凹模内腔等离子体离子注入数值仿真-(I)脉冲宽度效应

模具表面改性日益受到人们重视.本文采用二维Particle-in-cell/Monte Carlo Collision模型对等离子体浸没离子注入处理凹模型腔内表面的鞘层动力学及均匀性进行了研究.考察了电压脉宽对鞘层中电势分布、离子的运动状态以及型腔内表面离子注入剂量、能量和角度的空间分布的影响.结果表明随着电压脉宽的增加,凹模型腔内表面的注入剂量不均匀性增加,同时注入到内表面的高能离子数目也增加.脉冲宽度变化对注入角度影响不大,离子以接近垂直的入射角度注入到型腔底部,而在侧壁上离子注入角度接近45°.当脉冲宽度较大时,发现少部分注入到侧壁上的离子以一定角度从下往上注入到样品表面,这是由于碰撞效应造成的.从能量和剂量的角度,存在一个合适的脉冲宽度,过大的脉宽会引起剂量不均匀性增加,同时离子注入能量也会下降.     

等离子体浸没式离子注入圆形薄片均匀性研究

采用PIC（Partical in call)方法考察了等离子体浸没式离子注入工艺中，样品和靶台的几何尺寸、形状及防止溅射沾污的绝缘材料对于注入离子径向分布的影响。并对模拟结果进行了讨论分析。结果表明，影响剂量分布的主要因素是基片和靶台的横向尺寸，为改善等离子体浸没式离子注入均匀性的研究提供参考数据。     

凹模内腔等离子体离子注入数值仿真——(Ⅱ)工作气压的影响

模具表面改性对提高模具使用寿命和生产率有着十分重要的意义。本文采用二维Particle-in-cell/Monte Carlo colli-sion模型对不同气压下等离子体离子注入处理凹模型腔内表面的鞘层动力学进行研究。考察了气压变化对电势分布、离子运动状态及凹模型腔内表面离子注入剂量、能量和角度分布的影响。计算结果表明随着气压的上升,凹模周围的鞘层厚度变薄;随气压上升,凹模型腔底部和顶部端面离子注入剂量和平均注入能量下降,在型腔侧壁上,离子注入剂量和平均注入能量先上升后下降。注入到型腔侧壁和凹模顶部端面上的离子平均注入角度随气压上升而趋向于垂直入射,型腔底部平均注入角度随气压上升略有增大。研究结果表明通过引入一定的碰撞(变化气压)来改善剂量和能量的均匀性是可行的。     

用于圆筒状零件内表面等离子体浸没离子注入的偏转电场法

等离子体浸没离子注入（ＰＩＩＩ）为解决束线离了注入所难以解决的圆筒状零件内表面注入处理问题提供了新要可能途径，但在应用中却受到注入能量和注入剂量偏代的限制，本文针对这一问题了偏转电场法用以提高内表面注入的能量和注入剂量，实验结果表明，采用这一方法可以有效地改善圆筒状零件内表面注入的注入情况，注论述工提高了２５％～１００％，注入剂量提高了７３％～１１３％，注入脉冲宽度的延有利于注入离子向部深入，利于     

凹模内腔等离子体离子注入数值仿真—(Ⅰ)脉冲宽度效应

模具表面改性日益受到人们重视。本文采用二维Particle-in-cell/Monte Carlo Collision模型对等离子体浸没离子注入处理凹模型腔内表面的鞘层动力学及均匀性进行了研究。考察了电压脉宽对鞘层中电势分布、离子的运动状态以及型腔内表面离子注入剂量、能量和角度的空间分布的影响。结果表明随着电压脉宽的增加,凹模型腔内表面的注入剂量不均匀性增加,同时注入到内表面的高能离子数目也增加。脉冲宽度变化对注入角度影响不大,离子以接近垂直的入射角度注入到型腔底部,而在侧壁上离子注入角度接近45°。当脉冲宽度较大时,发现少部分注入到侧壁上的离子以一定角度从下往上注入到样品表面,这是由于碰撞效应造成的。从能量和剂量的角度,存在一个合适的脉冲宽度,过大的脉宽会引起剂量不均匀性增加,同时离子注入能量也会下降。     

球心处有附加电极的半圆形容器等离子体源离子注入过程中鞘层的时空演化

本文利用两维流体模型研究了半圆形容器在放置共心零电位附加电极情况下,等离子体源离子注入的离子鞘层时空演化动力学过程.考察了鞘层内随时间变化的电势分布和离子密度分布,计算了容器内外表面的离子束流密度分布和注入剂量分布随时间的变化规律.研究结果显示,容器内表面附近鞘层扩展到附加电极后,其中的离子逐渐都注入到容器内表面、电场分布逐渐趋于稳定.同时,在容器内表面上,离子注入剂量不再增加.     

方管内表面等离子体离子注入动力学GPU-PIC仿真

内表面改性近年日益受到人们重视。本文采用基于Graphic Processing Unit(GPU)的Particle-in-cell(PIC)模型对方形管内表面的离子注入动力学过程进行数值仿真研究。结果表明在注入过程中,辅助地电极周围形成离子空穴,随时间延长,离子空穴发生交联并不断扩展,直至所有离子注入到方管内壁。离子空穴的形成和扩展使得在管内部形成离子密度波,密度波的传播速度随时间增加。由于等离子体鞘层的不均匀重叠使得管内的初始鞘层厚度分布不均,其中位于拐角附近的鞘层较厚,从而又导致了方管内壁周向上的注入剂量和能量分布存在不均匀性,内壁平面附近位置的注入剂量和注入能量均相对较大,而拐角附近的离子注入剂量和能量最小。本文采用GPU加速PIC的算法取得了高达90的加速比,极大缩短了等离子体粒子模拟的计算时间。     

离子注入PET薄膜导电性能及机理的研究

主要研究了Ar~+、As~+离子注入PET薄膜后对其导电性能的影响及其导电机理。在PET膜上分别注入了不同种类、不同剂量的离子,测定了其注入后的表面电阻率,研究了注入离子后薄膜表面电阻率与温度的关系,根据注入前后的FTIR-ATR谱图及有关理论对其导电机理进行了初步探讨。结果表明,随离子注入的种类不同、剂量的变化、温度的升降,PET膜的表面电阻率呈规律性变化。根据薄膜结构分析初步确认离子注入PET薄膜主要是离子导电。     

电感耦合等离子体离子注入内表面的数值仿真研究

本文采用Particle-in-cell模型对采用电感等离子体离子注入处理管内表面的动力学过程进行数值仿真研究,考察了电感线宽对管内电势分布、鞘层重叠、离子平均注入能量、剂量和角度等的影响。计算结果表明随着电感线宽的增加,电感线圈对等离子体鞘层扩展的钳制作用增强,管内的鞘层重叠系数下降,电感内的离子消耗速度下降。在鞘层内电场力的作用下,离子会发生聚集,离子聚集点的位置随着电感线宽的增加向外移动。研究结果还表明通过增加电感线宽可以进一步提高管内表面的离子平均注入能量。离子注入以接近垂直的角度注入到管内表面,虽然电感线圈会产生阴影效应,但管内表面的阴影可以通过管与电感线圈的相对运动来消除。     

25Cr3MoA钢高温离子注入和离子氮化复合表面处理研究

研究了25Cr3MoA钢离子氮化层经高温离子注入复合表面处理后的氮分布、组织和磨损性能。结果表明,与单一离子氮化处理或离子氮化和氮离子低温注入复合处理相比,复合处理时选择合适的高温注入温度,可获得耐磨性能更好的改性层。     

等离子体浸没离子注入的二维元胞粒子法计算机模拟与剂量分布研究

采用二维元胞粒子模型（PIC），模拟了一个完整脉冲时段内，等离子体浸没离子注入平板靶的过程。重点研究了等离子体鞘层的时空演化规律，以及入射离子流密度、入射离子角度与能量的分布，由此得到了注入离子剂量在靶表面的分布。模型结果表明：等离子体鞘层的扩展先快后慢，且形状由椭圆柱形向圆柱形演化，对靶的保形性逐渐变差；注入离子剂量在靶表面的分布不均匀，在边角附近出现峰值；同时，在得到的入射离子信息基础上，对注入离子在改性层中的浓度深度分布研究表明，在靶的不同位置注入的离子在改性层中的浓度深度分布有显著差别，在靶边角处，注入离子的保留剂量很低，投影射程浅，浓度深度分布展宽较窄。     

等离子体离子注入PIC仿真的MATLAB实现

MATLAB是当今先进计算软件之一,它提供的各类工具箱和内置函数给应用者带来了极大的方便。本文通过调用MATLAB中偏微分方程工具箱和插值函数实现了方管内表面等离子体离子注入的Particle-In-Cell模拟,并与传统其他语言程序的计算结果对比,结果基本一致。文章还讨论了不同尺寸的内电极对离子平均注入能量的影响,结果表明:即使有内部电极"钳位",平均注入能量也不高;在管壁偏压相同的情况下,尺寸较大的内电极因为"钳位"效果较好而具有较高的平均离子注入能量。最后提供了MATLAB对不规则形状靶件的计算结果,证明了MATLAB软件对不规则形状靶件的PIC模型有较好的适应性。MATLAB的应用为等离子体的模拟提供了简便易学的新途径。     

铌离子注入改善铝表面的力学性能

利用金属蒸气真空弧离子源,将大束流Nb离子注入到铝中,改善了铝表面的力学性能。在离子注入过程中直接形成了金属间化合物Al3Nb。金属间化合物的形成与离子注入的剂量有关。当Nb离子剂量达到3×10     

等离子体浸没离子注入(PIII)过程中初始离子阵鞘层尺度内各物理量的时空演化

等离子体浸没离子注入(PIII)是用于材料表面改性的一种较新的、廉价的、非视线的技术.靶体被浸没在等离子体中,等离子体中的离子在靶体负脉冲偏压的作用下注入靶体而实现材料的表面改性.为了描述等离子体浸没离子注入过程,我们引用了一维粒子模型(PIC)对其进行了数值模拟,该模型通过求解空间电势的Poisson方程,电子的Bolzmann分布以及离子在网格中受力运动的Newton运动方程来完成.本文重点研究了一个初始离子阵鞘层内电势、离子浓度、离子注入靶体的速度和动能以及离子流密度的时空演化规律.     

Nanocomposite Materials Formed by Ion Implantation

Ion implantation has become a versatile and powerful technique for synthesizing nanometer‐scale clusters and crystals embedded in the near‐surface region of a variety of hosts in order to create nanocomposite materials with often unique optical, magnetic, and other properties. Here we review some of the principal features of this nanophase materials synthesis technique as well as the materials properties that are exhibited by nanocomposites created by using ion beams. Outstanding difficulties and future research directions are also discussed.     

Spatial Potential Distribution around Trench Target during Plasma Immersion Ion Implantation

Plasma ion implantation, an alternative to conventional beam-line ion implantation, is a sheath-acceleration ionbombardment technique and the initial sheath is crucial to the process efficacy and surface properties. The initialspatial potential distributi     

离子注入形成AIN埋层的分析与计算机模拟

以离子背散射和二次离子质谱分析了大剂量N~+离子注入A1形成的A1/A1N/A1多层结构。基于离子注入形成A1N埋层的机理,利用计算机程序动态模拟A1N层的形成过程及终态结构。研究发现,N/A1原子比饱和于A1N化学组分比,模拟与实验结果符合得很好;低能注入能降低形成A1N层的临界剂量,且A1/A1N界面更陡。     

Microstructural Effects of Ion Implantation on Molybdenum

The effects of ion implantation and subsequent annealing on the microstructure of molybdenum have been investigated by transmission electron microscopy. The ions investigated were carbon, nitrogen, and tellurium. The ion-induced damage was found to give rise to grain boundary migration phenomena both during implantation and during subsequent annealing. Precipitation or ordering was found to occur for each ion on annealing.     

低能离子注入对聚苯胺薄膜的改性研究

利用低能量的N 对电化学合成的聚苯胺薄膜进行了离子注入改性 ,实验结果表明 :聚苯胺薄膜经N 注入后薄膜电导率随注入能量和剂量的增加而提高 ,电导率最大提高了 9个数量级 ,即由本征态的电导率 (>1× 1 0 -12 S/cm)提高到 1 76× 1 0 -3 S/cm(注入剂量 :3× 1 0 17ions/cm2 ,注入能量 :35keV) ;同时离子注入后聚苯胺薄膜在可见光范围的吸收比增强。