強(qiáng)流脈沖離子束輻照砷化鎵溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬.pdf

1、強(qiáng)流脈沖離子束因其自身的諸多優(yōu)越性，在材料領(lǐng)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(jìn)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(duì)不同的靶材控制工藝參數(shù)達(dá)到實(shí)現(xiàn)不同的目的，需要從理論上進(jìn)行指導(dǎo)，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)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?guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從俄羅斯引進(jìn)的TEMP型強(qiáng)流脈沖離子

2、束(IPIB)加速器，根據(jù)擬合實(shí)測(cè)磁絕緣二極管(MID)電壓波形以及采用法拉第筒檢測(cè)的離子流密度建立了相應(yīng)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(chǎng)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(gè)脈沖時(shí)間內(nèi)的溫度場(chǎng)時(shí)空變化曲線。 研究了輻照過程中熱力學(xué)效應(yīng)，建立了燒蝕過程的一維模型，對(duì)GaAs靶的燒蝕過程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，得到了脈沖處理過程中靶材內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布及其演化規(guī)律。在溫度場(chǎng)的模

3、擬過程中，首先通過實(shí)測(cè)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(gè)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(shí)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。