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采用PIC/MCC模型,通过数值模拟的方法研究了束线离子和靶台复合加速离子注入过程中靶台偏压大小对注入过程离子动力学行为的影响,重点考察了不同偏压作用下离子的注入能量、注入剂量、注入角度以及注入范围的变化.结果表明,靶台上施加脉冲偏压后,在束流离子的作用下空间电荷分布发生变化,束流正下方的电势线会发生凹曲,凹曲的电场同时又作用于空间中的带电粒子,影响粒子的运动;靶台偏压越高,零电势线距离靶台越远,靶台电场对离子的作用范围越大.离子的注入剂量、注入能量随着靶台偏压的增大而增大,而偏压对离子注入角度的影响并不大,大部分离子都以垂直入射的方式注入到靶台表面.另外,离子注入到靶台上的面积会因束流离子在靶台电场中飞行偏转而增大,并且偏压越大注入面积增大越明显.     

空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化

等离子体源离子注入过程中，鞘层的演化规律直接影响到离子注入到材料中的深度进而影响材料表面的性质和结构，对材料的不同部位这种影响是不同的.利用无碰撞两维流体动力学模型，研究了有限上升时间的电压脉冲作用下，共轴放置附加零电极的半无限空心圆管端点附近等离子体源离子注入过程中，鞘层的时空演化规律.通过计算得到了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布，计算了端点附近材料表面处的离子流密度分布和注入剂量分布随时间的变化规律.计算机模拟结果显示了空心圆管内部、外部及端点表面处的离子流密度分布和注入剂量分布存在很大差异.     

离子注入GaAs实现双包层掺镱光纤激光器被动调Q锁模

用离子注入的半绝缘GaAs晶片作为吸收体和输出镜，在双包层掺镱光纤激光器上实现了调Q锁模. 离子注入的能量为400keV的As+离子，注入剂量为1016/cm2，然后在600℃下退火20min. 当抽运功率为5W时, 脉冲平均输出功率为200mW, 调Q包络重复频率为50kHz, 半高宽为4μs，锁模脉冲重复频率为15MHz. 关键词： 离子注入GaAs 掺镱光纤激光器 被动调Q锁模     

梯形管内壁等离子体离子注入鞘层扩展MATLAB-PIC数值模拟

基于MATLAB利用Particle-in-cell模型,对梯形管内壁等离子体离子注入过程,进行了二维数值模拟.计算结果表明在中心电极附近出现了"阳极鞘层",该鞘层内部不存在离子,而且在鞘层边缘离子密度最高.在上下管壁上的离子注入剂量呈现"m"形分布.通过对注入过程中等离子体密度分布和不同时间段管壁不同位置离子注入剂量的跟踪,发现"阳极鞘层"扩展行为是导致"m"形分布的原因.由于梯形管形状的不对称性,"阳极鞘层"的边缘向梯形长底方向扩展较快.在注入初始时刻离子注入的能量很低,随着时间延长离子能量逐渐升高,这是由离子初始位置决定的.可见梯形管自身形状决定了鞘层形状和最终的离子注入能量和剂量分布.     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

在等离子体源离子注入中靶周围等离子体的行为

在等离子体源离子注入中，将待处理的工件直接放在等离子体内，并在工件上按一定的占空比加脉冲连续式负偏压，我们通过计算，分析了在工件未加负偏压时等离子体对工件的作用，并给出了在工件加上负偏压时注入工件的离子能量的简化分布模型，最后计算了在负偏压脉冲持续时间内离子阵鞘层边界的扩展。     

Fe离子注入ZnO生成超顺磁纳米颗粒

过渡族元素掺杂ZnO生成稀磁半导体, 成为近期国际材料科学研究的热点. 在本文中, 研究Fe离子注入ZnO单晶的结构和磁性变化, 目标是建立磁性和结构的对应关系, 澄清铁磁性的来源. 采用卢瑟福背散射/沟道技术 (RBS/Channelling)、同步辐射X射线衍射 (SR-XRD)和超导量子干涉仪 (SQUID), 研究注入温度和退火对样品的晶格损伤、结构及磁性的影响. 研究表明: 样品注入区损伤随注入温度升高而降低; 低温253 K注入样品中, SR-XRD未检测到新相, Fe离子分布于Zn位, ZnO (0002) 峰右侧肩峰可能属于Zn_1-xFe_xO, 5 K下测试样品不具有铁磁性; 623 K注入和823 K真空退火 (253 K注入) 样品中形成α和γ相金属Fe, 5 K下样品具有明显的剩磁和矫顽力, 零场冷却和场冷却 (ZFC/FC) 曲线和300 K下的磁滞回线显示纳米Fe颗粒具有超顺磁性. Fe离子注入ZnO的磁性源于第二相α-Fe和γ-Fe. 关键词： 离子注入 ZnO 同步辐射X射线衍射 超顺磁性     

Cu~(2+)离子注入的石英光波导的特性研究（英文）

利用Cu~(2+)离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu~(2+)离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

视线离子注入温度效应

离子束材料表面改性有着许多优点，不仅注入离子可以任意选取，且注入或添加元素时样品的温度不受限制。在离子注入过程中，温升效应主要来自于入射离子的能量传递，其作用对化合物的形成、增强混合和增强扩散有着显著效果，促进化合物形成和相析出，在材料表面强化处理方面有着独特的意义。     

Ce~(3+)注入对超晶格中硅纳米晶光致发光强度的影响

研究了铈离子注入和二次退火等因素对硅纳米晶(nc-Si)发光强度的影响.利用电子柬蒸发以及高温退火得到nc-Si/SiO2超晶格结构.随后将该结构样晶分别注入2.0×1014cm2和2.0×1015cm-2剂量的铈离子(Ce3+),再分别以不同温度对其进行二次退火,获得多种样品.通过对样品光敏发光光谱的分析发现,Ce3+注入后未经过二次退火的样品发光强度急剧下降.二次退火后的样品,随着退火温度的升高,样品的光致发光灶度逐渐增强,但当温度超过600℃时,发光强度反而下降,600℃为二次退火的最佳退火温度.注入适当剂量的Ce3+,其发光强度可以超过未注入时的发光强度,Ce3+的注入存在饱和剂量.研究表明,样品发光强度的变化受到铈离子注入剂量和注入后二次退火温度等因素的影响,并且存在着Ce3+到nc-Si的能量传递.     

Influence of ion species ratio on grid-enhanced plasma source ion implantation

Grid-enhanced plasma source ion implantation (GEPSII) is a newly proposed technique to modify the inner-surface properties of a cylindrical bore. In this paper, a two-ion fluid model describing nitrogen molecular ions N_2^+ and atomic ions N^+ is used to investigate the ion sheath dynamics between the grid electrode and the inner surface of a cylindrical bore during the GEPSII process, which is an extension of our previous calculations in which only N_2^+ was considered. Calculations are concentrated on the results of ion dose and impact energy on the target for different ion species ratios in the core plasma. The calculated results show that more atomic ions N^+ in the core plasma can raise the ion impact energy and reduce the ion dose on the target.     

等离子体源离子注入鞘层随时空演化的数值模拟

在等离子体源离子注入装置中(PSⅡ),靶被直接放入均匀等离子体源中,并在其上加负高压脉冲,从而使靶的周围形成了一个只存在离子的等离子体鞘层,离子以较高速度注入靶中。利用冷流体方程和泊松方程组成的非线性方程组对一维平面几何鞘层时空演化过程进行数值模拟,所采用的负高电势脉冲波形为方波和梯形波,得到了电子密度、离子密度、电势分布的时空演化曲线,并首次对梯形波下降沿时间内鞘层时空演化作了详细讨论。     

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。     

Two-dimensional particle-in-cell plasma source ion implantation of a prolate spheroid target

A two-dimensional particle-in-cell simulation is used to study the time-dependent evolution of the sheath surrounding a prolate spheroid target during a high voltage pulse in plasma source ion implantation. Our study shows that the potential contour lines pack more closely in the plasma sheath near the vertex of the major axis, i.e. where a thinner sheath is formed, and a non-uniform total ion dose distribution is incident along the surface of the prolate spheroid target due to the focusing of ions by the potential structure. Ion focusing takes place not only at the vertex of the major axis, where dense potential contour lines exist, but also at the vertex of the minor axis, where sparse contour lines exist. This results in two peaks of the received ion dose, locating at the vertices of the major and minor axes of the prolate spheroid target, and an ion dose valley, staying always between the vertices, rather than at the vertex of the minor axis.     

等离子体源离子注入鞘层时空演化的研究

本文使用流体动力学模型，研究了平板、柱形和球形靶的无碰撞及碰撞等离子体鞘层的时空演化，得到了鞘层边界演化、靶表面的离子注入电流密度和离子注入平均动能等参量。     

半圆形容器等离子体源离子注入过程中离子动力学的两维PIC计算机模拟

利用两维particle-in-cell方法研究了半圆形容器表面等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化规律. 详尽考察了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布规律,离子在鞘层中的运动轨迹和运动状态,得到了半圆容器内、外表面和边缘平面上各点离子注入剂量分布规律,获得了工件表面各点注入离子的入射角分布规律. 研究结果揭示了半圆容器边缘附近鞘层中离子聚焦现象,以及离子聚焦现象导致工件表面注入剂量分布和注入角度分布存在很大不均匀的基本物理规律. 关键词： 等离子体源离子注入 鞘层 两维particle-in-cell方法 离子运动轨迹     

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.     

超强激光与固体气体复合靶作用产生高能氦离子

激光氦离子源产生的MeV能量的氦离子因有望用于聚变反应堆材料辐照损伤的模拟研究而得到关注.目前激光驱动氦离子源的主要方案是采用相对论激光与氦气射流作用加速高能氦离子,但这种方案在实验上难以产生具有前向性和准单能性、数MeV能量、高产额的氦离子束,而这些氦离子束特性是材料辐照损伤研究中十分关注的.不同于上述激光氦离子产生方法,我们提出了一种利用超强激光与固体-气体复合靶作用产生氦离子的新方法.利用这种方法,在实验上,采用功率密度5×10~(18)W/cm~2的皮秒脉宽的激光脉冲与铜-氦气复合靶作用,产生了前向发射的2.7 MeV的准单能氦离子束,能量超过0.5 MeV的氦离子产额约为10~(13)/sr.二维粒子模拟显示,氦离子在靶背鞘场加速和类无碰撞冲击波加速两种加速机理共同作用下得到加速.同时粒子模拟还显示氦离子截止能量与超热电子温度成正比.     

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