等离子体源离子注入同轴圆柱电极间的鞘层模型

由等离子体源离子注入过程中圆筒零件与内电极构成的同轴圆柱电极间的鞘层扩展模型，推导出鞘层扩展前沿与扩展时间函数关系的微分方程，并利用二次样条插值法求出其数值解。这一结果可用来计算圆筒零件等离子体源内表面离了注入中每一脉冲时间内鞘层的扩展宽度，并依此计算出盯应的注入剂量。     

等离子体源离子注入同轴圆柱电极间的鞘层模型

由等离子体源离子注入过程中圆筒零件与内电极构成的同轴圆柱电极间的鞘层扩展模型，推导出鞘层扩展前沿与扩展时间函数关系的微分方程，并利用二次样条插值法求出其数值解。这一结果可用来计算圆筒零件等离子体源内表面离子注入中每一脉冲时间内鞘层的扩展宽度，并依此计算出相应的注入剂量。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入(PIII)技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计、批量处理研究等是十分有用的。但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线性使得工程应用较为困难。本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解、讨论了注入参数对鞘层尺度的影响。计算结果表明,鞘层厚度(包括离子阵鞘层和稳态鞘层)随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小。但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性。当等离子体密度较高、注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化极不敏感。相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感。虽然平面靶与球形靶的离子阵鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的。这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

等离子体浸没离子注入球形靶的鞘层尺度

对于等离子体浸没离子注入（PIII）技术,球形靶鞘层尺度预测对真空室设计,批量处理研究先进是十分有用的,但由于球形靶鞘层Child-Langmuir定律数学表达的非线笥使得工程应用较为困难,本文对球形靶的鞘层尺度进行了数值求解,讨论了注入参数对鞘层尺度的影响,计算结果表明,鞘层厚度（包括离子阵鞘层和稳态鞘层）随球体半径或注入电压增加而增加,随等离子体密度增加而减小,但对于不同的参数区间,鞘层特性对参数的变化表现出不同的敏感性,当离子体密度较高,注入电压较低时,稳态鞘层厚度对于靶体半径的变化有不敏感,相反鞘层厚度对靶体大小变化较为敏感,虽然平面靶与球形靶的离子辄鞘层尺度比值与等离子体密度及球体半径有关,但平面靶稳态鞘层尺度总是大于球形靶的,这对于实际的PIII应用具有重要的指导意义。     

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.     

等离子体基离子注入菱形靶鞘层扩展的流体动力学模拟

利用流体动力学模型,研究了围绕菱形靶的等离子体鞘层扩展,通过改变靶的形状,考察了不同角度外角对鞘层的时空演化及等离子体参量的影响。结果表明,外角愈尖锐,鞘层扩展速度愈慢,而参考平面处鞘层扩展速度最快,因而使鞘层有向圆柱形扩展的趋势,尽管尖锐的外角处电荷密度高,会吸引较多的离子轰击该处,但非垂直入射会显著降低离子入射剂量。     

离子成分比对等离子体浸没离子注入圆柱形介质管内表面鞘层演化特性的影响

采用一维和双离子自洽流体模型研究了等离子体浸没离子注入圆柱形聚对苯=甲酸乙=醇酯介质内表面的离子鞘层动力学.在模型中,考虑工作气体为氮气时离子成分为氮原子离子N+和分子离子N2+.计算结果表明,不同的离子成分比具有不同的鞘层演化特性,氮原子离子含量高会导致严重的充电效应.在实际工艺中,可通过调整相关参数以降低原子离子N+的成分以抑制充电效应.     

长方体三维工件的高度变化对等离子体离子注入动力学影响研究

采用三维PIC模型仿真研究了等离子体浸没离子注入过程中工件高度变化对鞘层扩展动力学和离子注入效果的影响。模拟结果表明,随着工件高度减小,中心水平截面内鞘层扩展速度明显下降,鞘层最终尺寸也明显减小。随着工件高度减小,工件上表面的注入剂量峰幅值明显增大,表面注入剂量均匀性则显著下降。随着工件高度减小,工件上表面的离子垂直入射面积和高能离子注入面积略有减小。这是由于工件高度减小造成鞘层曲率半径减小,弯曲的鞘层增大了离子聚焦现象将更多离子聚焦注入到工件边角附近位置。随着工件高度减小工件侧壁上的注入剂量峰幅值明显增大,而且工件棱线上的剂量数值也显著增大,且均匀性更好。     

伴有二次电子发射的磁化等离子体鞘层结构特性

建立了包括电子、离子以及器壁发射二次电子的磁化等离子体鞘层流体模型,采用四阶龙格库塔法数值研究了伴有二次电子发射的磁鞘结构特性。模拟结果显示二次电子发射对于弱磁等离子体鞘层中的离子密度影响较大,而对于磁场较强的等离子体鞘层,鞘层中离子密度分布主要由磁场来决定。磁场的存在可以促进器壁电子的发射,磁场的增加或二次电子发射系数的增加都将使得鞘层厚度的减小,同时将导致沉积到器壁的离子动能流发生变化,从而直接影响器壁材料的性能。     

多功能等离子体源离子注入工业样机的研制

等离子体源离子注入（ＰＳＩＩ）是一种新的离子注入技术。该技术与其它相关技术的结合又扩大了其应用。介绍国内首次研制成功的多功能ＰＳＩ工业样机的结构、性能、参数以及材料改性的初步结果。     

一种新型复合加速离子注入动力学研究

提出了一种基于靶台(工件)二次加速的束线离子注入的新方法,基本原理是将传统束线离子注入和等离子体离子注入有效复合。采用二维Particle-in-cell(PIC)模型对这种注入方法进行了数值仿真研究。考察了靶台加负偏压情况下靶台表面空间电势、离子密度变化以及离子的运动状态的时空演化。统计分析了不同时刻离子注入剂量、注入能量和注入角度的分布规律。结果表明:靶台施加偏压对束流离子起到了很好的二次加速效果,束线离子复合加速离子注入这种新方法理论上是切实可行的。同时发现在靶台附近空间电场的作用下,离子束会发生小角度偏转,由柱状形逐渐变成"喇叭口"形,靶台表面有效注入范围扩大。靶台表面注入剂量分布呈中心区域高边缘区域低的趋势。这种新方法有助于减缓电源硬件加工的难度,增加了工艺的灵活性。     

等离子体源离子注入法制备类金刚石薄膜

用等离子体源注入(PSII)在Si(100)上制备类金刚石膜，放电气体采用CH4，用微波电子回旋共振(ECR)产生等离子体。将-20～-30kV的高压加在衬底上，来提高离子的能量。通过Raman光谱和FT-IR光谱检测了类金刚石膜的化学组成及状态，并对其机械性能和表面形貌进行了检测。结果显示，硅片硬度和摩擦因数得到了改善，用PSII能够制备出性能优良的膜，可以将其应用到微电子器件(MEMS)上去。     

高功率脉冲磁控放电等离子体注入与沉积CrN薄膜研究

采用高功率脉冲磁控放电等离子体离子注入与沉积的方法在不锈钢基体上制备了高膜基结合力的CrN硬质薄膜,并研究了不同的Ar/N流量比对薄膜形貌、结构及性能的影响.采用扫描电子显微镜、X射线衍射对其表面形貌和结构进行分析,发现制备的薄膜表面光滑、致密,相结构单一,主要是CrN(200)相.对薄膜的结合力、硬度、弹性模量、耐磨...     

Capacitance of High-Voltage Coaxial Cable in Plasma Immersion Ion Implantation

［1］J.R.Conrad, J.I.Radtke, R.A.Dodd, F.J.Worzala and N.C.Tran: J. Appl. Phys., 1987, 62, 4591. ［2］P.K.Chu, S.Qin, C.Chan, N.W.Cheung and L.A.Larson: Mater. Sci. Eng.: Reports, 1996, R17(6-7), 207. ［3］P.K.Chu, B.Y.Tang, Y.C.Cheng and P.K.Ko: Rev.Sci. Instrum, 1997, 68, 1886. ［4］X.B.Tian, B.Y.Tang and P.K.Chu: J. Appl. Phys.,1999, 86, 3567. ［5］M.M.Shamim, J.T.Scheuer, R.P.Fetherston and J.R.Conrad: J. Appl. Phys., 1991, 70, 4756. ［6］M.P.J.Gaudreau, P.E.Jeffrey, M.A.Kempkes, T.J.Hawkey and J.M.Mulvaney: J. Vac. Sci. Technol.,1999, B17, 888. ［7］I.Langmuir and K.Blodgett: Phys. Rev., 1924, 24, 49. ［8］R.A.Stewart and M.A.Lieberman: J. Appl. Phys.,1991, 70, 3481.     

9Cr18轴承钢表面不同等离子体浸没离子注入强化处理技术研究

采用不同的等离子体浸没离子注入(PⅢ)工艺在9Cr18轴承钢表面进行了气体、金属、金属加气体的离子注入和碳化钛(TiC)、类金刚石(DLC)薄膜的等离子体浸没离子注入与沉积(PⅢD).对处理后的试样进行了X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、俄歇电子能谱(AES)和拉曼光谱(Raman)分析;测试了处理前后试样的显微硬度、磨痕宽度和摩擦系数.结果表明:处理后试样表面均形成了不同的改性层,且改性层中化学组成和各元素的浓度-深度分布随处理工艺的不同而变化;处理后试样的显微硬度都有较大提高,最大增幅达77.7%;表面摩擦系数由0.8下降到0.16;磨痕宽度减少了23倍;与PⅢ工艺相比,相同参数下,PⅢD处理后的试样表面综合性能更加优异.     

静电加速器高频离子源引出电极的光学设计

高频离子源管道式引出电极的几何参数对束流引出具有重要影响。本文通过建立束流最佳引出数学模型 ,对引出电极的几何参数进行了离子光学计算 ,确定了适合引出H ,N ,Ar 等多种束流的引出电极合适的几何参数 ,并综合气耗、束流强度等因素设计了用于 5 5MeV静电加速器高频离子源的引出电极。理论计算和实验表明了该设计方法的有效性