高电荷态氙离子辐照下的6H碳化硅表面纳米结构变形（英）

高电荷态离子比普通的离子携带较高的势能,势能在材料表面的瞬间释放,能在材料表面形成nm量级的结构损伤。它在纳米刻蚀、小型纳米器件、纳米材料、超小尺寸半导体芯片制作、固体表面处理和固体结构分析等领域具有广泛应用前景。因此对高电荷态重离子（Xeq+）引起半导体材料表面（6H-SiC）纳米结构变形进行了研究。采用Xe18+和Xe26+离子,选取从11014到51015 ionscm-2逐渐递增的剂量,以垂直和倾斜60角两种入射方式辐照6H-SiC薄膜样品, 经原子力显微镜分析表明,辐照后的表面肿胀凸起。对于Xe18+离子辐照的样品,辐照区至未辐照区边界的台阶高度随离子剂量增加而连续增大,而对于Xe26+离子辐照的样品则先增加而后减小。在相同入射角和剂量条件下,Xe26+离子辐照样品形成的台阶高度大于Xe18+离子辐照形成的台阶高度,在相同离子和剂量的条件下,垂直照射时形成的台阶高度大于倾斜照射时形成的台阶高度。根据损伤机理和实验数据,首次初步建立了一个包括势能、电荷态、入射角和剂量等物理量的理论模型来预测高电荷态离子在半导体材料表面形成的纳米结构变形。暗示了高电荷态离子的潜在的应用价值及进一步研究的必要性。     

低速高电荷态重离子在C_(60)薄膜中引起的势效应研究

为了研究低速高电荷态离子在C60薄膜中引起的势效应,用能量为200keV的高电荷态Xen+(n=3,10,13,15,17,20,22,23)离子辐照了C60薄膜。用原子力显微镜(AFM)和Raman散射技术分析了辐照过程中高电荷态Xen+离子所储存势能在C60薄膜中引起的效应,即势效应。AFM分析结果表明,辐照C60薄膜的表面粗糙度随辐照Xen+离子电荷态(即势能)的增加而减小,揭示了势效应的存在。而Raman分析结果表明,由于Xe离子的动能远大于其所储存的势能,因此,尽管有表面势效应的影响,但在Raman分析的深度范围内,弹性碰撞还是主导了C60薄膜的损伤过程。     

高电荷态离子$lt;sup$gt;126$lt;/sup$gt;Xe$lt;sup$gt;$lt;i$gt;q$lt;/i$gt;+$lt;/sup$gt;引起GaN表面形貌变化研究

用不同电荷态的¹²⁶Xe^q+离子（9≤q≤30）在室温下轰击GaN晶体表面,经原子力显微镜分析表明,当q>18,辐照区域由隆起转为显著的刻蚀.被轰击后的GaN晶体表面形貌主要取决于入射离子的电荷态.同时,样品表面形貌还与入射离子的剂量和入射角有关;在实验参数范围,与入射离子的初动能没有明显关系（180 keV≤E_k≤600 keV）.当入射离子的电荷态q=18,与样品表面法线成60°角倾斜入射和垂直表面入射时,样品的表面几乎没有变化,只是倾斜入射后有很微小的隆起;当q＜18时,样品表面膨胀隆起,粗糙度增强,倾斜入射时表面隆起比垂直入射时更明显,而且都有清晰的峰状分界区;当q＞18时,样品表面被蚀刻呈凹陷状,有明显的齿状刻痕,且侵蚀深度与离子剂量近似呈线性关系,倾斜入射时的刻蚀深度大于垂直入射时的刻蚀深度. 关键词： 高电荷态离子 GaN晶体 原子力显微镜 表面形貌     

高电荷态离子126Xeq+引起GaN表面形貌变化研究

用不同电荷态的126Xeq+离子(9≤q≤30)在室温下轰击GaN晶体表面,经原子力显微镜分析表明,当q>18,辐照区域由隆起转为显著的刻蚀.被轰击后的GaN晶体表面形貌主要取决于入射离子的电荷态.同时,样品表面形貌还与入射离子的剂量和入射角有关;在实验参数范围,与入射离子的初动能没有明显关系(180 keV≤Ek≤600 keV).当入射离子的电荷态q=18,与样品表面法线成60°角倾斜入射和垂直表面入射时,样品的表面几乎没有变化,只是倾斜入射后有很微小的隆起;当q＜18时,样品表面膨胀隆起,粗糙度增强,倾斜入射时表面隆起比垂直入射时更明显,而且都有清晰的峰状分界区;当q＞18时,样品表面被蚀刻呈凹陷状,有明显的齿状刻痕,且侵蚀深度与离子剂量近似呈线性关系,倾斜入射时的刻蚀深度大于垂直入射时的刻蚀深度.     

低速高电荷态重离子辐照的GaN晶体表面X射线光电子能谱研究

利用低速高电荷态Xeq+和Pbq+离子对在蓝宝石衬底上生长的GaN晶体膜样品进行辐照,并利用X射线光电子能谱(XPS)对样品表面化学组成和元素化合态进行了分析.结果表明,高电荷态离子对样品表面有显著的刻蚀作用;经高电荷态离子辐照的GaN样品表面氮元素贫乏而镓元素富集;随着入射离子剂量和所携带电荷数的增大,Ga—Ga键相对含量增大;辐照后,GaN样品中Ga—Ga键对应的Ga3d5/2电子的束缚能偏小,晶格损伤使内层轨道电子束缚能向低端方向偏移.     

类钴氙离子入射Ni表面激发的红外光谱线和X射线谱

当高电荷态类钴氙离子（cobalt like -Xe, Xe²⁷⁺）入射金属Ni表面过程中,共振电子俘获释放势能完成中性化,形成多激发态的Xe原子,其外壳层电子退激辐射红外光谱线.入射离子特殊的势能释放方式、离子动能和金属表面引起离子增益的能量在极短的时间（飞秒量级）沉积靶平方纳米尺度的空间范围,引起靶表面原子激发和电离,形成复杂组态之间的跃迁,特别是偶极禁戒跃迁（电四极跃迁、磁偶极跃）和X射线发射.单离子X射线产额随入射离子的动能增加而增加. 关键词： 高电荷态离子 红外光谱线 X射线 禁戒跃迁     

高电荷态离子与Si(110)晶面碰撞的沟道效应研究

不同电荷态低速离子(Ar^q+,Pb^q+)轰击Si(110)晶面,测量不同入射角情况下的次级粒子的产额. 通过比较溅射产额与入射角的关系,证实沟道效应的存在. 高电荷态离子与Si相互作用产生的沟道效应说明溅射产额主要是由动能碰撞引起的. 在小角入射条件下,高电荷态离子能够增大溅射产额. 当高电荷态离子以40°—50°入射时,存在势能越高溅射产额越大的势能效应. 关键词： 高电荷态离子 溅射 沟道效应     

用于高电荷态离子与表面相互作用研究的原子物理实验平台

在重离子加速器国家实验室ECR离子源上,成功组建了用于高电荷态离子与表面相互作用研究的原子物理实验平台;利用该实验平台,研究了用不同电荷态和不同速度的高电荷态离子与不同表面相互作用的可见光和X射线发射的情况,同时还研究了高电荷态Xe离子轰击晶体材料所引起的材料性质和表面结构变化的情况.     

低速Xe~(q+)(4≤q≤20)离子与Ni表面碰撞中的光辐射

实验中测量了0.38V_(Bohr)(460 keV)高电荷态Xe~(q+)(4≤q≤20)离子轰击高纯Ni表面发射的400-510 nm光谱.实验结果包括NiⅠ原子谱线,NiⅡ离子谱线,以及入射离子中性化发射的XeⅠ,XeⅡ和XeⅢ谱线.研究了谱线XeⅡ410.419,XeⅢ430.444,XeⅡ434.200,XeⅡ486.254,NiⅠ498.245,NiⅠ501.697,NiⅠ503.502,NiⅠ505.061和NiⅠ508.293 nm的光子产额随着入射离子电荷态的变化.结果表明,入射离子中性化和溅射Ni原子发射谱线的光子产额随着入射离子电荷态的增加而增加,其趋势与入射离子势能一致.     

不同能量的高电荷态Ar12+离子辐照对Au纳米颗粒尺寸的影响

报道了在兰州重离子加速器国家实验室电子回旋共振离子源原子物理实验平台上,在室温（293.15K）条件下,用固定剂量（4.3×10¹¹/cm²）的高电荷态⁴⁰Ar¹²⁺离子,辐照沉积在厚度为300nm的金膜表面上、平均直径约为35.3nm的Au纳米颗粒,使其大小发生改变的实验结果.实验中,通过改变入射离子的引出电压,选择不同的能量,利用原子力显微镜（AFM）对辐照前后颗粒的形态和大小进行表征,系统地研究了辐照后Au纳米颗 关键词： 纳米颗粒 高电荷态离子 离子辐照 临界能量     

纳米ZnS∶Mn~(2+)薄膜荧光增强动力学研究

利用有机溶胶方法制备了纳米ZnS∶Mn2 + 颗粒并将其分散在PVB薄膜中 ,观察到紫外辐照荧光增强的现象且增长倍数高于以前的报道。利用激发和发射光谱等手段对荧光增强的动力学过程进行了研究。认为纳米ZnS中元激发向Mn2 + 离子和表面态的能量传递是两个互相竞争的过程 ,紫外光辐照使表面态数目减少从而使Mn2 + 的发光增强 ,辐照后ZnS基质的 1P能级对Mn的激发更为有效。该样品在太阳光辐照下有相同的增强效应 ,可用来作为紫外光辐照剂量的探测材料     

129Xe20+入射Au表面X射线产额与离子动能的相关性

报道了在兰州重离子加速器国家实验室320kV高电荷态离子综合研究平台上,用2.4~6.0MeV动能的高电荷态离子129Xe20+轰击Au表面,探测X射线谱的实验结果。当离子动能较大时,相互作用不仅激发出了Au的M-X射线,还激发出了Xe的L-X射线,且X射线产额随入射离子动能的增加总体呈增加趋势。对碰撞导致X射线产生的微观机制进行了初步分析。     

129Xe20+入射Au表面X射线产额与离子动能的相关性

报道了在兰州重离子加速器国家实验室320kV高电荷态离子综合研究平台上,用2.4~6.0MeV动能的高电荷态离子129Xe20+轰击Au表面,探测X射线谱的实验结果。当离子动能较大时,相互作用不仅激发出了Au的M-X射线,还激发出了Xe的L-X射线,且X射线产额随入射离子动能的增加总体呈增加趋势。对碰撞导致X射线产生的微观机制进行了初步分析。     

94MeV Xe离子辐照引起的薄膜硅光学带隙变化研究

室温下,用94MeV的Xe离子辐照纳米晶和非晶硅薄膜以及单晶硅样品,辐照量分别为1.0×1011,1.0×1012和1.0×1013ions/cm2。所有样品均在室温下用UV/VIS/NIR光谱仪进行检测分析。通过对比研究了纳米晶、非晶、单晶硅样品的光学带隙随Xe离子辐照量的变化。结果表明,不同结构的硅材料中Xe离子辐照引起的光学带隙变化规律差异显著:随着Xe离子辐照量的增加,单晶硅的光学带隙基本不变,非晶硅薄膜的光学带隙由初始的约1.78eV逐渐减小到约1.54eV,而纳米晶硅薄膜的光学带隙则由初始的约1.50eV快速增大至约1.81eV,然后再减小至约1.67eV。对硅材料结构影响辐照效应的机理进行了初步探讨。     

高电荷态离子129Xe29+与不同金属表面作用产生的X射线谱

研究了高电荷态离子129Xe29+入射金属Au、Mo、Be表面产生的特征X射线谱。实验结果表明,在入射离子的动能相同时,Au的Mα1-X射线产额比Mo的Lα1-X、Lα2-X、Lβ 1-X射线总产额高,特征X射线的产额随入射离子动能的增加而显著增加;不同动能的Xe29+入射金属Au、Mo、Be表面均未产生Xe的特征X射线。     

低速高电荷态离子40Ar16+与云母表面作用中的电子发射研究

报道了由兰州ECR源提供的低速高电荷离子40Ar16 入射到云母表面产生的电子发射的实验测量结果.结果发现,电子发射产额Y与离子入射角ψ有近似1/tanψ的关系.基于经典过垒模型,我们对这一关系进行了理论分析.实验结果和理论结果相当符合,这就间接说明势能电子发射是低速高电荷态离子作用于表面发射电子的一个主要途径.     

7075铝合金的Fe11+离子辐照损伤研究

7075铝合金因其优异的各项性能，作为结构部件，广泛应用于航天领域中。航天器空间环境中存在各种辐射粒子，这些粒子会对航天器材料产生不同程度的辐照损伤，对其可靠性构成了巨大的威胁，甚至会导致航天任务失败。通过选取不同剂量下3 MeV的Fe¹¹⁺离子辐照7075铝合金，采用XRD、AFM和纳米压痕等测试手段对7075铝合金的辐照损伤进行了研究，分析了辐照前后7075铝合金的微观组织、表面形貌和硬度的变化。结果显示，离子辐照后的7075铝合金未形成新的相，且结构保持完整，表明其具有一定的抗辐照性能。同时，观察表面发现了由级联碰撞演化及表面缺陷扩散导致的山峰状突起，且样品表面粗糙度和突起的分布密度随剂量增加呈先增加后减小的趋势。另外，纳米压痕测试表明，辐照后样品硬度增加，且随剂量增加，硬度逐渐趋于饱和，经分析可知，样品产生辐照硬化是由于辐照缺陷阻碍了位错的滑移导致。     

快重离子辐照引起Ni/SiO2界面原子混合及相变研究

在室温下用308 MeV的Xe离子和853 MeV的Pb离子辐照Ni/SiO2样品, 用卢瑟福背散射和X射线衍射技术对样品进行了分析。 通过分析Ni/SiO2样品中元素成分分布和结构随离子辐照剂量和电子能损的变化, 探索了离子辐照在Ni/SiO2样品中引起的界面原子混合与结构相变现象。 实验结果显示, Xe和Pb离子辐照均能引起明显的Ni原子向SiO2基体的扩散并导致界面附近Ni, Si和O原子的混合。 实验观测到低剂量Xe离子辐照可产生NiSi2相, 而高剂量Xe离子辐照则导致了Ni3Si和NiO相的形成。 根据热峰模型, Ni原子的扩散和新相的形成可能由沿离子入射路径强电子激发引起的瞬间热峰过程驱动。Ni/SiO2 interface were irradiated at room temperature with 308 MeV Xe ions to 1×1012, 5×1012 Xe/cm2 and 853 MeV Pb ions to 5×1011 Pb/cm2, respectively. These samples were analyzed using Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and X ray diffraction spectroscopy (XRD), from which the intermixing and phase change were investigated. The obtained results show that both Xe and Pb ions could induce diffusion of Ni atoms to SiO2 substrates and result in intermixing of Ni with SiO2. Furthermore, 1.0×1012 Xe/cm2 irradiation induced the formation of NiSi2 and 5.0×1012 Xe/cm2 irradiation created Ni3Si and NiO phases. The diffusion of Ni atoms and the formation of new phase may be driven by a transient thermal spike process induced by the intense electronic energy loss along the incident ion path.     

近Bohr速度129Xeq+离子入射Ta靶发射近红外光谱线

用动能一定的高电荷态¹²⁹Xe^q+(17≤q≤27)离子,分别入射洁净的Ta靶表面,测量中性化的激发态Xe原子从组态5p⁵(²P°_3/2) nl退激到组态5p⁵(²P°_3/2) ml’过程中辐射的近红外光谱线.实验结果表明:多激发态的空心原子退激发射其特征光谱线,部分典型的跃迁按照阶梯方式退激.Xe原子发射的谱线的单粒子荧光产额和激发的Ta原子发射谱线的单粒子荧光产额随入射离子电荷态的增加而增加,其增加的趋势与入射离子携带的势能随电荷态增加的趋势一致.证明在近Bohr速度的能区,经典过垒模型是成立的.     

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.