荷电粒子束辐照作用下若干光学器件及半导体材料的微观结构和性能

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1、分类号旦3Q3UDC鱼2Q密级公珏编号!Q2窆窆旦羔!Q5QQ3博士学位论文荷电粒子束辐照作用下若干光学器件及半导体材料的微观结构和性能指导教师差迭主教撞申请学位级别盟±专业名称挝盘堂论文提交日期2Q!垒生垒月论文答辩日期2Q曼垒生鱼旦三旦学位授予单位和日期望菱盘堂2014年6月评阅人ClassifiedIndex：UDC：Ph·D·Disserl：ationMicrostructureandpropertiesofsomespaceopticaldeviceandsemiconductormaterialsinducedbychargedpartical

2、beams●1●●lrraQlatlonByPengLvMajor：MaterialSciencesSupervisors：Prof．QingfengGuanJiangsuUniversity2014独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。⋯一虢承缈2

3、014年6月3日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密团。^膏虬v，。。、敛日7久3孙月签6

4、币手师年教4导叫指2江苏大学博士学位论文摘要本文对空间EUV望远镜中光学器件及半导体材料进行了荷电粒子束辐照效应研究，利用光学显微镜(OM)，扫描电子显微镜(SEM)，原子力显微镜(AFM)，透射电子显微镜(TEM)，极紫外反射率计(EXRR)和光致发光光谱仪(PL)等多种表征及测试手段重点考察了辐照效应对材料微观结构与物理性能的影响。在不同本底真空度下(6x10≤Torr,3x10。5Torr,and3x10。6Tort)制备“嫦娥三号”卫星着陆器所携带的EUV相机d?Mo／Si多层膜反射镜，并对多层膜的微观结构和物理性能进行检测和分析。小角XRD结果显

5、示，本底真空度越高，制备出的多层膜周期性越好；ExRR测量结果显示：多层膜的反射率随着本底真空度的升高，从1．93％升高至lJl6．63％。这主要是因为镀膜机的本底真空度不够高会引入杂质气体，02、N2等杂质气体会进入到膜层内部，TEM照片显示样品出现断开、弯曲等形貌，同时会导致Mo层和Si层相互扩散严重，增加了膜层界面粗糙度，从而导致反射率降低。Mo／Si多层膜高反射率的高低主要取决于Mo在(110)晶面上择优取向以及较低的界面粗糙度。过渡层是由于Mo层和Si层相互扩散引起的，Mo—on—Si层总是比Si．on—Mo层厚。在空间环境模拟装置中对Mo／Si

6、多层膜反射镜进行能量为100keV，剂量为6x1011／cm2和6x1013／cm2的质子辐照实验；利用蒙特．卡洛随机统计法模拟100keV质子及其辐照诱发的缺陷在多层膜内的浓度分布；系统地分析了辐照诱发的各种微观结构缺陷的类型、尺寸、密度、分布等特征及演化规律；分析微观缺陷对Mo／Si多层膜界面的元素扩散行为以及界面过渡层结构的影响规律，总结和建立微观结构与材料物理性能之间的关系。模拟辐照结果显示，质子辐照的过程中的能量损失贯穿整个样品，但是主要集中在Mo／Si多层膜的末段，入射质子在轨迹末端将其绝大部分能量传递给靶材原子(Mo原子和Si原子)，造成大量

7、离位原子和空位，产生晶格缺陷，在轨迹末端附近产生最大损伤，而Mo层中的缺陷明显多于Si层；辐照后EXRR；浈t]试结果表明：质子辐照导致Mo／Si多层膜反射镜光学性能退化，反射率降低，中心波长红移；质子辐照对Mo／Si多层膜微观结构的影响是原子级的，通过辐照加剧了原子间的扩散导致纳米厚度的膜层分布不均匀，在过渡层中形成了MoSi2(101)和M05Si3(310)的织构，使得本身就存在的过渡荷电粒子束辐照作用下若干光学器件及半导体材料的微观结构和性能层微结构发生巨大变化，最终导致光学性能的严重下降。采用强流脉冲电子束(HCPEB)装置辐照单晶Si和单晶Ge

8、。HCPEB辐照单晶Si后表面形成大量弥散的火山坑状的熔坑形貌，熔