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Ar~(q+)离子与HOPG表面相互作用的纳米刻蚀效应研究

杨秀玉  
【摘要】: 近年来,高电荷态离子源、表面探测技术以及超高真空(Ultra High Vacuum)和其它实验条件的发展为研究高电荷态离子与固体相互作用提供了很好的条件。高电荷态离子与固体相互作用时不仅会诱发各种粒子溅射,如电子、原子、离子团等,还会在一定条件下改变固体表面局域结构形成纳米缺陷。低速高电荷离子与固体相互作用时只在表面产生纳米缺陷而不会破坏固体内部结构,因此是很好的表面刻蚀方法。而且,通过控制入射离子的电荷态和动能就可以改变纳米缺陷的尺寸。 本文采用Ar~(q+)离子轰击高定向石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite,HOPG)样品,通过STM观测表面产生的纳米缺陷,对这些纳米缺陷尺寸进行统计得出每种离子产生纳米丘的平均值。研究动能和势能对纳米丘的贡献,初步探讨纳米丘的形成机理。单电荷态离子Ar~(1+)与高定向石墨作用时,主要是动能效应产生纳米丘。高电荷离子Ar~(q+)(q=8,9)与高定向石墨作用时,动能和势能都对纳米丘的形成有贡献。分析得出当入射离子电荷态增加时,势能效应逐渐增强并抑制动能效应,因此在很高电荷态时势能效应占主导。对纳米丘的形成机理作了初步的探讨,认为动能效应产生纳米丘是原子级联碰撞在HOPG表面层产生缺陷或原子的位错,这样形成纳米缺陷。而势能效应产生纳米丘可以用“热峰模型”来解释。


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