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《江苏大学》 2014年
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荷电粒子束辐照作用下若干光学器件及半导体材料的微观结构和性能

吕鹏  
【摘要】:本文对空间EUV望远镜中光学器件及半导体材料进行了荷电粒子束辐照效应研究,利用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM),极紫外反射率计(EXRR)和光致发光光谱仪(PL)等多种表征及测试手段重点考察了辐照效应对材料微观结构与物理性能的影响。 在不同本底真空度下(6×105Torr,3×10-5Torr, and3×10-6Torr)制备“嫦娥三号”卫星着陆器所携带的EUV相机中Mo/Si多层膜反射镜,并对多层膜的微观结构和物理性能进行检测和分析。小角XRD结果显示,本底真空度越高,制备出的多层膜周期性越好;EXRR测量结果显示:多层膜的反射率随着本底真空度的升高,从1.93%升高到16.63%。这主要是因为镀膜机的本底真空度不够高会引入杂质气体,02、N2等杂质气体会进入到膜层内部,TEM照片显示样品出现断开、弯曲等形貌,同时会导致Mo层和Si层相互扩散严重,增加了膜层界面粗糙度,从而导致反射率降低。Mo/Si多层膜高反射率的高低主要取决于Mo在(110)晶面上择优取向以及较低的界面粗糙度。过渡层是由于Mo层和Si层相互扩散引起的,Mo-on-Si层总是比Si-on-Mo层厚。 在空间环境模拟装置中对Mo/Si多层膜反射镜进行能量为100keV,剂量为6×1011/cm2和6×1013/cm2的质子辐照实验;利用蒙特-卡洛随机统计法模拟100keV质子及其辐照诱发的缺陷在多层膜内的浓度分布;系统地分析了辐照诱发的各种微观结构缺陷的类型、尺寸、密度、分布等特征及演化规律;分析微观缺陷对Mo/Si多层膜界面的元素扩散行为以及界面过渡层结构的影响规律,总结和建立微观结构与材料物理性能之间的关系。模拟辐照结果显示,质子辐照的过程中的能量损失贯穿整个样品,但是主要集中在Mo/Si多层膜的末段,入射质子在轨迹末端将其绝大部分能量传递给靶材原子(Mo原子和Si原子),造成大量离位原子和空位,产生晶格缺陷,在轨迹末端附近产生最大损伤,而Mo层中的缺陷明显多于Si层;辐照后EXRR测试结果表明:质子辐照导致Mo/Si多层膜反射镜光学性能退化,反射率降低,中心波长红移;质子辐照对Mo/Si多层膜微观结构的影响是原子级的,通过辐照加剧了原子间的扩散导致纳米厚度的膜层分布不均匀,在过渡层中形成了MoSi2(101)和Mo5S13(310)的织构,使得本身就存在的过渡层微结构发生巨大变化,最终导致光学性能的严重下降。 采用强流脉冲电子束(HCPEB)装置辐照单晶Si和单晶Ge。HCPEB辐照单晶Si后表面形成大量弥散的火山坑状的熔坑形貌,熔坑的数量密度随辐照次数的增加而减小;OM观察结果显示HCPEB轰击处理还能在单晶硅表面诱发强烈的塑性变形,产生幅值极大及高应变速率的准静态热应力,形成整齐排布的微裂纹,其中[100]取向的形成矩形网络,[111]取向的形成正三角形网络;TEM显示HCPEB辐照在Si表面诱发了丰富的位错组态,包括螺型位错,位错偶极子、位错缠结,和位错网络,这些都位错的分解和拓展有关。除了各种位错之外,还观察到层错、弗兰克位错圈、偏位错圈和SFT结构,这些缺陷不仅包括过饱和空位和由空位凝聚而成的各种空位型结构缺陷,也包括丰富的位错、堆垛层错等线、面晶体缺陷;而过饱和空位(或许包括空位簇缺陷)在HCPEB辐照造成的温度梯度作用下会沿着位错、堆垛层错等择优地向表面快速迁移,在Si表面局部区域形成密集的多孔结构,而孔的密度和尺寸会随着辐照次数的增加而增大;TEM观察结果显示,HCPEB辐照还在Si表面产生改性效果,由于脉冲电子在Si表面的快速加热和冷却过程,使得Si晶核来不及长大,形成了Si纳米晶,PL光谱显示辐照后Si样品具有还410nm(3.01eV)左右的蓝光发射现象,其光致发光机理可以由镶嵌在轻微氧化或氮化的非晶结构中的Si纳米晶的量子限制效应来解释;AFM观察显示,HCPEB辐照在Si表面形成了网格型和六边形白组装纳米阵列,与TEM中的位错网络保持非常一致的几何形状,辐照诱发的位错等缺陷结构对沉积过程中的Si颗粒(原子)更具吸附力,即位错等缺陷结构为自组装纳米网格结构的形成提供了驱动力。 HCPEB辐照单晶Ge在表面诱发了大量熔坑,局部裂纹,其形貌特征、演化规律与单晶Si的实验结果大致相同;TEM观察结果显示,Ge中的微观缺陷以空位簇缺陷以及位错圈为主,Ge纳米晶的尺寸在4nm左右,比Si纳米晶的尺寸稍大,而且尺寸分布较均匀,其原因是Ge的熔点比Si的熔点低,相同辐照参数下Ge纳米晶有更长的生长时间:PL结果显示辐照后单晶Ge样品仍然具有蓝光发射特性,发光机理为镶嵌在轻微氧化或氮化的非晶结构中的Ge纳米晶的量子限制效应。HCPEB辐照在Ge表面也形成了自组装纳米结构,截面TEM显示量子点下方存在250nm深的缺陷通道,证实了Si表面的自组装纳米阵列形成机理,因此本文中HCPEB辐照诱发自组装纳米结构机制为:辐照时表面被迅速加热,熔化、蒸发、气化并形成等离子体,而Si, Ge是半导体材料,导电能力弱,电子辐照后表面滞留了大量的负电荷。同时,电子辐照在材料中同时引入点缺陷、位错、空位簇缺陷等具有电荷性的大量缺陷,使得表面电荷分布不均匀,而缺陷处成为负电荷的富集区域,在库仑力的作用下,表面等离子体中带正电荷的Si/Ge离子被吸引到样品表面负电荷富集位置,即缺陷处。而Si2+/Ge2+含有大量的Si/Ge原子和原子团簇,导致Si/Ge原子在表面缺陷附近沉积,在经历四个生长阶段后,最终形成了自组装纳米结构。HCPEB辐照效应说明其具备制备自组装纳米结构和半导体发光器件的潜质。
【学位授予单位】:江苏大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN304;TH74

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 关庆丰,安春香,张庆瑜,董闯,邹广田;结构缺陷对电子束诱发纯铝表面熔坑的影响[J];材料研究学报;2005年05期
2 李春来,欧阳自远,都亨;空间碎片与空间环境[J];第四纪研究;2002年06期
3 欧阳自远;我国月球探测的总体科学目标与发展战略[J];地球科学进展;2004年03期
4 刘世祥,朱美芳,石万全,刘渝珍,韩一琴,刘金龙,陈国,孙景兰,陈培毅,唐勇;发蓝绿光纳米硅薄膜的快速热处理制备[J];发光学报;1998年03期
5 王同权,沈永平,王尚武,张树发;空间辐射环境中的辐射效应[J];国防科技大学学报;1999年04期
6 陈波,尼启良,曹继红,巩岩,曹健林;空间软X射线/极紫外波段正入射望远镜研究[J];光学精密工程;2003年04期
7 陈波;尼启良;王君林;;长春光机所软X射线-极紫外波段光学研究(英文)[J];光学精密工程;2007年12期
8 何飞;陈波;张效信;;月基观测地球等离子体层极紫外辐射特性[J];光学精密工程;2010年12期
9 陈波;何飞;;月基地球等离子体层极紫外成像仪的光学设计[J];光学精密工程;2011年09期
10 王智;李朝辉;;月基极紫外相机光机结构设计[J];光学精密工程;2011年10期
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1 王庆艳;国产铷光谱灯用GG17玻璃辐照损伤及铷消耗机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 方美华;深空辐射粒子在介质材料中的输运及损伤研究[D];南京航空航天大学;2011年
3 刘震;空间极紫外成像仪器多层膜反射镜研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2011年
4 赵慧杰;低能质子和电子辐照GaAs/Ge太阳电池性能演化及损伤机理[D];哈尔滨工业大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何龙庆;林继成;石冰;;菲克定律与扩散的热力学理论[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2006年04期
2 魏齐龙,陈铮,刘兵;电场固溶对铝锂合金性能和断裂特征的影响[J];兵器材料科学与工程;2002年05期
3 王岩;徐晋勇;高成;高波;李元明;;不锈钢渗铜铈渗层成分及硬度[J];兵器材料科学与工程;2012年02期
4 李滨;;美俄卫星相撞事件中的国际法问题探析[J];北京航空航天大学学报(社会科学版);2011年04期
5 肖佐,邹积清,邹鸿,钟维英,霍宏暹,包上联,徐萍芳,朱文明,吴中祥;“资源一号”卫星星内高能粒子探测器[J];北京大学学报(自然科学版);2003年03期
6 魏传锋,李运泽,王浚,于涛;航天器热故障诊断专家系统推理机的设计[J];北京航空航天大学学报;2005年01期
7 柳得橹,邵伟然,孙贤文,霍向东,毛新平,李烈军;钢的表面带状组织及其引起的冷弯裂纹[J];北京科技大学学报;2005年01期
8 廖国;王冰;张玲;牛忠彩;张志娇;何智兵;杨晓峰;李俊;许华;陈太红;曾体贤;谌家军;;工作气压对磁控溅射Mo膜的影响[J];表面技术;2011年06期
9 刘文忠;孙艳春;张同杰;;对一个太阳系起源说的研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);2011年03期
10 朱明,宋继亮;Fe_2O_3纳米团簇的电学性质及其在光敏器件中的应用研究[J];传感技术学报;1996年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 潘洋;张泰昌;齐飞;;同步辐射单光子电离技术在燃烧和其他研究中的应用[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 王占东;杨玖重;谢铭丰;张李东;李玉阳;蔡江淮;齐飞;王晶;;1,3,5-三甲基苯的热解研究[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年
3 杨康;陈超;;超声波/声波钻探器的动力学分析与设计[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年
4 杨帅;马巧云;刘铁驹;李养贤;李永章;牛胜利;李洪涛;牛萍娟;;快中子辐照CZ-Si的FTIR分析[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
5 赵印中;李林;许旻;王洁冰;何延春;吴春华;;玻璃型镀铝二次表面镜的模拟空间环境辐照试验研究[A];第三届空间材料及其应用技术学术交流会论文集[C];2011年
6 郭烈;王荣本;毛晓燕;金立生;张明恒;;基于机器视觉的环境感知坑检测方法研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第二届学术会议论文集[C];2005年
7 刘庆会;陈明;赵融冰;;同波束VLBI在月球车相对定位和轨道器交会对接中的应用[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
8 戴志强;陈明;刘庆会;赵融冰;郑鑫;陈冠磊;;基于VLBI技术的月球车相对定位方法[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集(上篇)[C];2011年
9 侯绪研;崔金生;赵德明;姜生元;邓宗全;;基于离散元法的月面取样技术对月壤样品层理信息影响的分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第八届学术年会论文集(下篇)[C];2011年
10 李可斌;李西军;刘长松;朱震刚;杜家驹;朱警生;张裕恒;;巨磁电阻La(Y)_(0.67)Ca_(0.33)MnO_3材料的内耗和杨氏模量[A];内耗与超声衰减——第五届全国固体内耗与超声衰减学术会议论文集[C];1997年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王若璞;空间碎片环境模型研究[D];解放军信息工程大学;2010年
2 袁涛;正庚烷、异辛烷热解和预混火焰的实验及动力学模型研究[D];中国科学技术大学;2010年
3 董春杰;超声振动辅助电火花放电表面强化技术及机理研究[D];山东大学;2011年
4 陈志青;双星计划TC-2中性原子成像仪对磁暴环电流离子全球演化的探测及分析研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
5 黄娅;地球等离子体层的EUV图像分析及利用CT重建其全球密度分布[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2011年
6 王金华;天然气-氢气混合燃料直喷燃烧特性和预混层流火焰研究[D];西安交通大学;2009年
7 赵志萍;一种新型月球车行走系统相关技术及实验研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 院老虎;六轮非对称月球车运动控制方法及参数辨识研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 王庆艳;国产铷光谱灯用GG17玻璃辐照损伤及铷消耗机理研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 杨丽;几种磁性材料的辐照效应及结构演变研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赵大为;空间热循环和辐照环境对LF6铝合金焊接组织及性能的影响[D];河南理工大学;2010年
2 姜丽红;功率超声对流动A356熔体半固态组织的影响研究[D];南昌航空大学;2010年
3 肖柳;第一原理研究六方氮化硼不同结构的稳定性[D];中国海洋大学;2010年
4 曹昌盛;模板法制备一维铁氧体纳米线(管)及其磁性能研究[D];沈阳理工大学;2010年
5 楚庄;阳极氧化铝模板的制备及光学特性研究[D];昆明理工大学;2009年
6 徐慧忠;基于AMR效应与Si集成的开关芯片的制备[D];电子科技大学;2011年
7 程乙;环肋可展开天线的相似性分析[D];西安电子科技大学;2011年
8 蒋轶虎;宇航用FPGA单粒子效应监测方法及监测系统研究[D];西安电子科技大学;2011年
9 谢楠;宇航用FPGA单粒子效应及监测方法研究[D];西安电子科技大学;2011年
10 答元;MOS器件电离损伤的蒙特卡罗模拟研究[D];西安工业大学;2011年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈晔,李世清,鄢和平,王仁卉;背电场硅太阳能电池离子辐照效应[J];半导体光电;1997年01期
2 陈晓杰,李爱珍,王嘉宽,胡雨生,汪乐;Al_(0.85)Ga_(0.15)As/GaAs太阳能电池器件工艺优化研究[J];半导体光电;2000年05期
3 施小忠,李世清,鄢和平,丁棣华;GaAs太阳电池辐照效应的研究现状[J];半导体光电;1995年04期
4 杨艳;薛晨阳;张斌珍;张文栋;;用X双晶衍射法研究InGaAs/GaAs量子阱结构[J];半导体技术;2006年02期
5 丁扣宝,胡莲君;电子辐照CZ-Si单晶的深能级[J];半导体技术;1996年05期
6 任殿胜,严如岳,华庆恒,刘咏梅;用AES/XPS对异质结材料的研究[J];半导体情报;1997年06期
7 徐宏伟,王鼎盛;埋入GaAs/AlAs周期反射层提高反射式负电子亲和势阴极效率的研究[J];半导体学报;1992年11期
8 黄万霞,林理彬,曾一平,潘量;质子辐照对GaAs/AlGaAs多量子阱材料光学性质的影响[J];半导体学报;1999年11期
9 王荣,杨靖波,范强,许颖,孙旭芳;量子阱GaAs太阳电池的质子辐射效应[J];半导体学报;2005年08期
10 李标,向贤碧,游志朴,许颖,费雪英;高效AlxGa_(1—x)As/GaAs太阳电池的研制及辐照效应[J];半导体学报;1995年10期
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1 秦国泰;邱时彦;贺爱卿;祝义强;孙丽琳;林宪文;李宏;徐学培;;日照和阴影区域热层大气密度探测(A)[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十四次学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 王铁邦;二氧化硅等材料的红外光谱学研究[D];南京大学;2004年
2 王洪昌;极紫外与软X射线多层膜偏振元件研究[D];同济大学;2007年
3 吴文娟;极紫外和软X射线窄带多层膜的研究[D];同济大学;2007年
4 李兴冀;星用双极型器件带电粒子辐照效应及损伤机理[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 林炳;软X射线多层膜膜厚分布均匀性控制研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2002年
2 陈志红;被动型铷原子频标光谱灯优化设计及频标相关技术[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2001年
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中国期刊全文数据库 前10条
1 梁晶;;激光辐照导致相变现象的理论分析[J];中国原子能科学研究院年报;2007年00期
2 董苏;蔡云凯;;半导体材料测试技术的现状[J];阳光能源;2009年03期
3 卓小越;;浅谈光伏现象在太阳能通道灯照明系统中的应用[J];科教文汇(中旬刊);2009年08期
4 乔茂友;;新材料与测量控制技术[J];中国仪器仪表;1986年02期
5 李霞,吴全德;半导体材料多光子光电导特性研究[J];真空科学与技术;1988年06期
6 吴人齐;韦占凯;;Micro-FTIR光谱技术及其应用[J];现代科学仪器;1991年03期
7 黄绍艳,唐本奇,王桂珍,王祖军,刘敏波;中子对Si及GaAs半导体材料位移损伤的数值计算[J];核电子学与探测技术;2005年04期
8 赵慧春;;高压发电机绝缘设计内屏蔽结构的研究[J];黑龙江科技信息;2008年03期
9 姚凯;阮新波;王蓓蓓;顾琳琳;徐明;;第四代新光源——发光二极管[J];电源世界;2008年03期
10 刘志东;邱明波;汪炜;田宗军;黄因慧;;大尺寸及异型锗窗高效电火花线切割技术[J];航空学报;2010年06期
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1 胡睿;张华明;王关全;熊晓玲;杨玉青;魏洪源;;一种用于曲面核电池的镍膜制备工艺初探[A];第十届中国核靶技术学术交流会摘要集[C];2009年
2 陈接胜;;微孔晶体SAPO-44对Se及HgI_2半导体粒子的组装[A];材料科学与工程技术——中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
3 罗妙宣;王华;夏华丽;;LED显示技术及其发展趋势[A];2005年中国科协学术年会论文集第8分会场光固化与数字成像技术及其应用论文集[C];2005年
4 禹烨;牛燕雄;张鹏;刘杰;;强激光辐照半导体材料的热冲击效应研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
5 张敏;班士良;;压力下应变异质结中施主杂质态的Stark效应[A];第11届全国发光学学术会议论文摘要集[C];2007年
6 李剑锋;孙涛;;半导体生产对石英制品的要求[A];第四届高新技术用硅质材料及石英制品技术与市场研讨会论文集[C];2006年
7 邵云东;王柱;;用正电子湮没技术研究半导体材料GaSb的微结构[A];第九届全国正电子谱学会议论文集[C];2005年
8 张小章;邓宁;周明胜;;同位素纯硅半导体器件研制及性能测试[A];中国科协2005年学术年会论文集——核科技、核应用、核经济论坛[C];2005年
9 孙章;杨正;唐紫超;;硼、铝、镓/硅二元团簇的时间飞行质谱研究[A];第九届全国化学动力学会议论文摘要集[C];2005年
10 吴惠桢;曹萌;劳燕锋;刘成;谢正生;曹春芳;;离子刻蚀Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的损伤机理[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 常丽君;辉钼有望代替硅成为新一代半导体材料[N];科技日报;2011年
2 记者 李锐;上海新阳欲做世界一流半导体材料供应商[N];上海证券报;2011年
3 上海新阳半导体材料股份有限公司总工程师 孙江燕;半导体材料本地化需求趋增[N];中国电子报;2010年
4 ;东汽峨半:勇做中国半导体材料行业的领跑者[N];中国有色金属报;2008年
5 ;中外科学家共同发现两种新型半导体材料[N];人民邮电;2002年
6 ;新政策对半导体材料业有积极作用[N];中国电子报;2009年
7 本报记者 三木;半导体材料寻求行业突破[N];中国高新技术产业导报;2003年
8 记者任建民;科学家发现新一代半导体材料[N];人民日报;2002年
9 京新;科学家发现新一代半导体材料[N];中国有色金属报;2002年
10 CCID微电子研究所;日益丰富的半导体材料[N];中国电子报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孔晋芳;氧化锌基半导体材料的拉曼光谱研究[D];上海交通大学;2009年
2 俞琳;非磁性离子掺杂宽带隙半导体磁性的第一性原理研究[D];山东大学;2010年
3 赖康荣;几种铋基半导体材料的电子结构及光催化性质的理论研究[D];山东大学;2012年
4 王威;配位型有机/无机复合半导体材料的结构与性质研究[D];清华大学;2009年
5 朱金广;多层半导体材料中光学声子的辅助共振隧穿[D];内蒙古大学;2012年
6 吕鹏;荷电粒子束辐照作用下若干光学器件及半导体材料的微观结构和性能[D];江苏大学;2014年
7 刘金章;一维纳米功能材料的制备与特性研究[D];兰州大学;2006年
8 俞笑竹;新型半导体材料的制备及性能研究[D];上海交通大学;2012年
9 何燕;半导体材料的磁性及高压相变的研究[D];浙江大学;2010年
10 丁古巧;多孔阳极氧化铝模板的制备、表征以及在半导体纳米结构材料制备中的应用[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱芳;有机功能半导体材料的设计合成与性能研究[D];大连理工大学;2010年
2 陈美良;有机—无机半导体材料界面的结构和电子态研究[D];浙江大学;2009年
3 王一鹏;等离子体浸没注入技术对半导体材料的改性研究[D];复旦大学;2010年
4 杨德明;SiC半导体材料抗辐照特性研究[D];长春理工大学;2014年
5 陈玉明;半导体材料带隙宽度的尺寸和温度效应研究[D];湘潭大学;2011年
6 叶茂群;阶跃光激励下的半导体光热光偏转现象[D];浙江师范大学;2011年
7 郭永亮;缺陷黄铜矿半导体A~ⅡB_2~ⅢC_4~Ⅵ电子结构和光学性质的理论研究[D];河南师范大学;2013年
8 柯晓娟;半导体材料测试仪器的设计与制作[D];武汉科技大学;2013年
9 王晓斌;镓基半导体材料的二次转化法制备与表征[D];太原理工大学;2013年
10 郭莉;半导体材料的飞秒激光微纳加工[D];吉林大学;2010年
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