反冲质子谱的计算模拟及氢深度分布的研究

本文介绍了一种弹性反冲探测分析冲质子谱模拟的计算方法。用这种方法对４０ｋｅＶ质子注入硅中和非晶硅薄膜中氢浓度的深度分布进行了研究，并取得了良好的结果。     

弹性反冲探测技术在材料分析中的应用

利用HI-13串列加速器提供的高品质的127I束,采用弹性反冲探测技术对材料表面成分和杂质的深度分布进行了分析.用△E-E望远镜探测器同时分析靶材料中从氢至中重的所有元素,其深度分辨为20～30 nm.用Q3D磁谱仪及其焦面探测器的高分辨动量分析,得到了纳米量级的深度分辨,此方法具有对纳米厚度的多层薄膜材料进行测试的能力.     

氦离子辐照对镍基合金硬度的影响

在室温下对镍基合金进行了氦离子辐照,利用纳米压痕仪测试了微观硬度,利用慢正电子多普勒展宽谱(Doppler Broadening Spectrum,DBS)和透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope,TEM)分析了微观缺陷,利用离子束分析弹性反冲探测(Elastic Recoil Detection,ERD)技术测量了氦的浓度深度分布。结果显示合金样品的硬度随剂量而增大,退火后合金样品硬度增量有所减小,并观测到氦泡生成。合金硬化的主要原因是由于氦离子辐照产生了1-7 nm的缺陷团簇,而退火后不稳定缺陷的回复及氦-空位复合体数量的减少造成了硬化强度减弱。     

薄膜中轻元素的ERD分析

经过氢化处理的SiC.SiN和SiO等薄膜,作为新的光电子及保护层材料,它们中的H.C.N和Si的比份是影响其性质的主要因素。要弄清如离子注入、退火等各种处理过程中这些元素的输运机制,需要精确测定其成分及杂质的深度分布。离子束分析技术是解决此问题最有效的办法。由于卢瑟福背散射(RBS)不能测量H,人们通常用RBS测其它元素,再用α束弹性反冲法测H。两次存在截面     

氢和其它轻元素的同时分析

准确测定材料中的成分及杂质的含量和其深度分布在新材料的研制中有重要作用。近年来，在新材料的研制和改性中经常用各种方法加入不同量的氢成分来改变材料的各种性能。由于卢瑟福背散射(RBS)不能测量H，人们通常用RBS测其它元素，再用α束弹性反冲法测H。两次测量存在截面归一和样品两次受照带来的辐射损伤问题。     

直流磁控溅射法制备含氦铝膜

采用氦氩混合气氛下直流磁控溅射沉积方法制备含有氦原子的金属铝膜。经碳原子弹性前冲散射分析（C-ERDA），薄膜中氦原子浓度可达约7％，且分布均匀。实验研究了薄膜中的氦含量与溅射真空室气氛中氦的相对含量、基底偏压及沉积温度间的关系。薄膜的X射线衍射分析结果显示：膜中的氦含量变化并未引起明显的峰位移，只是随氦含量增加谱峰宽化。热释放实验证实，氦在薄膜中稳定存在，约500℃以上时方出现氦的释放。     

吸附剂中氢含量的测定

本文用弹性反冲法分析了对二甲苯吸附剂中的氢含量。弹性反冲法是近年来发展起来的分析微量轻元素的方法。用2MeV左右~4He~+粒子与氢反冲,测定氢的能谱可以算出样品中氢的含量。     

采用弹性反冲分析法同时测量薄膜中氢和氘的深度分布

给出由重叠反冲能谱计算氢和氘的浓度及深度分布的解谱技术，用４．５ＭｅＶ和４．２ＭｅＶ的α粒子作入射粒子得到两个反冲能谱。在考虑和不考虑能量展宽效应的情况下分析了钛膜中氢和氘的深度分布；发现考虑能量展宽效应的影响得到的氢和氘的深度分布是令人满意的。     

用C离子的弹性反冲法测固体中氢分布

文章介绍了用1.7MV小串列加速器提供的4—7MeV多电荷C离子,采用弹性反冲法(ERD)分析了α-Si:H中氢元素的深度分布。计算表明,近表面处的深度分辨率为15-30nm,可探测深度100—700nm。探讨了入射能量和散射几何条件的优化问题。比较了几种分析方法的测量结果。     

用弹性反冲法分析薄膜中氢含量

弹性反冲探测分析法(ERDA)是分析微量氢元素的一种新颖方法。本文介绍用该法分析薄膜中氢含量的方法、原理和初步测量结果,对VYNS膜的测量结果和PIXE法间接分析结果在±10％误差范围内相符。此方法适用于分析厚度为1～10μm的薄样品,灵敏度约为5×10~(15)at./cm~2。     

用弹性反冲分析法测定吸附剂中氢的含量

本文介绍用弹性反冲分析技术分析了对二甲苯吸附剂中的氢含量。首先测定已知氢含量的Mylar膜的原子比,实验结果与预期值一致。实验中用Kapton膜作为标样,测定了各种工艺条件的吸附剂中的氢含量,为实际使用提供了依据。 本方法在E_0=2MeV下,可探测深度范围为0.5μm左右,深度分辨率约为700A,灵敏度为0.1％原子数。     

核反应产额曲线的模拟与非晶硅薄膜中硼的深度分布研究

报道了一种模拟共振反应产额曲线的方法。利用~(11)B(p,d)~8Be在E_P= 163keV的共振反应,通过反应产额曲线的模拟研究了不同衬底温度下辉光放电制备的掺硼氢化非晶硅-碳膜中硼的深度分布。给出了不同衬底温度下淀积薄膜中硼深度分布的一些特征。结果表明反应产额曲线的模拟对改善共振反应分析的深度分辨和简化分析方法是有效的,对掺硼非晶硅薄膜中硼的深度分布研究是有益的。     

Pu-Ga合金中氦泡聚集行为的分子动力学模拟

在钚(Pu)材料中加入少量其他金属元素,如铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铈(Ce)等,能实现Pu合金材料在室温条件下稳定。本文采用分子动力学(MD)方法及修正的嵌入原子势(MEAM),在300K下对Pu-Ga合金中的氦泡聚集行为进行了模拟,合金中Ga的含量(原子分数)分别为0%、2%和5%。通过计算和分析,得到不同Ga含量下,随氦原子数目增长Pu-Ga合金中氦泡半径和压强的变化趋势,以及由氦泡引起的体积膨胀,研究结果对于理解钚自辐照过程中的氦效应的内在机制具有一定的参考价值。     

用符合弹性前冲法测量硅中的氧含量及其分布

采用２７ＭｅＶ的＾１２Ｃ５＾５＋作为入射粒子，采用符合弹性前冲方法测量了５．６μｍ的硅样品中氧的含量及其深度分布。实验结果表明，采用＾１２Ｃ与＾１６Ｏ符合弹性前冲方法分析硅样品中的氧，其最小探测限可达２０×１０＾－６，深度分辨率为－４５０ｎｍ。该方法对于厚样品，尤其比常规弹性前冲优越。     

金属中氦泡对背散射分析能谱的影响

分别从理论和实验上研究了钛镆中氦泡演化对离子束背散射能谱(RBS)的影响。理论分析表明能谱的展宽除了受材料的能量阻止和多重散射效果及实验系统特性的影响外,氦泡也是一个重要的影响因素。理论上,当由离子束分析给出氦泡占材料的体积分数及氦泡引起的能散时,可计算出氦泡的尺寸和密度。实验结果显示了含氦钛镆RBS谱后沿随着氦浓度和退火温度的升高逐渐展宽,表明随着氦泡尺寸和浓度的变大,离子束分析能谱也不断展宽。这使在考虑了材料中氦泡的影响后,离子束分析能真实地反映材料的性质,同时也可从离子束分析得出材料中氦泡的演化信息。     

SiC薄膜的阻氚性能研究

在不锈钢基体表面用离子束混合技术沉积SiC薄膜,然后用能量为5 keV的H+对其辐照直至剂量达到1×1018/cm2,再用二次离子质谱分析(SIMS)分析H+在SiC薄膜中深度分布和正离子谱,研究薄膜的阻氢性能和阻氢机理;最后采用渗透实验对涂覆在不锈钢基体表面的SiC材料的氚渗透系数进行测试,对其阻氚性能进行验证.结果表明,在不锈钢基材表面涂覆的SiC薄膜具有良好的阻氢性能,可将氚的渗透率降低4个数量级以上,SiC薄膜的阻氢是由于氢与薄膜中的硅、碳悬挂键反应形成诸如C-H、C-H2、C-H3、Si-H、Si-H2和Si-H3引起的.     

钛膜中氢同位素的深度分布

为评估氢同位素效应对其在贮氢金属中深度分布的影响,对H/D-Ti、D/T-Ti、D-Ti及T-Ti样品用7.4MeV的4He离子束进行30°方向弹性反冲(ERD)分析.由H/D-Ti样品ERD能谱获得其1.7μm深度的D分布,结合D-Ti样品ERD能谱的～3 μm深度的H、D分布进行了模拟分析.结果表明,H、D含量均随深度增加,其分布曲线基本一致,说明在Ti中H、D的分布互不干涉,样品制备过程中其同位素效应不明显.用同样的方法对DT-Ti样品中的D、T分布进行了模拟分析.结果表明,在1.7 μm深度内D、T的分布基本均匀,但由于D、T的能谱过于靠近,其解谱误差较大.用3.0 MeV的质子对HD-Ti和D-Ti进行的质子背散射(PBS)分析表明,两样品中的D分布趋势一致,证明了Ti中H、D的分布互不干涉,样品制备过程其同位素效应不明显的结论.     

轻元素深度剖面的离子束分析方法

轻元素深度剖面分析有着许多实际的应用,如:聚变堆第一壁的辐射损伤;结构材料的氢脆;氧化、贮氢材料、超导材料、太阳能材料中氢的分布等。本文介绍用于轻元素深度剖面分析的核反应法、质子弹性散射法、前散射符合法和弹性反冲探测法,并简单介绍这些方法的应用。     

氦离子辐照下金属钯薄膜的微观行为研究

采用电子束蒸发镀膜技术,在Si(100)面基底上沉积金属钯薄膜,并采用台阶仪和透射电子显微镜(TEM)对薄膜的厚度和结构进行表征.选取不同能量、不同剂量的氦离子束对钯薄膜进行注入实验,注入后,用X射线衍射分析(XRD)分析薄膜的微观行为.实验结果显示,在固定注入能量时,随着注入剂量的增加,钯薄膜的晶格发生膨胀,膨胀与注入造成的离位钯原子以及氦-空位复合物在晶格中的存在有关.原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)的测试结果表明,由于溅射作用,薄膜表面变得略为平坦.     

面对等离子体壁材料中低Z元素的表面偏析

实验观察了三元合金Al-Li-Mg和二元合金Cu-Be中低Z元素(如Li和Be)的表面偏析行为。采用了二次离子质谱仪(SIMS)和俄歇电子谱仪(AES)进行表面分析。Al-Li-Mg合金的实验结果表明:样品温度在150℃到300℃的范围内,表面Li原子的浓度接近100％,这一结果可由Gibbsian偏析理论进行解释,其中Li在样品表面的深度分布有一定程度的展宽,这是由于刻蚀过程中高能氩(Ar)离子反冲植入所致。当样品温度超过360℃时,发现合金中的杂质元素Be开始在表面上偏析。为此,作者采用SIMS和AES对Cu-Be 合金进行了表面偏析研究。在位的AES分析表明:样品升温过程中,Be和O在合金表面富集,考虑到Be和O的化学亲和作用,偏析的根本动力来源于真空中的残余氧气。同时还对Be在合金表面的深度分布进行了测量。