双激光脉冲打靶形成Gd等离子体的极紫外光谱辐射

高端芯片制造所需要的极紫外光刻技术位于我国当前面临35项"卡脖子"关键核心技术之首.高转换效率的极紫外光源是极紫外光刻系统的重要组成部分.本文通过采用双激光脉冲打靶技术实现较强的6.7 nm极紫外光输出.首先,理论计算Gd¹⁸⁺—Gd²⁷⁺离子最外层4d壳层的4p-4d和4d-4f能级之间跃迁、以及Gd¹⁴⁺—Gd¹⁷⁺离子最外层4f壳层的4d-4f能级之间跃迁对波长为6.7 nm附近极紫外光的贡献.其后开展实验研究,结果表明,随着双脉冲之间延时的逐渐增加,波长为6.7 nm附近的极紫外光辐射强度呈现先减弱、后增加、之后再减弱的变化趋势,在双脉冲延时为100 ns处产生的极紫外光辐射最强.并且,在延时为100 ns处产生的光谱效率最高,相比于单脉冲激光产生的光谱效率提升了33%.此外,发现双激光脉冲打靶技术可以有效地减弱等离子体的自吸收效应,获得的6.7 nm附近极紫外光谱宽度均小于单激光脉冲打靶的情形,且在脉冲延时为30 ns时刻所产生的光谱宽度最窄,约为单独主脉冲产生极紫外光谱宽度的1/3.同时...     

高光谱吸收微纳结构表面提高太阳能温差发电性能的研究

采用飞秒激光等离子体丝（飞秒光丝）在金属铝箔表面以不同飞秒光丝扫描速度（5，15，25，35和45 mm·s-1）制备了微纳结构表面，并在太阳光能量主要覆盖的光谱范围（330～890 nm）内对其进行了反射率测量，发现飞秒光丝制备的微纳结构表面具有显著的高光谱吸收特性，并且飞秒光丝扫描速度越慢，光谱吸收率越强，5 mm·s-1条件下微纳结构表面光谱吸收率达97%以上。将制备的高光谱吸收微纳结构表面作为温差发电片（TEG）光吸收体，以此为基础构建了考虑太阳光辐照及温差发电模块（即TEG模块：结合微纳结构表面的TEG）散热情况的仿真实验环境并进行发电功率测量。研究结果表明，具有微纳结构的铝表面（5 mm·s-1制备条件下）与抛光铝箔或裸发电片相比，光电转化效率（发电效率）可分别提高43.3和10.7倍。进一步研究了TEG模块的温差发电的过程与机理，将TEG模块的温差发电过程分为光热（光能转化为热能）与热电（热能转化为电能）两个转化过程分析：首先在光热转化过程中，微纳结构表面增强了太阳光吸收效率，为光热转化提供更多的光子能量，实现了其在表面更多的热量沉积，进而在之后的热电转化过程中，更多的热能沉积使得TEG模块的载流子迁移率得到了很大提升，这样在同样的温差（发电片冷热端的温度差值）条件下，微纳结构表面与普通表面相比可以获得更高的热电转化效率。因此，微纳结构表面的高光谱吸收性能使得TEG模块经光热转化后得到的高热能沉积使载流子迁移率得到了提高，进而显著提升了TEG模块发电性能，这是微纳结构表面增强TEG温差发电效率的主要原因。这一机理的揭示，为TEG模块发电性能的进一步优化和提升提供了理论依据，对TEG模块的实际应用具有重要的意义。     

纳秒激光诱导空气等离子体射频辐射特性研究

开展了波长为532 nm、脉宽为8 ns的纳秒激光诱导空气等离子体射频电磁辐射特性实验研究,基于锥形天线探测空气等离子体在30-800 MHz频谱范围有较强的射频电磁辐射,是等离子体内电偶极子振荡变速运动造成的.实验结果表明:随激光能量增加,30-200 MHz范围内射频辐射强度逐渐变强,但360-600 MHz频率范围射频辐射强度逐渐变弱.等离子体射频辐射的空间分布依赖于入射激光的偏振方向,当激光偏振方向与天线放置方向一致时,该方向上空气等离子体的射频辐射强度高,谱线较丰富.射频辐射总功率随激光能量先增加后降低,采用等离子体电子密度变化对等离子体频率及等离子体衰减系数影响(制约)关系,对射频辐射总功率随激光能量的变化规律进行了解释.     

以季磷化合物为模板剂合成超大孔分子筛ITQ-33

以四丁基氢氧化磷为模板剂, 在中温水热条件下, 利用浓溶胶法合成了具有一维18元环孔道的含铝硅锗酸盐分子筛ITQ-33. 系统研究了ITQ-33的合成条件, 并利用原位变温X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), 固体核磁共振波谱(NMR), 电感耦合等离子体发射光谱(ICP), 氮气吸附-脱附程序升温脱附(TPD), 热重(TG)及元素分析等手段对其结构、 稳定性及催化性能进行了表征. 结果表明, 以季磷化合物为模板剂可以合成含铝的ITQ-33纯相, 产物具有较高的热稳定性, 其骨架结构可以稳定至400℃以上, 煅烧后的ITQ-33具有Lewis酸位点, 在酸催化方面有潜在的应用价值.     

新型过渡金属取代层状磷酸铝[C_4H_(11)N]_(0.77)[C_4H_(12)N]_(0.23)[C_3H_(12)N_2]_2[H_3O]_2·[Co_(0.23)Al_(5.77)P_8O_(32)]的共模板法合成及表征

采用共模板法以二乙胺和1,2-丙二胺为模板剂,合成了过渡金属取代的二维层状磷酸铝化合物[C4H11N]0.77[C4H1 2N]0.23[C3H12N2]2[Co0.2 3Al5.77P8O32][H3O]2(1).通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、元素分析(ICP-AES及CHN)、固体紫外-可见分析(Solid-UV-Vis)及扫描电子显微镜(SEM)等对化合物1进行了表征.该化合物属三斜晶系,P 1-空间群,晶胞参数a=0.95029(19)nm,b=1.2689(3)nm,c=1.2987(3)nm,α=118.70(3)°,β=97.64(3)°,γ=99.72(3)°,V=1.3117(5)nm3,Z=1.其无机骨架由铝(或钴)氧四面体(AlO4或CoO4)和磷氧四面体PO3(O)严格交替连接形成4,6,12-网层结构,无机层沿[001]方向堆砌成一维十二元环孔道.Co无序取代Al的位置,其Co/Al摩尔比约为1∶25.1.运用分子动力学模拟的方法,通过计算有机模板剂和无机骨架的相互作用,讨论了2种有机胺分子的共模板作用.     

用于飞秒激光纳米加工的TiO_2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强

利用纳米粒子辅助对飞秒激光能量进行空间局域化,使其在基底表面诱导产生纳米尺度的近场增强,这对超衍射极限微结构加工具有重要意义.目前对于粒子阵列诱导飞秒激光纳米孔加工的研究仅限于金属Au粒子及低折射率聚苯乙烯介电粒子等,本文提出并开展了应用高折射率TiO_2介电粒子阵列作为辅助诱导激光近场增强从而进行飞秒激光超衍射纳米孔加工的研究.对TiO_2介电粒子阵列在Si,Pt及SiO_2表面的近场强度分布进行了数值模拟,研究其基底表面近场增强的规律及物理过程.研究结果发现,使用硅基底时,阵列与单一TiO_2球形粒子相比其近场增强仅下降约30%;相对于入射激光强度而言,在直径约为100nm的空间范围内获得140倍的近场增强,这一现象可用于百纳米孔的激光加工.同时在其他典型基底的理论计算结果中也表明,几乎在所有金属及介电材料表面均可以实现良好的百纳米空间范围内的近场增强,并且具有近场随着基底折射率变大而增强的规律.这些现象的产生归因于TiO_2粒子中磁四极振荡产生的激光前向场增强及粒子与基底的耦合作用.进一步引入镜像电荷模型对基底光学参数对其表面近场增强的影响规律进行了分析和解释.本文的模拟结果对飞秒激光近场超衍射极限纳米加工的应用有着重要的意义.     

Thermal characteristics of double-layer thin film target ablated by femtosecond laser pulses

Thermal characteristics of tightly-contacted copper-gold double-layer thin film target under ablation of femtosecond laser pulses are investigated by using a two-temperature theoretical model.Numerical simulation shows that electron heat flux varies significantly on the boundary of copper-gold film with different maximal electron temperature of 1.15 × 10 3 K at 5 ps after ablating laser pulse in gold and copper films,which can reach a balance around 12.6 ps and 8.2 ps for a single and double pulse ablation,respectively,and in the meantime,the lattice temperature difference crossing the gold-copper interface is only about 0.04×10 3 K at the same time scale.It is also found that electron-lattice heat relaxation time increases linearly with laser fluence in both single and double pulse ablation,and a sudden change of the relaxation time appears after the laser energy density exceeds the ablation threshold.     

Ultrafast plasmon dynamics in asymmetric gold nanodimers

We theoretically investigate the effect of symmetry breaking on the ultrafast plasmon responses of Au nanodisk (ND) dimers by varying the diameter of one of the constituent nanodisks. In the case of a single ultrafast laser pulse, we demonstrate that the ultrafast responses of Au ND homodimer can be significantly modified due to the effect of symmetry breaking. The symmetric dimer shows a single broad spectral peak, whereas the size-asymmetric dimer shows three spectral peaks. The first system displays at most one temporal maximum and no beats in ultrafast temporal, whereas the second system may have three temporal maxima and two beats due to a combination of broken symmetry and the coherent superposition between various plasmon modes induced by the ultra-short laser pulse. Moreover, the shape of temporal dynamics of the size-asymmetric dimer is significantly deformed due to the excitation of local plasmon modes with different wavelength components. Furthermore, the decay time of the amplitude of the local field is longer and oscillates with a high frequency due to the narrower linewidth and red-shifted spectral peaks. We show that the ultrafast plasmon responses of both dimers can be controlled by varying the relative phase and time delays between a pair of two pulses. Our results will open new paths to understanding ultrafast plasmon responses in asymmetric heterodimers with suitable properties for different applications.     

Bi靶激光等离子体极紫外光源以及碎屑辐射特性研究

激光等离子体极紫外光源具有体积小、稳定性高和输出波长可调节等优势,在极紫外光刻领域发挥着重要的作用。Bi靶激光等离子体极紫外光源在波长9～17 nm范围内具有较宽的光谱,可应用于制造极紫外光刻机过程中所需的极紫外计量学领域。利用平像场光谱仪和法拉第杯对Bi靶激光等离子体极紫外光源以及离子碎屑辐射特性进行了实验研究。在单脉冲激光打靶条件下,实验中观察到Bi靶激光等离子极紫外光谱在波长12.3 nm处出现了一个明显的凹陷,其对应着Si L-edge的吸收,是Bi元素光谱的固有属性。相应地在波长为11.8和12.5 nm位置处产生了两个宽带的辐射峰。研究了两波长光谱特性以及辐射强度随激光功率密度的变化。结果表明,在改变聚焦光斑大小实现不同激光功率密度（0.7×1010～3.1×1010 W·cm-2）过程中,当功率密度为2.0×1010 W·cm-2时两波长处的光辐射最强,其原因归结为Bi靶极紫外光辐射强度受激光能量用于支撑等离子膨胀的损失和极紫外光被等离子体再吸收之间的平衡制约所致。在改变激光能量实现不同激光功率密度过程中,由于烧蚀材料和产生两波长所需高阶离子随着功率密度的增加而增加,增强了两波长处的光辐射。进一步,研究了双脉冲激光对Bi靶极紫外光谱辐射特性影响,实验发现双脉冲打靶下原来在单脉冲打靶时出现在波长13～14 nm范围内的凹陷消失。最后,对单脉冲激光作用Bi靶产生极紫外光源碎屑角分布进行了测量。结果表明,当探测方向从靶面法线方向移动到沿着靶面方向上的过程中,探测到Bi离子动能依次减小,并且离子动能随激光脉冲能量降低而呈线性减小。此项研究有望为我国在研制极紫外光刻机过程所需的计量学领域提供技术支持和打下夯实的基础。     

新型层状氟化磷酸铝[C4H12N2][Al2(PO4)2(H2O)2F2]的水热合成与表征

自从1982年Wilson等发现一类新型微孔材料磷酸铝分子筛(AlPO4-n)以来,大量具有新颖结构的磷酸铝化合物被合成出来,它们在催化、离子交换、吸附和主-客体组装等方面均具有潜在的应用前景,这类化合物大多是在水热或溶剂热体系中和有机模板剂存在条件下合成的,1978年,Flanigen等首先在反应体系中加入氟离子作矿化剂合成了硅晶体,后来,氟离子方法在硅铝体系和金属磷酸盐体系中也得到了广泛的应用,氟离子在反应过程中起到矿化剂或结构导向剂的作用,