F原子与Si表面相互作用的动力学研究

采用分子动力学方法模拟了F原子与Si表面相互作用,F原子入射能量分别为0.3,1,3,5,7和9 eV。在模拟过程中,F原子的沉积率与Si表面悬键密度有关,而Si原子的刻蚀率与表面晶格结构破坏程度有关,随着Si原子刻蚀率的增加,样品高度降低。在不同能量F原子作用下,样品Si表面形成Si-F反应层。Si-F反应层的厚度随入射能量的增加而增加,其组成成分对产物有至关重要的影响。

分子动力学模拟C＋离子与聚变材料钨的相互作用

采用分子动力学方法模拟不同能量的C+离子与聚变材料钨的相互作用。模拟结果表明:当C+离子入射剂量为3.11×1016cm-2,入射能量为50 eV时,样品表面形成一层碳膜;而入射离子能量为150和250 eV时,C+离子入射到样品内与钨原子共同形成碳钨混合层,样品表面没有形成碳膜;碳的沉积率随能量的增大先减小后增加,溅射率随能量的增大先增大后减小;轰击后的样品中,碳原子密度、C-W键密度及C-C键密度分布都随能量的增加逐渐向样品内移动,且C-W键分布厚度随能量的增加而逐渐增加,C-C键分布厚度几乎不随能量变化;在作用过程中极少量的钨原子发生溅射,但引起钨晶格损伤严重;碳在轰击后的样品中主要以Csp3杂化形式存在。

C^+轰击铍的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了入射能量对C+离子与Be样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,随着C+离子的入射能量增大,C+离子注入深度也增加,Be原子的溅射产额近似线性增加,而滞留在样品中的C原子数量变化不大,在C+离子轰击Be样品的初始阶段,样品中Be原子的溅射产额较大,而随着C+离子注入剂量的增加,Be原子的溅射产额逐渐减小并趋于稳定。在此作用过程中,在样品表面形成一个富C层,减缓了样品中Be原子的溅射速率,起到了保护Be样品的作用。

直线等离子体装置中氩等离子体热负荷特性研究

利用自建的单阴极直流弧光放电直线等离子体装置研究了氩等离子体的稳态热负荷特性,拟为研究等离子体性质、及其与壁材料相互作用提供一定的参考。研究表明,实验中产生的氩等离子体热负荷可达0.5 MW/m2,能持续稳定放电5h以上;氩等离子体热负荷与输入功率成正比,热效率随输入功率的增加而增大;等离子体热负荷强烈依赖于磁场和气体流量,磁场越强、流量越高热负荷越大;同时,增加气体流量或增强磁场,均可显著提高等离子体热效率。通过测量相同条件下距离阳极等离子体喷口215和430mm处的热负荷发现,两处热负荷相差2倍,表明在轴向上热负荷与距离成反比。

分子动力学模拟不同入射能量的CH与碳氢薄膜的相互作用

本文使用分子动力学方法模拟低能CH与碳氢薄膜的相互作用,以探讨在核聚变过程中CH的再沉积行为及对面向等离子体材料性质变化的影响。选择的入射能量分别为0.3,1,5,10 eV。模拟结果表明随着入射能量的增加C原子与H原子的吸附率增加,且在入射能量大于CH离解能的情况下,同一能量下H原子的吸附率小于C原子的吸附率。随着入射能量的增加,薄膜的厚度增加,薄膜中含有Csp2的范围变宽,并且表面逐渐转变为Csp2表面。薄膜中的C主要以Csp3形式存在,其次是Csp2,几乎不含Csp1。通过统计薄膜中的CHx（x为1~4）发现CH占优势,其次是CH2,而CH4的量非常少。

低能He^+、Ar^+、Xe^+轰击SiC的蒙特卡诺模拟

应用蒙特卡诺程序SRIM对He+、Ar+、Xe+轰击SiC的微观过程进行了模拟。对不同能量(100~500eV)以及不同角度(0~85°)下He+、Ar+、Xe+轰击SiC引起的溅射率、溅射原子分布、溅射原子能量以及入射离子在SiC中的分布情况进行了分析比较。结果表明对于原子量较小的He+入射SiC所引起的溅射主要是由进入表面之下的背散射离子产生的碰撞级联造成的,溅射原子具有较高的能量;对于原子量较大的Ar+、Xe+入射所引起的溅射主要是由进入SiC内部的离子直接产生的碰撞级联产生,溅射原子的能量相对较低。随着离子入射角度的逐渐增加,SiC的溅射率逐渐增加,在70°左右达到溅射峰值,随着入射角度的继续增加,入射离子的背散射不能使碰撞级联充分扩大,反冲原子的生成效率急剧降低,导致溅射率开始急剧下降。

低能入射Si与Si(001)2×1重构表面相互作用过程的分子动力学模拟

利用Tersoff势函数,对300K时初始入射动能为0.03eV的单个Si原子从6个不同位置轰击Si(001)2×1重构表面的动力学过程进行了模拟.分析了入射Si原子的动能变化、势能变化以及其运动轨迹.结果表明:入射原子与表面原子相互作用几个皮秒后即可进入稳定位置,其与基底原子的结合能最大可以达到2.99eV;从位置1,2,3,4入射的原子不能使基底表面的二聚体键断开,而从位置5和位置6入射时,表面二聚体键的断开在入射原子与基底表面原子发生相互作用几十飞秒后即可完成.

BaTiO_3系陶瓷电压非线性特性研究

对ＢａＴｉＯ３ － ＢａＺｒＯ３ ，ＢａＴｉＯ３ － ＢａＳｎＯ３ ，ＢａＴｉＯ３ － ＳｎＯ２ ，ＢａＴｉＯ３ － ＳｒＴｉＯ３ 非线性陶瓷材料的介电性能（ε，ｔａｎδ） 与外加直流偏置电场、交流电场、测试频率、环境温度的关系进行了研究． 结果表明，这些材料均具有较强的电压非线性特性．ＢａＺｒ０ ．１３Ｔｉ０．８７Ｏ３ ，ＢａＳｎ０ ．０６Ｔｉ０．９４Ｏ３ 在直流偏压下ε可变化１．５～２ ．７ 倍；在交流电压下ε可变化２ ～２ ．５ 倍，且具有高介电常数（ε＝ ２ ０００～３ ５００） 、较高抗电强度（＞ ２ ５００ Ｖ／ｍ ｍ），可用作开关电源ＲＣＤ 保护电路的非线性陶瓷电容器和荧光灯无触点起辉器材料．Ｂａ１－ ｘＳｒｘＴｉＯ３（ ｘ＝ ０．６～０ ．７）在直流偏压下ε变化２０ ％ 左右，且具有高抗电强度（ ≥４ ０００ Ｖ／ｍ ｍ）、适中的介电常数、低介质损耗、较好的频率特性和稳定的温度特性，因而可用作相控阵天线陶瓷移相器介质． 实验还发现，加正、反两方向直流偏压时，材料的ε－ Ｅｂｉａ曲线不重合．

Ar流速对多级弧放电装置中Ar等离子特性的影响

采用PLASIMO程序模拟了入口处Ar流速对多级弧放电产生的非热平衡Ar等离子体特性的影响。模拟结果发现:从入口处到出口处,沿中心轴线,压强逐渐降低,电子平均能量基本保持不变。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子数密度呈增大趋势;从入口处到出口处,电子数密度呈先增大后减小的趋势;当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,电子数密度最大值分别为10.13×1021,16.31×1021,18.98×1021和26.33×1021 m-3;随着流速的增大,其电子数密度逐渐增大。当流速一定时,从器壁到中心轴线处,电子温度逐渐增大;从入口处到出口处,电子温度呈先增大后减小再增大的趋势,并在中心轴线处距入口55～60mm有最大值,当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,其最大值分别为1.299,1.234,1.157和1.132eV;由于入口处和器壁处的电子温度都为0.517eV,所以随着Ar流速的增大,其电子温度逐渐减小。当Ar流速一定时,从器壁到中心轴线处,离子温度逐渐增大;从入口处到出口处,离子温度呈先增大后减小的趋势,并且在中心轴线距入口20～30mm离子温度取得最大值,当流速分别为50,100,150和200cm3/s时,离子温度最大值分别为0.815 6,0.907 02,0.975 2和1.014eV。随入口处流速的增大,电弧腔体内的离子温度逐渐增大。

聚变堆中H刻蚀碳氢薄膜的分子动力学模拟

使用分子动力学方法模拟了低能H原子与碳氢薄膜的作用过程,以了解基于核聚变装置中等离子体与C基材料的相互作用机制。模拟中使用REBO(reactive empirical bond order)势函数来描述C-H体系中原子间的相互作用,并使用Berendsen热浴来控制体系的温度。文中着重探讨了入射能量对低能H原子刻蚀碳氢薄膜的影响,入射能量分别为0.3,1,5和10eV。模拟结果显示随着入射能量的增加,H原子的吸附率增加,C原子和H原子的刻蚀率增加。同一能量下H原子比C原子更易发生刻蚀。通过讨论发现在H原子与碳氢薄膜作用过程中,当能量大于1 eV时,由于入射的H原子先沉积在表面并与表面原子发生反应形成碳氢化合物,然后在后续入射粒子的轰击下碳氢化合物在表面发生解吸附现象,从而导致了C原子的刻蚀,因此C原子的刻蚀发生主要是化学增强的物理溅射。

不同流速对LTE态下氢等离子体特性的研究

采用二维流体力学模型研究了多级直流弧放电装置中流速对处于局部热平衡状态下氢等离子体特性的影响。分析了氢等离子体中心轴线处电场和压强的分布情况;各粒子密度在通道中的分布状态;通道出口处等离子体温度以及电导率的分布情况。模拟结果表明,随着流速的增大,中心轴线处电场和压强均增大;通道中氢等离子体的各粒子密度变化很小;通道出口处等离子体温度以及电导率在出口处沿径向的分布影响不大。

分子动力学模拟CH^+离子与聚变材料钨的相互作用

采用分子动力学方法模拟了不同能量的CH+离子与聚变材料钨的相互作用。模拟结果表明:在入射过程中,能量分别为50、100和150eV的入射粒子,在不同入射剂量下,碳、氢原子沉积率发生突变,相互作用过程中造成少量的钨原子发生溅射,但溅射率不超过0.24%。当入射剂量达3.92 1016cm 2左右时,入射能量为50eV的离子轰击样品的表面形成一层不含钨原子的碳氢薄膜,其它能量下形成钨碳氢的混合薄膜;而碳、氢原子沉积率都随入射能量的增加先减小后增加,沉积率最小值分别出现在能量为250和200eV时;轰击后的样品中碳氢原子、C H、C C、W C键密度分布都在向样品内移动,且样品中碳原子主要以sp3杂化形式存在。

入射能量对H2^＋与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

用分子动力学方法研究了入射能量对H2+与SiC样品表面相互作用的影响。模拟结果表明,在H2+轰击SiC样品表面的初始阶段,样品中H原子的滞留量增加较快,其后,增加的速率减慢,并逐渐趋于饱和。入射能量越大,样品中H原子的滞留量也就越大。样品在H2+的轰击下,样品Si、C原子会发生刻蚀。入射能量越大,Si和C原子的刻蚀量越大。在相同入射能量下,Si原子的刻蚀量大于C原子。生成的产物中,以H,H2和SiH4为主;产物H2的量随着能量的增加而减小。其他产物随着入射能量的增加而增加。

样品温度对Ar^+与SiC样品表面相互影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了样品温度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,SiC样品中Si原子的溅射产额随着温度的升高而增加,而温度对C原子的溅射产额影响不大。在相同温度下,Si原子的溅射产额要高于C原子的溅射产额。溅射出来的Si原子和C原子主要来源于样品的表层区域,样品中的Si和C原子密度、键密度及它们的成键方式也发生了较大的变化。初始样品中Si和C原子的密度是均匀的,而被轰击过后的样品表面Si原子的密度要高于C原子,而样品中部C原子的密度要高于Si原子。初始样品都是Si-C键,成键方式为Si-Csp3;被轰击过后又有Si-Si和C-C键,成键方式也发生了变化,还有Si-Csp1和Si-Csp2。

电流对多级弧放电装置中的氩等离子体

使用PLASIMO模拟了不同外加电流对多级弧放电产生的非热平衡下的氩等离子体特性的影响。在模拟中,腔体两端所加电流分别为30,50,70和90 A;模拟结果表明,在模拟区域内,电子密度呈先增大后减小的趋势,并且随着外加电流的增加,中心轴线上出口处的电子密度、电子温度和重粒子温度均逐渐增大。电子的电导率和电子以及重粒子的热导率也随着外加电流的增加而增大。

CH与聚变材料Be相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同能量的CH粒子与聚变材料Be的相互作用。根据托卡马克中的环境,入射粒子CH的模拟入射能量分别设定为低能量(1,5,10,25 eV)和高能量(50,100,150,200 eV),其中碳的沉积率随能量的增大逐渐增加,而氢的沉积率恰好相反。当CH粒子的入射能量为低能量时,Be样品表面形成一层碳氢膜;且其膜厚度越来越薄,并且形成一个厚度逐渐增加中间层;当入射能量为高能量时,样品中的Be原子溅射越来越大,入射粒子在样品中的入射深度越来越深,对样品的破坏越来越大,且会在样品中形成一个C反应层。

入射角度对Ar^+与SiC表面相互作用影响的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了入射角度对Ar+与SiC样品表面相互作用的影响。由模拟结果可知,入射角度对样品原子溅射影响很大。随着入射角度的增大,Si原子和C原子的溅射量先增加后减小。相同入射角度下,Si原子的溅射阈值比C原子的小,Si原子的溅射量大于C原子的溅射量。初始样品在Ar+以不同角度轰击2000次后的形貌各异。产物中主要以Si原子和C原子为主,有少量的Si类和C类产物。入射角度对产物Si原子的角度分布几乎没有影响,而对产物C原子的角度分布有较小的影响。

H与C/Be混合层相互作用的分子动力学模拟

利用分子动力学方法研究了H原子与C/Be样品的相互作用过程,当H原子轰击C/Be样品时,发现有一些H原子渗入样品中并且滞留在样品中,H原子的滞留率随H原子的初始入射能量的升高呈线性增长,有些沉积在样品中H原子与C原子相互作用形成H-C键。溅射产物以H原子和H2分子为主。H和H2的产额率随初始入射能量的变化趋势相反,分析了不同机制下产物H和H2的产额率随初始入射能量的关系,且通过分析H原子的入射能量和样品的原子密度的关系来研究轰击后的样品,发现样品中原子分布变化很小,同时分析了化合物中的化学键分布变化较小,只是其化学键的分布峰向样品表面移动。

分子动力学模拟不同入射能量的SiF_2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx（x=1-4）中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。

CH_3与不同基底温度的聚变材料钨相互作用

采用分子动力学方法模拟200eV的CH3粒子轰击到不同基底温度的钨样品上，分析了C、H原子在钨表面的沉积、散射及溅射情况，结果表明C、H原子的沉降量均随入射剂量的增加而增加。在基底温度为100K时，相同入射剂量下沉积的C原子最多，而当基底温度为1200K，在入射剂量大于1.5×1016cm-2时，C原子的沉降量小于其它基底温度下的C的沉降量。CH3在轰击样品时发生了分解，各种分解情况随基底温度变化较小，其中不同基底温度下一级分解率在40%上下波动，二级分解在23%左右，而完全分解的CH3在9%左右。C、H原子的散射角主要分布在5°-85°间，散射C原子分布的最大值分布在40°-50°或50°-60°间，散射C原子分布的最小值分布在0°-10°或80°-90°间；而不同基底温度下散射 H 原子分布的最大值均在40°-50°间，最小值均在0°-10°间。散射C原子的能量在0-140eV之间，散射能量为0-120eV的C原子占散射总量的98%以上，散射C原子平均能量随基底温度的增加而增加，其变化从65.5eV 增加到68.5eV；散射 H 原子的能量也在0-140eV 之间，但大约70%的散射H原子能量在40eV以内，散射平均能量随基底温度的增加而减小，其变化从13.92eV减小到13.05eV。