低能Cl^-在Al2O3绝缘微孔膜中的输运过程

研究了10 keV Cl^-离子穿越Al2O3绝缘微孔膜的物理过程,发现穿越的Cl^-其分布中心在初束中心即0°附近,Cl^-离子穿透率下降与几何穿透一致,这是典型的直接几何穿越有一定角发散的微孔导致的结果;而出射的Cl0和Cl^+以微孔轴向为中心分布,Cl^+和Cl0穿透率下降慢于几何穿透.模拟计算发现沉积电荷会使出射粒子中Cl^-占主要成分,并使出射Cl^-角分布中心移动到微孔轴向方向而随微孔膜倾角移动;而在不考虑沉积电荷的情况下,计算结果较好地符合了实验结果.通过分析在不同倾角下散射过程对出射粒子的角分布和电荷态分布的影响,发现绝大部分的Cl0是通过一次和两次散射出射的,其中一次散射出射的Cl0占主要成分,从而导致出射的Cl0沿微孔轴向出射而Cl^+主要是经过一次碰撞出射.这导致了随倾角增大,出射的Cl0穿透率下降速度比Cl^+小,Cl0所占比例相对增大较快,从而导致观测到的Cl^+/Cl0的比例下降.本文结果更仔细地描述了低能离子穿越绝缘体微孔的物理机理,印证了之前实验和理论工作的结果,发现在10 keV以上能区的Cl^-离子穿越绝缘微孔膜的过程中,沉积电荷并未起到主要作用,其主要穿透特征是散射过程造成的.

低能Cl^(-)离子在绝缘纳米微孔膜中的传输过程

理论模拟结合实验研究了16-keVCl^(-)离子穿越不同厚度(7和12μm)的Al2O3微孔膜的物理过程,发现负离子传输中并不存在与正离子传输类似的明显的导向现象。在只考虑散射过程的情况下,模拟出的穿透粒子角分布及电荷态分布与实验结果符合很好,出射的Cl^(-)离子沿初束方向分布;Cl^(0)、Cl^(+)离子沿微孔轴向分布。仔细分析了不同出射粒子的角分布,发现出射的Cl^(+)在微孔轴向与初束方向之间分布;经单次散射出射的Cl^(0)沿微孔轴向分布,而经多次散射出射的Cl^(0)向初束方向移动。发现了Cl^(-)离子穿越不同厚度的具有相同微孔直径的Al2O3微孔时,较厚的膜出射的Cl^(+)/Cl^(0)比例低。理论分析显示,这是由散射过程的特性造成的,随着微孔膜厚度的增加,出射的Cl^(0)中经单次碰撞的比例变小,而多次散射出射的比例增加,从而导致Cl^(+)离子转化为Cl^(0)的几率要远大于Cl^(0)转化为Cl^(+)离子的几率,使得长的微孔出射的粒子中Cl^(+)/Cl^(0)比例低。