強流脈沖離子束輻照砷化鎵溫度場的數(shù)值模擬.pdf

1、強流脈沖離子束因其自身的諸多優(yōu)越性，在材料領域里越來越受到重視。不同能量密度的束流因與靶作用效果不同而用來進行不同的研究目的，較低的能量可以直接用于改性，較高的能量既可以用來改性又可以用來沉積薄膜及制備納米粉。如何針對不同的靶材控制工藝參數(shù)達到實現(xiàn)不同的目的，需要從理論上進行指導，不能僅憑經(jīng)驗確定，因而建立有效的數(shù)值方法來解決這一非線性問題是非常必要的。 緊密結(jié)合我們?nèi)牧细男試抑攸c實驗室從俄羅斯引進的TEMP型強流脈沖離子

2、束(IPIB)加速器，根據(jù)擬合實測磁絕緣二極管(MID)電壓波形以及采用法拉第筒檢測的離子流密度建立了相應的物理模型，研究了IPIB輻照GaAs材料的過程中，材料內(nèi)部溫度場的變化，通過數(shù)值模擬找到GaAs靶發(fā)生熔化和汽化的能量閾值及其在一個脈沖時間內(nèi)的溫度場時空變化曲線。 研究了輻照過程中熱力學效應，建立了燒蝕過程的一維模型，對GaAs靶的燒蝕過程進行了數(shù)值計算，得到了脈沖處理過程中靶材內(nèi)部的溫度場分布及其演化規(guī)律。在溫度場的模

3、擬過程中，首先通過實測數(shù)據(jù)擬合了脈沖寬度為70ns，加速電壓峰值為300kV，平均脈沖束流密度為180A/cm2的電壓和束流密度曲線以及功率密度函數(shù)。束流成分為H+70％、C+30％的IPIB垂直輻照GaAs材料，一個脈沖結(jié)束后，混合離子束的能量沉積深度為2.75μm左右，表面處沉積的最大能量是18.2kJ/cm左右。模擬結(jié)果給出了GaAs材料內(nèi)部的溫度時空分布和GaAs材料的熔化閾值為2.59kJ/cm，發(fā)生在脈沖開始后的第10ns。