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人们对低速高电荷态离子(Slow Highly Charged Ion)与固体靶相互作用这一课题在近二十年里进行了很多研究,如离子中性化过程,X-射线,俄歇电子发射,电子溅射,表面原子溅射等。在实验和理论上都得到了很多有价值的结果。高电荷态离子具有很大的势能,它与固体表面碰撞时有可能溅射出比自身数目大得多的原子。因而有可能在低动能入射,不损伤固体内部结构的情况下,在材料表面实现纳米蚀刻。所以高电荷态离子在固体靶表面引起靶原子溅射一直倍受关注。
我们在中国科学院近代物理研究所ECR源实验平台进行了高电荷态离子Ar
(E<,k>=20-320keV,q=8,11,13,15,16),pb(E<,k>=80-720keV,q=20,24,30,32,35,36)轰击洁净的Si,Cu,W固体靶实验。对靶材料采取一系列的化学,物理处理方式使其洁净。实验中,我们从不同的入射角度(15°-75°)测量了电中性和带正电溅射粒子的相对产额(99.9﹪为靶原子)。测量了以下入射离子在靶上的相对溅射产额: (a)入射离子Ar,Ek=160keV,q=8,11,13,15,16(b)入射离子Ar<16+>,E<,k>=96,112,128,144,160,176,208,240,288,320keV(c)入射离子Ar<+>,E<,k>=20keV(d)入射离子pb,E<,k>=400keV,q=20,24,30,32,35,36(e)入射离子pb<36+>,Ek=216,252,288,324,360,432,504,576,648,720keV(f)入射离子pb<4+>,Ek=80keV实验结果表明:在上述实验条件下,(1),Ar,pb轰击Si,Cu,W 靶,靶表面没有发生爆炸而导致原子溅射;其中Ar轰击Sj,Cu,W靶,没有明显的势能溅射效应。(2),存在0.30V<,Bohr>,,一个入射离子速度共振区,该区域不依赖于靶的材料性质,但原子溅射产额明显增多;(3),溅射产额明显地依赖于入射离子的核能损,核能损越大产额越多,其中Ar<16+>在Si靶表面引起溅射的产额与核能损成正比关系。