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包含杂质共沉积的斜入射低能氩离子束诱导石英自组织纳米结构

陈德康  
【摘要】:低能离子束诱导自组织纳米结构是一种新型的微纳米加工方法,而杂质共沉积作为控制自组织纳米结构生长的有效手段迅速地成为该领域的研究热点之一。但是,杂质共沉积作用机制的复杂性却限制了它的发展。为此,本文针对杂质共沉积下离子束诱导自组织纳米结构的若干问题进行了研究,重点研究了其出现的物理机制,并初步探索了该技术对材料表面光学特性的影响。论文主要的研究内容和研究成果如下:1.重点研究了杂质共沉积下离子束诱导自组织纳米结构的特征随离子束入射角度、离子束轰击时间和离杂质靶距离等要素演化的规律。实验结果表明,杂质共沉积不仅可以在小于离子束临界入射角的条件下促进纳米结构的生成,同时也可以在大于离子束临界入射角的条件下(一般在30°以上)调制纳米结构的特征,且该种调制作用是基于纯离子束溅射图形的引导。结合物理化学表征和仿真计算等方法深入研究了杂质调制作用的物理机制,证明了杂质调制作用主要来自于几何因素的作用而不能单纯地依据传统的杂质浓度理论进行解释。这些研究进一步扩展了杂质共沉积的物理机制理论。2.研究了杂质共沉积促进自组织纳米结构刻面化的现象。实验结果表明,杂质共沉积具有放大自组织纳米结构振幅的作用,使得图形演化加速进入非线性阶段,并最终增强了结构的刻面化过程。结合物理化学表征等手段证明了杂质共沉积的振幅放大作用是来自于阴影效应和相分离作用。这些研究证明了杂质共沉积是解决纯离子束诱导刻面图形中瓶颈问题的有效手段,为刻面状自组织纳米结构的应用打下了基础。3.初步研究了杂质共沉积下离子束诱导自组织纳米结构的光学特性。实验结果表明,所制作的自组织纳米结构在紫外波段具有一定的增透特性。结合理论仿真等手段对其表现光学特性的物理机理进行了初步讨论,结果表明结构的增透特性主要来自于折射率渐变效应。这些成果证明了杂质共沉积下离子束诱导自组织纳米结构的光学应用潜力,为日后该技术在光学上的应用奠定了基础。


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