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《武汉大学》 2015年
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基于串列加速器的离子束淺注入技术和离子束分析技术研究

张早娣  
【摘要】:本论文工作围绕2×1.7 MV串列加速器系统,完成了以下四个方面的工作:1、简要介绍了加速器的历史及国内外加速器技术发展情况。对卢瑟福背散射分析、沟道背散射分析、非卢瑟福背散射分析、弹性反冲探测分析、核反应分析和粒子激发X射线荧光分析等离子束分析方法的原理和应用作了简要介绍。2、拓展了加速器的铯溅射负离子源系统的功能,引出了H-、Li-、B-、C-、 Si-、P-、Fe-、Cu-、Au-等多种负离子以及Ci-C10、F1-F8、Si1-Si8、Bi-B6等团簇负离子束。以2×1.7 MV铯溅射离子源为基础,做了以下两方面的工作:1)在离子源和加速管之间设计并安装了一个小型靶室,设计了可旋转样品架,并安装了减速电极,用离子源引出的负团簇离子束在Si衬底上制备了超薄碳膜。碳团簇(C1-C10)的束流大小为1 nA-50μA。用0.2μA的C2-在SiO2 (300nnm)/Si衬底上沉积了纳米结构碳膜。2)设计了多位靶架安装于原有法拉第杯的位置,作为注入靶室。同时设计了一套电扫描器,安装在两个450分析磁铁之间。将C1-C8团簇负离子注入到Ni(50 nm)/SiO2/Si衬底上,辅以700-1000-C条件的真空热退火,利用C在Ni中的低固溶度,使之在表面析出,得到了graphene膜层。通过不同团簇大小不同注入剂量,不同退火条件等参数的优化,在20 keY的C4团簇以12×1015 cm-2的剂量注入到衬底中,并以2℃/min冷却速率退火的样品中得到了单层石墨烯。研究表明石墨烯的层数和品质与注入剂量和热处理工艺都有密切关系。3、对RBS/C靶室的控制系统用Labview程序进行了数字化改造,实现了沟道能谱测试自动扫描,建立了包含RBS/C、ERD 和 NRA的离子束分析束线。通过对单晶硅、Ni/Si、BiFeO3:La/Si、Ti注入SiO2, Fe离子注入单晶1nP样品的定性测试和定量分析,对离子束分析束线进行了系统的运行调试。建立了基于Qbasic程序的解谱软件,比较了SIMNRA和Qbasic两种解谱软件的优缺点。4、利用离子束分析测量轻元素。首先利用非卢瑟福背散射(non-RBS)测量了MoC/Mo/Si、TiBN/Si 以及 TiBCN/Si样品中的轻元素B、C、N。然后优化了RBS-ERD综合靶室结构,在靶室内安装了环形轨道,便于ERD测试中对探测角度的精确调节。用2.97 MeV.的C2+作为入射离子,测量了Si中注入的H和钢焊接点的H的弹性反冲谱。用2.95 MeV的C2+测量了Si中不同注入能量和剂量的He的弹性反冲谱。弹性反冲探测的分析结果不理想,具体原因可能与入射离子能量、靶室几何参数的设置、吸收膜厚度等因素有关。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TL503.3

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