等离子体源离子注入高聚物薄膜电性能的改变

一、引言 离子注入技术及低温等离子体技术都应用于材料的表面改性工作。等离子体源离子注入(PSII)是将二者结合起来的的一种表面改性新方法,它在浸沉于等离子体中的靶极上加负高压脉冲,故正离子可从任意方向打到靶极以达到离子注入的目的。它与常规离子注入相比,既可省离子加速器,又可不用离子束扫描装置及样品转动装置。又因它不是“视线型”的,故对形状复杂的样品,更显其优越性。它注入均匀、效率高且操作方便、成本低,是一种具有发展前途的新技术。     

中等速度的重离子束在固体中的电子阻止本领

研究重离子束在固体中的电子阻止本领对离子注入技术在材料表面改性工艺中的应用有着十分重要的意义。对于低速和高速离子,已有一些可行的理论公式用于计算电子阻止本领。然而在中等速度区间,尚无见到可行的理论研究,基本上都是采用Ziegler,Biersack和Littmark(ZBL)的经验公式来计算重离子的电子阻止本领。这是因为在这个速度区间内,     

等离子体鞘层特性的定性分析

研究等离子体的鞘层特性,不仅对离子束在原子能技术领域是很有意义的,而且也是导弹和空间技术研究中极为关心的问题。 本文试图在文献[1]的物理基础上,进一步对一维等离子体鞘层方程进行全局定性理论分     

氧对Er离子注入Si发光的影响

硅中掺杂三价稀土离子Er给出1.54μm波段的近红外发光的研究受到人们的重视.这一方面由于这一发射波段恰好落在石英光纤的最低损耗波段;另一方面由于硅器件集成工艺的成熟与完善为光电集成提供了坚实的技术基础.近来人们研究发现,Si中的氧杂质对增强离子注入Er~(3+)的发光有利,同时发现其它一些电负性较大,质量较轻的负离子也会增强Er~(3+)的发光.本文研究了Si中离子注入Er和氧的发光特性,首次报道了氧离子单一注入Si在1.60μm附近存在一宽带发射,并且讨论了Er、氧共注入Si中氧对Er~(3+)发光的影响.     

用离子注入方法在SiO_2中制备纳米α-Fe微晶及其性能研究

纳米微晶材料的制备和它的性能研究,是近几年来迅速发展起来的一门新学科。现有气凝、光化学和非晶晶化等多种制备纳米微晶方法.文献[1]首次报道了用~(57)Fe离子注入Cu中获得了纳米α-Fe微晶。该方法的原理是用强制的方法(离子注入),使两种不固溶的元素镶嵌在一起,然后经高温退火,使其中的注入元素偏析出来.由于注入离子的深度只有几十纳米,所以偏析的微晶颗粒大小也只能在此范围之内.本文报道了Fe离子注入SiO_2,的结果,     

MeV B离子注入铌酸钾晶体形成光波导的微结构研究

ＭｅＶ离子注入已被用于研制光波导,特别是对低温相变材料尚属目前唯一的手段,铌酸钾晶体(ＫＮｂＯ3,简称ＫＮ)即为具有低温相变性质的非线性光学材料,被认为是最有应用前景的波导材料之一.近年来,文献[1,2]报道了利用ＭｅＶ轻离子Ｈ或Ｈｅ注入法研究ＫＮ晶体的光波导特性.我们依据重离子与物质相互作用的特点,能够在降低注入剂量,形成稳定的波导边界和减少光损耗方面较之轻离子注入更为有利.在文献[3]中报道了用60ＭｅＶＢ离子,1×1015ｃｍ-2剂量注入ＫＮ晶体形成非渗漏型光波导的新结果.本文用高分辨ＴＥＭ进一步对样品做了光波导的微结构…     

Polyimide辐照效应的紫外及可见光谱研究

聚酰亚胺(polyimide)是一种电绝缘特性极好的热稳定芳香族聚合物,也被用作光致抗蚀剂.现已发现经过适当剂量的离子注入之后,聚酰亚胺的电导率能提高约20个量级,达到半导体水平.作为抗电磁辐射封装材料和温敏材料,聚酰亚胺已受到广泛瞩目,被公认是一种值得重视的新型功能材料.近年来的研究已经表明:聚酰亚胺改性层电导率的提高与其内部类石墨相的形成存在密切的联系.本文通过紫外及可见光谱研究了注入过程中聚酰亚胺的结构变化,以期对其中类石墨相的形成有一个较深入的了解.     

低能氮离子注入对花粉萌发及微丝骨架的影响

以百合花粉为材料,研究了低能氮离子注入对花粉萌发率及花粉萌发过程中微丝骨架结构的影响．研究结果表明,经１００ ｋｅＶ能量和１０１３离子／ｃｍ２剂量氮离子注入后,花粉萌发率显著增高,从（１６．０±１．６）％增加到（２７．０±２．１）％．进一步的激光共聚焦显微镜观察结果显示,经过处理的花粉粒水合 １０ ｈ后,花粉粒内微丝骨架结构从较为随机的在萌发询处的交叉网状排列状态变为浓密的平行或环形束状结构,并集中于花粉萌发沟处．因此推测,低能氮离子注入对花粉萌发率的影响可能是通过影响微丝骨架结构造成的．     

非周期多层电流片中的非稳态磁场重联

多层电流片是空间等离子体中一种普遍的现象.例如,太阳风中就观测到多层日球层电流片结构.在多层电流片中发生的各种动力学过程可能对太阳耀斑、日冕加热、太阳风与磁层耦合等有着重要影响.一些作者应用解析和数值方法讨论了双层或周期电流片中撕裂模不稳定性的特征,发现反对称模的增长率远大于对称模.本文的目的是应用磁流体力学模拟方法数值研究非周期三层电流片中的磁场重联过程,发现与周期电流片不同,这是一种复杂的非稳态磁场重联.随着重联过程的发展,初始的反向电流片将逐渐消失,并在相应位置形成一个大的磁岛. 对于二维((?)/(?)_z=0)二分量(B_z=0,V_z=0)问题,初始磁场取为B=B_x(y)i_x,且     

等离子体鞘层中共存三条通向混沌的道路

在许多等离子体装置(如等离子体离子源等)中,等离子体几乎都受到一定周期外力(如正弦信号)的作用。为此,我们在过去研究无外力下等离子体鞘层的物理模型的基础上,进一步考虑了这个重要因素。这时,在周期外力驱动下归一化的等离子体鞘层演化方程变为(有关符号见文[1])     

离子在固体吸附剂上的表面扩散研究

无机固体吸附剂由于吸附速率快,加之本身有良好的化学稳定性,被广泛用于水体中重金属离子的去除.已有的大量研究工作侧重于吸附质在吸附剂表面吸附热力学的研究.而对液固体系中的离子在固体吸附剂的表面扩散行为研究报道较少,特别是在进行动力学研究时常假定表面扩散系数为常数,这样处理不能正确地描述表面扩散的真正行为.对于水体中有害离子的处理,工业上多采用固定床吸附剂(fixed-bed adsorber),它能更有效地利用吸附剂的吸附容量,因此开展溶液离子在吸附剂表面扩散行为的研究在理论及实际中均具有重要的意义.本文根据吸附剂表面非均匀的特点,即在不同的吸附中心其吸附能不同,引入吸附能分布函数,导出描述固体表面的表面扩散系数模型,根据建立的模型对离子在吸附剂表面的扩散行为进行了计算分析,并将其用于计算纯电解质水溶液中铅离子在两种新型吸附剂表面上的扩散系数.     

阿霉素在钴离子注入修饰电极上的电化学行为

阿霉素（ADM）在0．005mol.L^-1Tris/0.05mol.L^-1NaCl溶液中,在Co/GCE上有一灵敏的还原峰,。峰电位为－0．62V（对SCE）,峰电流与ADM的浓度有关,用线性扫描和循环伏安等手段研究体系的电化学行为,实验表明,电极过程是受吸附控制的准可逆过程,注入的钴催化了ADM的还原,根据Laviron 吸附理论,求得电极反应速率常数k0=2.15s^-1,电荷转移系数α＝0．62,用X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）等表面分析手段,对离子注入修饰电极表面的元素组成,价态和深度分 布进行测定,钴离子确实对注入在GCE表面,并初步认为,被注入的Co形成的Co-C催化ADM在电极上的还原。     

Ar离子注入YBa_2Cu_3O_(7-x)超导薄膜引起的结构相变

自从高T_C氧化物超导体发现以来,已经成功地用各种方法制备出了具有很高临界电流密度J_c的YBa_2Cu_3O_(7-x)高温超导薄膜,这为高温超导体在微电子学领域中的应用奠定了基础。离子注入技术作为材料改性和基础研究的一种手段在材料科学中已经得到了广泛的应用。YBo_2Cu_3O_(7-x)高温超导材料,由于其超导电性对化学无序和结构无序都非常敏感,离子注     

石墨烯在铜表面生长的多尺度理论研究

石墨烯作为一种重要的二维材料有广泛的应用前景,它可以通过在铜表面生长来大规模制备.为了研究生长机理,首先要通过第一性原理计算给出各碳氢物种在铜表面的稳定性和基元过程的动力学信息;然后结合动力学蒙特卡洛模拟,可以进一步得到不同条件下石墨烯生长的主要动力学路径.本文将简要介绍该多尺度模拟研究方法及运用该方法揭示的铜表面石墨烯生长机理.     

离子注入技术在光解水电极材料改性中的应用

半导体光催化分解水制氢是一种装置简单,相对廉价可靠的能源利用方式.开发具有高光制氢效率的光电极材料一直是材料科学研究领域的热点.目前的半导体光催化材料普遍面临缺乏可见光吸收和载流子分离效率低的问题.这些问题导致目前光解水制氢电极材料的效率较低,达不到商业应用的要求.因此,发展改性的光电极材料尤为重要.离子注入技术作为一种重要的半导体改性技术,相对于传统的化学掺杂方法具有诸多优点.离子注入方法能够保证注入离子的纯度,能够通过控制注入离子的能量和剂量从而控制注入杂质的浓度和深度分布.离子注入技术可以使掺杂不受扩散系数和化学结合力等因素的限制,各种元素均可掺杂.因此,离子注入技术在光电极材料改性方面具有很大的应用前景.本文首先介绍了光解水制氢及离子注入技术的基本原理,然后结合本课题组及其他学者的工作,综述了目前离子注入技术改性光电极材料的特点和研究进展,最后展望了离子注入技术在光解水电极改性应用的未来发展方向.     

两步氧离子注入工艺制备SOI材料研究

研究了200 keV注入能量下, 单步氧离子注入工艺制备SIMOX材料的剂量窗口. 在此基础上, 提出了一种第一步注入剂量为3.6×1017 cm⁻²、第二步注入剂量为3×1015 cm⁻²的改进型两步氧离子注入工艺, 用于制备高质量的SIMOX材料. 与单步氧离子注入工艺的剂量窗口相比, 注入剂量减少了18.2%. 采用椭圆偏振测试仪测量了所制备样品的埋氧层厚度及均匀性. 通过透射电子显微镜观察到无缺陷的顶层硅以及原子级陡峭的顶层硅/埋氧层界面, 表明两步氧离子注入工艺制备的SIMOX材料具有高的顶层硅晶体质量和剖面结构. 采用原子力显微镜对比研究了单步和两步氧离子注入工艺制备的SIMOX材料顶层硅/埋氧层界面形貌.     

单晶碳化硅和蓝宝石基片化学机械抛光的表面反应层形成机制的研究进展

碳化硅和蓝宝石单晶是重要的空间光学材料,也是高亮度发光二极管用的主要衬底材料,实现它们的高质量化学机械抛光(CMP)加工,需要深入理解高化学稳定性衬底材料的超光滑加工过程的材料去除机制,其中一个具有挑战性的问题是力学-化学耦合作用下表面反应层的形成机制.本文评述了反应层形成机理的研究进展和存在的若干问题,包括表面反应层形成的热力学机理和动力学行为、CMP加工模型晶片体系的建立、表面反应层的结构和组成表征、研究结果可比性等,并提出了若干后续研究的突破点,如设计和建立表面结构可控的CMP加工模型晶片体系,并确定表面层形成的化学反应速率来解耦合化学反应过程和扩散过程.本文特别强调了多学科交叉研究方法的重要性,建议密切结合材料的表面结构及缺陷的控制和表征、表界面结构和组成分析、化学反应机理研究以及表面和胶体化学的表界面作用力测量研究.     

铝原子和离子4s2S,5f2F0和4d2D能级寿命测量

原子和离子参数是研究等离子体中的原子物理过程和动力学过程,以及等离子体诊断学的基础.目前,建立在加速器上的原子和离子参数的研究对象主要是重元素原子和离子,由于实验条件的限制,国内的实验研究开展得非常少 本工作根据在低能下较重或重元素的原子和离子参数研究少的特点,在200kV重离子加速器上采用束箔光谱学技术对铝元素的原子和离子能级跃迁光谱做了研究,对较强谱线的一些能级寿命做了测量,得到了4s~2S,5f~2F~o和4d~2D的寿命,4s~2S能级寿命与相位移方法测量结果相符合.对其研究,不仅对了解等离子体的光谱特性有重要意义,而且还可以与其他寿命测量方法比较,进一步了解60年代后发展起来的束箔光谱学这门边缘学科的应用.     

Fokker-Planck模拟离子声波中离子的能量输运

利用线性化Fokker-Planck方程模拟了激光等离子体中的离子声波, 重点研究了离子声波过程中的离子热流. 通过将线性化Fokker-Planck方程转化为本征值问题, 求解得到离子声波的本征模和扰动分布函数, 进而计算出ZT_e/T_i和kλ_ii对离子热导的影响, 这里Z, T_e/T_i, k, 分别表示离子的有效电荷数、电子与离子的温度之比、离子声波的波数和离子的平均自由程. 在碰撞极限下kλ_ii→0数值计算给出的离子热导与Braginskii的结果一致. 当kλ_ii较大时, Braginskii理论不再成立, 离子热流出现受限的现象. 在朗道阻尼可以忽略的情况下, 离子热导随kλ_ii的演化能够非常好地用公式进行拟合, 并给出了拟合参数与ZT_e/T_i的关系.     

介观动力学模拟和结合等温线研究十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵与黄原胶相互作用

将介观动力学模拟方法应用在表面活性剂/黄原胶(XC)体系中, 对阳离子表面活性剂十二烷基氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₁₂NBr)与XC相互作用的微观动力学及形成的聚集体构型进行了理论模拟研究, 并与具有相同亲水基团不同疏水结构的壬基苯氧丙基-β-羟基三甲基溴化铵(C₉phNBr)与XC之间的相互作用进行了比较. 结果表明, 两种表面活性剂和XC形成的聚集体构型均为具有螺旋特征的长棒状结构; C₉phNBr在XC上的缔合比C₁₂NBr更难, 需要更长的扩散时间. 此外, 还对两种表面活性剂在XC上缔合的动力学演变过程进行了详细的探讨, 并通过结合等温线的实验结果对模拟结果进行了验证.