离子束倾斜入射抛光对表面粗糙度的影响

基于光学元件离子束高精度确定性抛光技术,在自行研制的离子束抛光机床上,本文研究了离子束倾斜入射抛光对光学材料熔石英表面粗糙度的影响.为了在离子束抛光中改善表面粗糙度,采用了0°～80°之间不同入射角度的离子束倾斜抛光和倾斜45°入射均匀去除两种实验方案进行研究,其中不同入射角度抛光实验研究结果表明:离子束垂直入射抛光较难改善表面粗糙度,倾斜入射抛光可以较好地改善表面粗糙度,入射角为30°～60°之间时抛光效果最佳,表面粗糙度得到明显改善;倾斜45°入射均匀去除抛光实验结果表明表面粗糙度的RMS值由抛光前(0.92±0.06)nm下降到(0.48±0.04)nm,提高了光学零件的表面质量,验证了离子束倾斜入射抛光可以较好地改善表面粗糙度,实现了离子束倾斜抛光超光滑表面的生成.

亚微米尺寸元件的离子束刻蚀制作

采用软光刻技术中的微接触印刷 (μCP)技术、表面诱导的水蒸气冷凝、表面诱导的去湿行为 ,在金基底上制作出了亚微米的环状周期结构聚合物掩膜 通过对离子束刻蚀过程中各个参量对刻蚀元件的表面光洁度、轮廓保真度和线宽分辨的影响分析 ,结合掩膜的实际情况选择出了合适的离子束入射角、离子能量、束流密度和刻蚀时间等参量 依照这些参量刻蚀出了高质量的亚微米尺寸环状周期结构元件 通过对刻蚀出的元件的检测发现 ,刻出的元件表面光洁度。

超高精度光学元件加工技术

为满足193 nm投影光刻物镜对光学元件不同频段的精度要求,提出了一种将超光滑加工和高精度面形修正相结合的超高精度光学元件加工技术。分别介绍了微射流超光滑加工技术和离子束高精度面形修正技术的基本原理。在自行研制的微射流超光滑加工机床和购置的离子束加工机床上对一直径Φ100 mm的熔石英平面镜进行了超高精度加工,经两次超光滑和一次离子束迭代加工后其面形由初始的rms值35.042 nm改善到3.393 nm,中频粗糙度由rms值0.389 nm改善到0.309 nm,高频粗糙度rms值由0.218 nm改善到0.080 2 nm。最后采用功率谱密度函数对加工前后的光学元件表面质量进行了分析评价。结果表明:采用微射流超光滑加工技术和离子束加工技术相结合的加工方法可以全面提升光学元件的面形精度和中、高频粗糙度,通过合理的工艺优化完全能够获得满足193nm投影光刻物镜要求的超高精度光学元件。

大面积平坦金刚石薄膜的制备和图形化

采用直拉热丝ＣＶＤ法沉积了面积３ 英寸的金刚石薄膜。硅衬底在沉积前采用０－５ ～１μｍ 金刚石微粉研磨，使成核密度达１０１０ 个／ｃｍ２ 以上，同时调整沉积工艺，特别是降低沉积气压至０－５ ～１－５ｋＰａ，促进了金刚石的二次成核，使薄膜变得十分平坦，当薄膜厚度为５μｍ 时，表面粗糙度Ｒａ 仅为６０ｎｍ 左右。另外，以铝作为保护膜，用氧离子束刻蚀金刚石薄膜，得到宽度为３ ～５μｍ 的精细金刚石薄膜图形。

超光滑超精密玻璃抛光新技术

超光滑抛光玻璃表面粗糙度为纳米量级,超精密抛光加工精度达到分子级或原子级。超光滑和超精密抛光新技术包括数控小工具抛光、应力盘抛光、浴法抛光、磁流变抛光、离子束抛光、电子束抛光、激光抛光和等离子辅助抛光等。本文重点阐述采用20KeV、1×1014. ions/cm2和1×1016. ions/cm2的N+离子对钠钙硅酸盐和铅玻璃进行离子束抛光的原理与工艺,抛光后粗糙度仅为几十纳米。采用高束流脉冲电子束抛光时,当束流超过1012 W/cm2时,玻璃表面Griffith裂纹扩张,粗糙度反而增加,必须严格控制抛光时电子束能量。

等离子抛光石英玻璃表面粗糙度研究

为了实现光学元件表面超光滑加工,避免传统机械加工方法造成的亚表面损伤,将射频等离子体加工应用于石英玻璃抛光加工。分析了通过调节离子束的能量、束流密度和入射角等工艺参数对抛光效果的影响。试验结果表明,随离子束能量的增加,试件的表面粗糙度RMS先减小后增大,当离子束能量为200~600 eV时试件表面粗糙度明显提高,为离子束抛光能量最佳范围。离子束流入射最佳角度范围为45°~60°,随着离子束抛光时间的增加,试样表面粗糙度先降低后增大。

气体团簇离子束装置的设计及其在表面平坦化、自组装纳米结构中的应用

根据超声膨胀原理,n(10-10^4)个气体原子可以绝热冷却后凝聚在一起形成团簇,经过离化后,形成带一个电荷量的团簇离子,比如Arn^+.当团簇离子与固体材料相互作用时,由于平均每个原子携带的能量(~eV)较低,仅作用于材料浅表面区域,因此,气体团簇离子束是材料表面改性的优良选择.本文介绍了一台由武汉大学加速器实验室自主研制的气体团簇离子束装置,包括整体构造、工作原理及实验应用.中性团簇束由金属锥形喷嘴(F=65-135μm,q=14°)形成,平均尺寸为3000 atoms/cluster,经离化后,其离子束流达到了50μA.Ar团簇离子因其反应活性较低,本文运用Ar团簇离子(平均尺寸为1000 atoms/cluster)进行了平坦化和自组装纳米结构的研究.单晶硅片经Ar团簇离子束处理后,均方根粗糙度由初始的1.92 nm降低到0.5 nm,同时观察到了束流的清洁效应.利用Ar团簇离子束的倾斜(30°-60°)轰击,在宽大平坦的单晶ZnO基片上形成了纳米波纹,而在ZnO纳米棒表面则形成了有序的纳米台阶,同时,利用二维功率谱密度函数分析了纳米结构在基片上的表面形貌和特征分布,并计算了纳米波纹的尺寸和数量.

团簇离子束纳米加工技术研究进展

团簇离子束是带电的团簇,可以在电场、磁场作用下加速、传输或偏转,形成几个eV到几个MeV能量的离子束。文中阐述了团簇离子束的基本概念、产生方法和主要应用。大尺寸气体团簇和硼基团簇必须用高压气体超声绝热膨胀方法产生,然后通过电子碰撞电离形成团簇正离子。硼团簇用于超浅结制备,实现了结深为10-20nm的超浅注入;包含数千原子的大团簇则被用于半导体的表面平化,获得了粗糙度在0.7nm以下的平滑表面。用铯溅射离子源可以产生几个到几十个原子的负离子小团簇,包括B、C、F、Si及其分子团簇（SiB、GeB）。其中,硼基分子团簇离子束已用于对半导体进行瞬态增强扩散掺杂,与半导体表面的离子注入非晶化工艺相结合,实现了接近纳米量级的超浅注入。碳系团簇最近被用于超薄材料制备,获得了单层和双层石墨烯,并发现团簇离子束引起的非线性辐照损伤对石墨烯的形成具有重要影响。结果表明：团簇离子技术在超大集成电路和新型超薄纳米材料制备等领域具有广泛的应用前景。

气体团簇离子束两步能量修形法的平坦化效应

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV的高能Ar团簇离子进行整体修形,再用5 keV的低能团簇离子优化表面.结果表明,在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV的高能团簇处理相比,两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度,两者分别为1.05 nm和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象,揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系,及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上,引入了二维功率谱密度函数,以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明,经任何能量的团簇离子轰击的表面,在0.05—0.20μm波长范围内,团簇轰击都能有效地降低粗糙度,而在0.02—0.05μm范围内,则出现了粗化效应,这是由于形成了半球形离子损伤,但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.

离子剂量比在气体团簇多级能量平坦化模式中的作用

本研究提出采用两种不同的离子剂量比的气体团簇离子束多级能量模式来改善n-Si(100)单晶片的创伤表面.模式一采用低剂量的高能量团簇和高剂量的低能量团簇组合,模式二则采用高剂量的高能量团簇和低剂量的低能量团簇组合.结果证明,模式一的平坦化效果优于模式二,两者的均方根粗糙度分别为0.62 nm和1.02 nm.本文在研究多级能量模式平坦化前,先做了单一能量团簇轰击带有机械损伤的Si片实验,来验证创伤去除、离子损伤程度与团簇能量的关系.结果证明,当用15 kV高压加速团簇离子时,划痕去除效率最高,最终表面划痕很浅,但粗糙度下降不明显;当用8 kV,5 kV低压加速团簇离子时,样品表面变得细腻,遗留的离子损伤最轻.然后将多级能量模式一与单一能量团簇轰击靶材进行对比,结果表明,与单一15 keV的高能团簇处理相比,多级能量模式可以获得更为平坦的靶材表面;与单一5 keV的低能团簇处理相比,多级能量模式可以更好的去除划痕等创伤.多级能量模式一将高、低能团簇优点集中起来,从而达到最佳的平坦化效果.

水电站地下厂房岩锚梁开挖技术

岩锚梁(岩锚悬臂吊车梁)是近年来广泛应用于水电站地下厂房的结构设计方式。溪洛渡电站左岸地下主厂房岩体地质结构复杂,采用分序开挖、光面爆破的施工方法,保证了岩面成型质量。

某多层住宅楼钢筋砼框架事故分析与加固处理

通过对某多层住宅楼框架事故的分析和处理,反映了在施工中的不规范,从而造成了不安全的隐患.

地铁站房建设工程中钢拱梁结构优化研究

地铁建设工程中,站房屋面施工中钢拱梁节点形式是影响节点受力的主要因素之一。基于此,以浙江省金华市东阳市横店镇的轨道交通站房建设实例为基础,对站房屋面施工中钢拱梁节点的优化方案展开研究,从节点连接的承载能力和节点的转动能力两方面进行钢拱梁节点优化研究。

高平滑度自由曲面激光束整形透镜设计

利用泊松网格优化算法设计了激光束整形自由曲面透镜,通过4次迭代,目标面的网格分布就接近于最优分布。使用该最优的目标面网格,基于输入光束与输出光束之间的能量映射关系,计算自由曲面各采样点的法向矢量,基于泊松面形构建算法获得自由曲面矢高,从而构建自由曲面透镜。为了验证所提方法的可行性,针对正方形目标面和矩形目标面分别设计了自由曲面透镜,这两种透镜在目标面上的辐射照均匀度分别达到91%和93%。为了验证自由曲面的平滑性,使用一个6阶9项多项式进行拟合,拟合后的均方根误差达到1.394×10^(-3),表明所设计的自由曲面具有很高的平滑度。使用拟合数据建立自由曲面透镜,其目标面辐照均匀度几乎保持不变。采用随机统计分析方法对自由曲面透镜装配公差进行分析,结果表明在给定的公差范围,大部分样本的辐照均匀度保持在88%左右。