中国科学院物理研究所的离子束分析及离子注入改性研究

介绍了中国科学院物理研究所离子束研究室的主要设备、分析方法、离子注入材料改性研究以及近年来在半导体材料、高Tc超导材料、环保等领域中的研究工作。

线调谐的长寿命TEA CO_2激光器

利用红外光栅调谐的双放电TEA CO_2激光器,在CO_2的10.4μ带和9.4μ带的P支和R支的86条谱线上获得了激光输出,强线输出能量2j,10p(20)线线宽为0.19cm(-1)。激光器一次充气可正常工作几十万次。用激光引发“闪光”方法成功地纪录了激光输出谱线。该器件已用于激光分离同位素工作。

He离子注入不锈钢中的温度影响

用增强质子背散射、SEM、TEM和显微硬度测量等手段,研究了He离子注入316L型不锈钢中的行为,离子束能量和剂量区域分别为30—170keV和10^(14)-3×10^(17)He^+/cm^2,靶温和后退火的温度区域为77—673K。研究了温度对He捕获、He泡结构、He泡的生长和合并等特性的影响。测量了注氦层显微硬度的变化。

用质子弹性散射法研究不锈钢中注入的氦

用质子弹性散射法研究了316L不锈钢中注入的氦。在77—673K温区,30—170keV能区完成了不同剂量(10^(16)—3×10^(17)/cm^2)的He注入。当靶温≤RT时,He能被不锈钢有效地捕获且最大浓度随剂量的增加而线性增加。在给定的剂量下,当靶温较高时,被捕获的He的数量Q随温度增加而减少,这意味着在较高的温度下注He,同时有He的再发射发生。比较不同靶温下注He得到的He分布可以看出:注入时He的捕获和迁移强烈依赖于靶温。

用C离子的弹性反冲法测固体中氢分布

文章介绍了用1.7MV小串列加速器提供的4—7MeV多电荷C离子,采用弹性反冲法(ERD)分析了α-Si:H中氢元素的深度分布。计算表明,近表面处的深度分辨率为15-30nm,可探测深度100—700nm。探讨了入射能量和散射几何条件的优化问题。比较了几种分析方法的测量结果。

硫化体系对CSM电缆料性能的影响

研究了5种硫化体系对氯磺化聚乙烯(CSM)电缆料性能的影响;通过对电缆料硫化特性、力学性能、老化性能及阻燃性能的测试及分析。试验结果表明,不同硫化体系胶料硫化时间均较短,TAIC硫化体系胶料加工安全性最好;TRA硫化体系胶料的硬度、拉伸强度最大,季戊四醇硫化体系胶料具有较好的抗撕裂性能;老化后5种硫化体系胶料硬度增加,伸长率减小;TAIC硫化体系胶料的氧指数最大,总体来看,TAIC硫化体系电缆料的综合性能最佳。

南极长城站大气气溶胶组成研究

南极地区提供了地球上最好的研究气溶胶的背景组成场所,为此,我们用八级阶式撞击采样器采集了不同粒径的样品。采样于1986年间在南极中国长城站进行,样品分析方法是质子激发X射线发射法(PIXE)。为了研究不同元素的富集因子,将全部结果分为两组,粒径大于10/μm粒子为粗粒,小于10/μm的粒子为细粒,并且还讨论了粗、细粒中各元素的相关因子,长城站气溶胶所测元素结果与其他地区采样点所测结果作了比较,证明南极地区是地球上良好的背景地区。

多型腔装置硫化用模具的设计

通过对多型腔装置硫化用模具的设计,包括对模板、凹槽、模芯、垫板及定位柱的设计,组装后的模具可用于实验室多型腔装置的硫化成型,模具结构简单、拆装方便,易于清理;在多型腔装置中放置裁刀,可同时完成一组试样的冲裁,减少了人力和物力,提高了工作效率,不需要调整裁刀的位置和方向,即可保证冲切方向的准确性和试样的规范性,将裁刀放入型腔内,便于统一存放,实现了多功能化.

Si_（0．5）Ge_（0．5）合金的热氧化物的研究

利用卢瑟福背散射（ＲＢＳ）、Ｘ光电子谱（ＸＰＳ）和俄歇电子能谱（ＡＥＳ）分析，研究了Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５合金在１０００℃下湿氧化所生成的氧化物的特征．结果表明：这种氧化物为双层结构．靠近表面的一层为（Ｓｉ，Ｆｅ）Ｏｘ混合层，在其下面是纯的ＳｉＯｘ层，Ｇｅ被排斥并堆积在ＳｉＯｘ／Ｓｉ０．５Ｇｅ０．５界面附近．在本实验条件下，（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏｘ层的厚度约为２５００Ａ，它的形成时间不足５分种．当氧化的时间延长时，ＳｉＯｘ的厚度随之增加，但（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏｘ的厚度几乎不变．还发现：在这些氧化物中，Ｓｉ２ｐ和Ｇｅ３ｄ芯能级的化学位移比在单晶Ｓｉ和Ｇｅ上生长的ＳｉＯｘ和ＧｅＯ２中相应的值明显增大。

MeV级Si^＋高温注入GaAs的晶格损伤积累与注入剂量的关系

用卢瑟福背散射／沟道技术研究了１ＭｅＶＳｉ＋加温注入ＧａＡｓ所造成的晶格损伤积累与注入剂量的关系．观察到三个不同的损伤剂量区：在５×１０１４─２×１０１５ｉｏｎｓ／ｃｍ２的低剂量区内，晶格损伤轻微并且几乎与注入剂量无关；在２×１０１５─１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２的中等剂量区域内，在几乎无损伤的表面区域以下形成损伤埋层，晶格损伤积累随注入剂量的增加而迅速增加；在高于１×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２的高剂量区域内，晶格损伤积累随注入剂量的增加而缓慢增加．从级联碰撞和空位扩散迁移的角度分析了相关的物理过程．

用离子束研究金属中氦的行为

本文介绍了应用离子束技术研究氦在金属中的行为,讨论了金属中氦的捕获、扩散、及氦与氢同位素的相互作用等基本特性。

In_(0.25 )Ga_(0.75)As/GaAs应变异质结的离子沟道分析

本文采用Li离子作为背散射-沟道实验的分析束来研究In_(0.75)Ga_(?)As/GaAs应变异质结的结构.沟道效应和角扫描的实验表明,由于晶格失配,异质结的点阵发生应变,晶格常数在生长方向产生～0.04A的拉伸或压缩,于是离子沟道在<110>倾斜方向发生0.9°的扭折,导致沿这个方向的严重退道.对较厚外延层的样品,除应变结构外,在生长过程中还形成失配位错结构及其他点阵缺陷,从而产生附加的退道。

质子激发X射线荧光法测定高纯空气中痕量金属杂质Cr、Cu、Fe、Zn

本实验用质子激发X射线荧光法(简称PIXE法)测定了高纯空气中的痕量元素。空气样品用过滤法采集,将过滤装置与空气气路联结,微粒法采集在核孔滤膜上,后端接空气流量计,控制流量在0.5 L/min,采集2～4 h。然后用PIXE测定。此法适于分析微区样品中的痕量金属杂质。Cr、Fe、Cu、Zn的检测下限小于0.1ng/cm^2,标样由美国微物质公司(Micromatter Co.U.S.A.)提供。

高能硅离子注入GaAs的晶格损伤研究

用卢瑟福背散射／沟道技术研究了１ＭｅＶＳｉ￣＋在３５０℃高温和室温下以不同剂量注入ＧａＡｓ后的晶格损伤。在衬底加温注入下，观察到ＣａＡｓ中存在一个动态退火速率与缺陷产生速率相互平衡的剂量范围以及两种速率失去平衡时的临界剂量。用级联碰撞理论分析了所观察到的实验结果。

Al_（0．3）Ga_（0．7）As／GaAs超晶格在高能高温注入下的晶格损伤

用卢瑟福背散射／沟道技术研究了ＩＭｅＶＳｉ￣＋衬底加温注入Ａｌ_（０．３）Ｇａ_（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格和作为比较的ＧａＡｓ晶体后晶格的损伤积累与注入剂量的关系。实验结果表明，在注入剂量比较小的情况下，两种晶体都只有很轻微的损伤；动态退火过程的存在抑制了晶格损伤的积累。但在较高的注入剂量下，在几乎无损伤的表面下两种晶体中都形成了损伤埋层，且ＧａＡｓ中损伤峰处的损伤程度和损伤峰的宽度都大于Ａｌ_（０．３）Ｇａ_（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格中的情形，根据级联碰撞理论分析了晶体中的损伤积累过程，并从化学键相对强度差异的角度定性地解释了ＧａＡｓ和Ａｌ_（０．３）Ｇａ_（０．７）Ａｓ／ＧａＡｓ超晶格实验结果的不同。

Ni/Si,Pt/Si,Ir/Si系的As离子注入和退火

本文用RBS,AES,TEM和X射线衍射等实验方法,分析比较了Ni/Si,Pt/Si,Ir/Si系统在室温下As离子混合和热退火的行为.得出在Ni/Si系统中,硅混合量Q_(s1)与剂量Φ的平方根成正比,形成Ni_2Si相.在Pt/Si系中,硅混合量也与剂量的平方根成正比,先后形成Pt_3Si和Pt_2Si相.对Ir/Si系,Q_(s1)与Φ则是线性关系:Q_(s1)=aΦ+b,未测到化学相.实验表明:离子束混合能大大增强金属和硅化物的化学反应.在离子混合和退火形成硅化物的过程中,注入杂质As的分布有显著变化.

物理所2×1.7MV串列加速器的运行与使用

物理所2×1.7MV串列加速器已正常运行8年。主机稳定、束流传输较好,将自制潘宁离子源与原机上的860型溅射负离子源配合,已引出并使用的有H、He、Li、O、F、Ti等30多种元素的各价态离子。在使用过程中发展了背散射、沟道技术、质子激发X射线分析、核反应分析、弹性反冲分析等多种分析手段和MeV级扫描离子注入系统:μm束探测系统以及相应的管道、靶室、数据采集和处理系统。该机已服务和支持了国内外26所大学和20多个研究所100多个课题的研究工作,提供16000多个有效机时。

中子辐照GaAs的沟道卢瑟福背散射研究

用沟道ＲＢＳ方法研究了中子辐照ＧａＡｓ的缺陷在快速退火过程中的恢复行为．结果表明，在１０１４～１０１７／ｃｍ２范围内离位原子浓度近似按辐照剂量量级的平方关系增长．中子辐照效应对ψ１／２没有影响．经一定剂量辐照后，退火温度越高，退火时间越长，离位原子的恢复效果越明显．１０１５／ｃｍ２剂量辐照损伤的恢复激活能Ｅ１０．３５ｅＶ，可能对应空位与迁移而来的填隙原子的复合；而１０１７／ｃｍ２剂量辐照损伤的恢复激活能Ｅ２０．１３ｅＶ，对应空位与其附近的填隙原子的复合．

铒注入Si（100）的结晶和掺杂规律研究

研究了Ｓｉ（１００）注入铒后所形成的表面非晶层在不同退火温度下的固相外延结晶以及铒的迁移和掺杂规律。结果表明，表面非晶层先以基体单晶硅为晶种固相外延结晶，铒在品体非晶界面们析，但当用偏析聚集到一定浓度时则外延结晶停止，剩余损伤层变为多晶结构。在３５０ｋｅｖ的高剂量注入下，再结晶区域内的最大掺杂浓度随退人温度的增加而降低，但对１５０ｋｅｖ的低剂量注入，观察到８５０℃退火温度下掺杂浓度的反常增强。

离子注入及退火对GaAs/Si晶体完整性影响的研究

本文用4.2MeV ~7Li离子卢瑟福背散射沟道技术研究了Si上外延GaAs膜在MeV Si离子注入及红外瞬态退火后的再生长过程。实验表明,离子注入可使GaAs外延膜内形成一无序网络,当注入剂量低于某一阈值时,850℃,15秒退火后,损伤区可完全再结晶,再结晶后的GaAs层的晶体质量特别在界面区有很大的改善;当剂量超过该阈值时,出现部分再结晶。激光Raman实验也表明,经过处理后的GaAs层Raman谱TO/LO声子的比率比原生长的样品有很大的降低。