基于多模式扫描探针显微镜技术分析碳化硅的辐照损伤

本文在600℃对6H-SiC进行了He~+辐照实验,离子辐照能量为100 keV,剂量为5×10~(15)ions·cm~(-2)、1×10~(16)ions.cm~(-2)、3×10~(16)ions.cm~(-2)和8×10~(16)ions·cm~(-2)。本文采用多模式扫描探针显微镜技术,包括轻敲模式原子力显微镜、纳米压痕/划痕和导电模式原子力显微镜技术对样品辐照前后的表面损伤进行了分析。结果表明,随辐照剂量的增加,样品表面粗糙度逐渐增加,表面硬度逐渐下降。导电模式原子力显微镜能清晰地观测到样品表面氮泡分布形态,进一步说明材料表面的肿胀是由材料内部高压氮泡产生的。     

中子活化法测定硅中注磷剖面分布

本文对不同注磷能量和不同剂量(5×10~(14)～1×10~(16)/cm~2)的硅片进行了中子活化分析,测定硅中磷的剖面分布、注入剂量及其射程,方法测量下限为4×10~(10)g。 1.实验部分 1).试样辐照和退火 注磷硅片经酒精清洗后包于铝箔中。硅片与磷标准置于中子通量为7×10~~(13)n/cm~2·s的反应堆中辐照50小时,冷却14天。经过堆中子辐照后的注磷硅片置于管形炉中,在700°～900°e     

离子注入的氙和铯在硅和铝中的表面富集现象

近几年来,人们研究了离子注入层中注入杂质在退火过程中的再分布。结果表明,广泛的离子品种,例如Pb~ 、As~ 、Sb~ 、Cs~ 、Pt~ 、Bi~ 、Xe~ 、Ni~ 、Br~ 和Cr~ 等高剂量(≥10~(15)atoms/cm~2)注入Si后,在退火时注入的杂质显著地向表面扩散;高剂量离子注入某些金属,退火时也有向表面扩散的现象。因此,高剂量注入的杂质在退火过程中向表面扩散是一个较普遍的现象。     

脉冲分子束注入HL-1M装置等离子体行为研究

介于已有的喷气(Gas puffing)和弹丸注入(Ice pellet injection)之间,提出了一种新的托卡马克加料手段——脉冲超声分子束注入。在较高的粒子注入通量5×10~(19)/脉冲时,氢分子的速度仍可达到500m/s。一系列氦分子束脉冲注入初始密度为(?)=0.4×10~(19)m~(-3)HL-1M真空室氢等离子体,经过160ms,密度上升至(?)=5.4×10~(19)m~(-3)。根据脉冲分子束注入初期氦光谱(He I 587·6nm)强度的径向分布,1/3峰高位于γ=12cm附近。注入     

不锈钢中离子注入氦的分布及其效应

为模拟辐射效应,使用增强质子背散射、SEM、TEM和显微硬度等测量手段进一步研究了He离子注入HR-1型不锈钢中的行为。离子束能量和剂量区间分别为30～170keV和10~(15)～10~(18)He~ /cm~2,靶温区为77～673K,部分样品进行了升至1323K的恒时退火实验。研究了注入He的分布特征、起泡过程、He泡结构及He的释放特性。也测量了不同剂量下注氦层显微硬度的变化。     

不锈钢中离子注入氦的分布及其效应

为模拟辐射效应,使用增强质子背散射、SEM、TEM和显微硬度等测量手段进一步研究了He离子注入HR-1型不锈钢中的行为。离子束能量和剂量区间分别为30～170keV和10~(15)～10~(18)He~ /cm~2,靶温区为77～673K,部分样品进行了升至1323K的恒时退火实验。研究了注入He的分布特征、起泡过程、He泡结构及He的释放特性。也测量了不同剂量下注He层显微硬度的变化。     

脉冲分子束注入HI-1M装置等离子体行为研究(英文)

介于已有的喷气(Gas puffing)和弹丸注入(Ice pellet injection)之间,提出了一种新的托卡马克加料手段—脉冲超声分子束注入。在较高的粒子注入通量5×10~(19)脉冲~(-1)时,氢分子的速度仍可达到500m/s。一系列氦分子束脉冲注入初始密度为(?)=0.4×10~(19)m~(-3)HL-1M真空室氢等离子体,经过160ms,密度上升至(?)=5.4×10~(19)m~(-3)。根据脉冲分子束注入初期氦光谱(HeⅠ587.6nm)强度的径向分布,1/3峰高位于r=12cm附近。注入后粒子约束时间增加5倍。由于气体粒子注入深化,电子密度峰化因子Q_n=n_e(0)/     

BCC金属Nb的重离子辐射损伤研究

采用81 MeV碳离子辐照,模拟中子注量为10~(23)/cm~2的堆中子在Nb中产生的辐射损伤,用时间微分扰动角关联和正电子湮没二种方法研究辐射损伤及其高温退火效应。实验发现经注量2.5×10~(16)/cm~2的碳离子辐照后,在BCC金属Nb中产生单空位和双空位二种缺陷。随退火温度升高,双空位分解,单空位的总浓度逐步减小,经过1058K退火后,在Nb中由辐射损伤造成的缺陷消失。     

高温He离子辐照GH3535合金的损伤效应

采用500 keV的He离子在750℃下对GH3535合金样品进行辐照,然后利用掠入射X射线衍射(GIXRD)、透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪分别对样品的氦泡和位错环辐照缺陷的演化及纳米硬度的变化进行了研究。结果表明,GH3535合金晶格辐照后发生了轻微畸变;离子辐照在样品中形成了大量尺寸为2～5 nm的氦泡和位错环。辐照产生的氦泡和位错环等缺陷在基体中钉扎位错,从而使材料产生了辐照硬化现象,样品硬度随辐照剂量的增加而增大。当辐照剂量达2×10~(16) cm~(-2)时,辐照样品发生了明显的硬化饱和现象,利用Nix-Gao模型计算得此时的硬化程度为64%。     

0.5—7.5MeV高能磷离子注入硅中剖面分布及剖面迭加

本文对磷离子能量在0.5—7.5MeV、剂量在2.0×10~(12)—1.0×10~(13)/cm~2范围内注入硅中的载流子剖面进行了研究,发现在此条件下,n型磷载流子剖面是由两个只有不同偏差σ_(tront)(σ前)和σ_(back)(σ后)的高斯分布相连接组成的。根据实验所得剖面特性,提出了多次迭加形成平坦剖面的方法。用这种方法结合SiO_2膜屏蔽和调整注入离子能量、剂量,能够获得各种有特殊要求的载流子浓度剖面。为了得到好的可控性和可重复性,采用了瞬态退火技术。透射电镜分析表明:在我们所用退火条件下,剩余缺陷并未出现。这种迭加注入已应用于特种器件研制中,试制出的产品获得令人满意的结果。     

高剂量注入中离子溅射的影响

在离子注入材料改性的研究过程中(金属、绝缘材料和光学材料等),在许多场合下,要求注入的元素(如Fe中注入N、Y、Ph和Sn等)在靶子中占百分之几的含量,这就要求注入剂量高达10~(17)/cm~2到10~(12)/cm~2。由于离子注入的溅射效应在低能和大剂量注入中是相当明显的,因此,对这些元素高剂量注入后的杂质分布、溅射系数、溅射厚度和靶子中杂质的收集量做一分析是十分重要的。     

Fe-(Co6Ag94)颗粒膜磁光芯片的制备及研究

采用二分掩膜技术向溅射沉积的(Co6Ag94)薄膜中组合注入Fe离子，制备成具有不同Fe含量的16单元Fe-(Co6Ag94)颗粒膜磁光芯片。对制备态和退火态的Fe-(Co6Ag94)颗粒膜的物相进行了XRD研究。不同退火温度下，物相的演变反映出了退火过程中Co、Fe相和FeCo相纳米微晶的析出长大过程。采用原子力显微镜(AFM)对薄膜表面的研究结果表明，在退火过程中形成了嵌于基底中的纳米颗粒相。对制备态和不同温度退火后芯片各单元的磁光性能进行了测量，结果表明极向Kerr旋转角晚随着注入Fe含量的增加而增大，这可归因于颗粒膜中铁磁相的增多。在500℃以下，随着退火温度的增加，Fe-(Co6Ag94)颗粒膜的克尔磁光效应增加。对不同温度退火的样品进行穆斯堡尔谱测量，结果证明一定尺寸纳米Fe微晶颗粒的出现是磁光效应提高的主要原因之一。     

离子辐照后4H-SiC晶体退火前后的光谱研究

分析了高能pb27 辐照预注入12C 的和未预注入12C 4H-SiC样品在,退火前后傅立叶变换红外光谱和拉曼散射光谱的变化.从傅立叶变换红外光谱可以知道,900℃以上的退火使损伤层发生显著恢复;在拉曼散射光谱中可以看到1200℃退火后有石墨相的存在.实验结果说明,高温退火有利于损伤的恢复,使注入到碳化硅中的碳原子发生聚集并引起相变.     

~(57)Fe注入铜的穆斯堡尔效应研究(Ⅰ)——注入离子铁的热力学过程

本文描述了对注入剂量为1×10~(16)~(57)Fe at/cm~2的离子注入Cu样品,用内转换电子穆斯堡尔谱研究了过饱和Cu-Fe合金中铁原子的退火行为,观察到γ-Fe相和弧立铁原子转变成α-Fe的过程,得到了被弧立铁原子捕获的空穴(团)的解吸附温度约为300℃,α-Fe相的起始形成温度在440℃以下,α-Fe相的溶解温度和铁原子的体扩散温度在520-600℃。     

Ti、C和Ti+C离子注入钢表面纳米相镶嵌复合层的形成

选取质量差异很大的Ｃ、Ｔｉ、Ｔｉ＋Ｃ离子对钢进行了离子注入，用透射电子显微镜对注入样口横截面进行结构分析。结果表明，注入层结构发生了明显的变化，形成了纳米相镶嵌复合层，复合层的深度大约是相应离子射程的５．９－１３．７８倍。三条条件下注入，其结构变化有明显的差异。用ＴＲＩＭ９５程序对三种离子注入的碰撞参数进行了计算，结果表明，结构的变化明显地与注入参数相关，最后分子复合层特性的变化与注入条件和结构变     

加速器联机装置运行状况

2008年武汉大学加速器联机系统初步建成,200 kV离子注入机至透射电镜束线进行了运行调试,开展了气体离子注入单晶Si、GaAs、Ag纳米晶和超临界反应堆材料(C276和6XN)的原位结构研究。结果表明,样品在注入至一定剂量时发生明显多晶和非晶化,单晶Si出现非晶化的临界剂量在10~(14) cm~(-2)。C276材料经1×10~(15)cm~(-2)的Ar离子辐照后,产生尺寸3-12 nm的位错环,其密度随剂量提高而增大,至5×10~(15)cm~(-2)出现多晶,剂量超过3×10~(16) cm~(-2)出现非晶化。在加速器-电镜联机光路上安装在线RBS靶室对离子束辐照材料进行元素成分和晶格定位测试。靠近电镜端安装50 kV低能离子源,开展核材料中氦泡形成过程的原位观测。对RBS/C装置进行数字化改造,用Labview控制系统运行,目前可进行计算机控制的背散射沟道测试。     

硅离子注入聚合物摩擦特性研究

采用金属蒸汽真空弧（MEVVA）离子注入机引出的Si离子进行了聚酯薄膜（PET）改性研究，注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化。用透射电子显微镜观察了注入聚酯膜的横截面，结果表明，在注入层形成颗粒的沉积。红外吸收测量揭示这些颗粒为SiC和富集的碳颗粒。这些颗粒增强了注入层表面强化效果。用纳米硬度计测量显示，Si离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和杨氏模量，从而极大地的增强了表面抗磨损特性。最后讨论了Si离子注入聚酯膜改善特性的机理。     

慢正电子束研究N^＋注入金属镍中生成的缺陷

用慢正电子束配合多普勒湮没能谱测量技术研究N~+离子注入镍样品产生的缺陷。由未注入的样品得到了正电子在镍中的扩散参数E_0=4.6keV。比较两个样品的S参数随入射正电子能量变化的曲线给出了95keV、6.4×10~(17)/cm~2剂量的N~+注入镍样品所产生的缺陷分布;缺陷由表面一直延伸到190nm,浓度最大的区域在27—110nm。这些都与由Trim程序的Monte Carlo模拟计算的结果很好地符合。     

砷注入硅背散射沟道研究

我们对能量从40keV～150keV,剂量从1×10~(15)离子/cm~2～1×10~(16)离子/cm~2砷离子注入〈111〉单晶硅,进行了H~+和He~+背散射沟道测量。样品经600℃、700℃、825℃热退火后,都未能满意地消除损伤,而经红宝石脉冲激光退火之后,能满意地消除损伤。对40keV剂量为1×10~(16)离子/cm~(275)As~+注入的硅样品,分别进行900℃、30分钟热退火和红宝石脉冲激光退火,而后分别测量了〈111〉轴向和〈110〉轴向背散射沟道谱,砷原子的替位率分别为90％和95％以上,同时对两种退火方式的样品,测量了〈111〉轴向的角分布,观察到在热退火情况下,杂质砷原子的角分布有变窄的现象,大约窄0.2°;脉冲激光退火杂质砷原子的角分布与硅原子的角分布重合得相当好。我们又在连续打七个激光脉冲的斑点上测量了表面砷原子浓度的横向分布,其形状近似于高斯分布。     

二氧化铀表面扩散研究

本文用示踪原子法测得了高于1915℃的二氧化铀表面扩散系数。在数学模型中,考虑了体扩散和气相扩散效应。在1760—2110℃间UO_2的表面扩散系数可以表示为D_(?)=1.41×10~8exp(-123.6/RT)cm~2/s。关于气氛分子对二氧化铀表面扩散的影响作了实验和理论的探讨。结果表明UO_2的表面扩散系数随气氛分子质量的平方根线性减少。在1811—1818℃间可以表示为D_(?)=-9.86×10~(-7) M~(1/2) 2.05×10~(-5)cm~2/s。这可能与气氛分子对扩散表面的无规则碰撞所造成的扩散阻力有关。