳离子注入剂量分别为3×1017和1×1017cm-2,引出电压分别为48和30kV，平均束流密度分别为47和20μA·cm-2.为了保持相同的摩擦磨损实验条件，注 入过程中采用掩蔽注入技术.摩擦磨损实验结果表明，钛离子注入H13钢提高了其耐磨性，并大幅度降低其摩擦系数.利用卢瑟福背散射谱测量了离子注入表面的成分，并采用逐层递推 法得出了钛在H13钢中的浓度深度分布，借助掠面x射线衍射考察了注入表面的相结构. 关键词： 钛离子注入 金属蒸汽真空弧 卢瑟福背散射 掠面x射线衍射     

(Si,Er)双注入热氧化硅的光致发光

采用强流金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子源注入机，先将Si大束流注入热氧化SiO2/单晶硅，直接形成镶嵌在SiO2中的纳米晶Si，再小束流注入Er。Er离子在掺杂层中的浓度可达10^21cm^-3量级，大大地提高了作为孤立发光中心的Er^3 浓度。在77K和室温下，观察到了Er^3 的1.54цm特征发射。     

Depth distribution of energy deposition by 4‐40 MeV Fe+ incident on Fe

The depth distribution of energy deposited into atomic processes has been calculated for Fe ions incident on an amorphous Fe target with incident energy in the range 4 to 40 MeV. The results of this calculation are of basic importance in ion implantation simulation studies of the radiation damage of stainless steel cladding on power reactor fuel elements.     

Fe and Fe+2%Si targets as ion sources via UV laser ablation plasma

In the last years the ion component of a laser-produced plasma has been considered and studied as an object to provide high-density ion sources, which can be applied in many fields such as laser-induced implantation. In this work a KrF laser beam of 10⁸ W/cm² irradiance was focused onto single-crystalline Fe and single-crystalline Fe with 2% of Si targets and the characteristics of both free expanding laser-produced plasmas were compared. The time-of-flight (TOF) method was applied to determine the ion charge yield at various laser fluences and the ion angular spread. The analyses of TOF spectra showed a synergetic effect of the silicon admixture in target material on the Fe ions production. Besides, this admixture was also responsible of the increasing of the plasma temperature which corresponds in turn to the increasing of the average kinetic energy of the particles as well as of the more collimated ion distribution.     

H13钢激光熔覆Co基涂层组织及热疲劳性能

针对热作模具用H13钢工况下易产生热疲劳失效的问题,采用Nd:YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层组织、合金元素分布及物相组成进行检测。利用显微硬度计和热震实验法,测试热疲劳对Co基合金涂层和淬火回火态H13钢硬度影响。结果表明,Co基合金涂层从底部到表层,依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。Co基合金涂层物相主要由-Co和M23C6相组成,热疲劳后涂层表面形成M2O3和M3O4(M=Fe,Co,Cr)氧化物。Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2且呈梯度降低；热循环1000次后,Co基合金涂层表面硬度降低24.4%,H13钢表面硬度降低37.7%,Co基合金涂层硬度下降幅度低于H13钢。热循环1000次后,Co基合金涂层表面未发现明显热裂纹,H13钢表面形成大量网状热裂纹。Co基合金涂层中,Cr元素形成致密Cr2O3氧化膜使其热疲劳性能优于H13钢。     

Ti-2Al-2.5Zr合金He离子辐照效应研究

 在Ti-2Al-2.5Zr合金中注入能量为75 keV的He离子，注入剂量分别为5×10¹⁶cm^-2，1×10¹⁷ cm^-2。通过显微硬度测量和剖面电子显微观察，研究了He离子对Ti-2Al-2.5Zr合金力学性能和显微组织的影响。结果表明:样品的显微硬度随He离子注量的增加而升高，在温度为350和550 ℃的Ar气中退火后硬度有所下降。剖面电子显微观察发现有位错环和He气泡生成，退火后He气泡有长大、缺陷有回复的趋势。辐照产生的位错环是辐照后硬度升高的直接原因，其退火发生回复又引起硬度随退火温度的升高而降低。     

60kV离子源引出与加速系统的数值模拟

对 6 0kV、70A、2s离子源的四电极引出 加速系统进行了数值模拟。利用数值计算结果对系统进行了优化。在离子流密度为 0 2 4A·cm- 2 (束中H+ 1∶H+ 2 ∶H+ 3=0 .7∶0 .2∶0 .1)和离子源等离子体离子温度为 1eV时 ,由系统栅缝出射的束最大散角小于 1o。     

原位漫反射红外光谱表征钛硅分子筛TS-1催化苯乙烯氧化反应

采用高温漫反射红外光谱考察了钛硅分子筛TS-1的稳定性,发现960 cm-1吸收峰在673 K时没有变化,表明所表征的骨架钛具有一定的高温稳定性,而表征分子筛骨架振动的两个吸收峰在673 K下向低波数位移了约13 cm-1.探讨了H2O2吸附对TS-1分子筛骨架钛的影响,发现960 cm-1处的吸收峰在吸附H2O2后强度减弱,并且向高波数位移了11 cm-1;抽真空或加热,吸收峰又复原,表明骨架钛可能存在Ti=O结构,H2O2与分子筛中的Ti=O作用,使相应的960 cm-1吸收峰向高波数位移.原位漫反射红外光谱考察了TS-1催化苯乙烯氧化反应,谱图分析表明,苯甲醛是主要产物,TS-1催化氧化的关键是H202吸附在TS-1的骨架钛上形成活性中心.     

氢分子振动态与铯分子基态碰撞中转动-振动能量转移

利用受激拉曼泵浦将H2激发到v=1，J=3态，研究了H2(1, 3)态与Cs2分子碰撞(1, 3)态的弛豫及Cs2(X1+g)振动态的激发过程。利用相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)检测H2的振转态分布，由CARS峰值得到密度比[H2(1, 3)]/[H2(0, 3)]和[H2(1, 1)]/[H2(1, 3)]，由H2(v=0)振转态的Boltzmann分布确定H2(0, 3)的密度，由此得到[H2(1, 3)]和[H2(1, 1)]态的密度。激光诱导荧光光谱(LIF)确定被碰撞激发的Cs2(X1+g, v=11-15)各态。利用单模半导体激光作瞬时光吸收，对于v= 11, 12, 13, 14和15，积分吸收系数(单位：106cm-1s-1)分别是6.5，7.9，7.0，6.1和4.7，结合H2(1, 3)的密度，得到H2(1, 3)Cs2(X1+g, v)的转移速率系数，对于v=11-15，分别是(单位：10-13cm-1s-1)1. 40. 6，1.70. 7，1.50. 6，1.30.5和1.00. 4。利用吸收线Doppler增宽测量分别得到了Cs2(X1+g, v=11-15)的平动能。     

氢分子振动态与铯分子基态碰撞中转动-振动能量转移

利用受激拉曼泵浦将H2激发到v=1,J=3态,研究了H2(1, 3)态与Cs2分子碰撞(1, 3)态的弛豫及Cs2(X1+g)振动态的激发过程。利用相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)检测H2的振转态分布,由CARS峰值得到密度比[H2(1, 3)]/[H2(0, 3)]和[H2(1, 1)]/[H2(1, 3)],由H2(v=0)振转态的Boltzmann分布确定H2(0, 3)的密度,由此得到[H2(1, 3)]和[H2(1, 1)]态的密度。激光诱导荧光光谱(LIF)确定被碰撞激发的Cs2(X1+g, v=11-15)各态。利用单模半导体激光作瞬时光吸收,对于v= 11, 12, 13, 14和15,积分吸收系数(单位：106cm-1s-1)分别是6.5,7.9,7.0,6.1和4.7,结合H2(1, 3)的密度,得到H2(1, 3)Cs2(X1+g, v)的转移速率系数,对于v=11-15,分别是(单位：10-13cm-1s-1)1. 40. 6,1.70. 7,1.50. 6,1.30.5和1.00. 4。利用吸收线Doppler增宽测量分别得到了Cs2(X1+g, v=11-15)的平动能。