基于第一镜应用的非晶合金和薄膜材料表面溅射特性研究

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1、犬遣硿大莩擂士莩位坨文基于第一镜应用的非晶合金和薄膜材料表面溅射特性研究学科专业———作者姓名指导教师董闯教授答辩日期年月博士学位论文基于第一镜应用的非晶合金和薄膜材料表面溅射特性研究作者姓名：公发全学号：指导教师：董闯丨刘万发学科：专业：材料物理与化学答辩日期：大違理工大基于第一镜应用的非晶合金和薄膜材料表面溅射特性研究大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与

2、我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基于第一镜应用的非晶合金和薄膜材料表面溅射特性研究作者签名：、仄（么日期：年彡月日大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：基于第一镜应用的非晶

3、合金和薄膜材料表面溅射特性研究作者签名：、么一曰期：夕年月日导师签名：孟日期：作年孓月乂日答辩委员会主席：—日期：■年一月曰人人摘要在核聚变实验装置中笫一镜受到多种射线和高温等离子体辐照，同时易于被第一壁与热等离子体相互作用产生的各种杂质污染，这导致目前第一镜的使用寿命只有几十秒，距离理想寿命半年的要求还有较大差距。因此，第一镜制备及其在等离子环境下的溅射机制研究具有重要意义。第一镜所采用的材料是影响其使用寿命的重要因素。与多晶金属材料相比，非晶合金结构均匀、各向同性，能避免多晶材料的取向选择溅射，且制备工艺简单，易于光学抛光加工。而薄膜结构反射镜能够依据使用环境不同

4、需求，设计出不同的功能层结构，有利于优化第一镜的结构设计，及对其特殊功能的需求。本文着重研究了块体金属玻璃和非晶薄膜材料第一镜样件的粒子溉射特性。所研制的第一镜有丨灿。：叫、和块体金属玻璃样侏，薄膜第一镜样件有非晶金属薄膜、和薄膜。釆用氢等离子体溅射和高电荷态离子束轰击技术手段，研究第一镜材料样件的表面特性变化情况及机制，拟为核聚变实验装置提供长寿命、高反射率、抗等离子体溅射的第一镜材料设计方案及实现方法，以促进核聚变工程项目的发展。具体研究结果如下：块体金属玻璃的氢等离子体溅射的实验结果表明：随着氢等离子体溅射时间的增长，金属多晶钼和块体金属玻璃镜面反射率逐渐降低，

5、但的镜面反射率先降低后增高。其原因为氢等离子体溅射导致块体金属玻璃表面原子层发生自修复行为。块体金属玻璃和多晶钨经过高电荷态离子束轰击的实验结果表明：、和多晶钨镜面反射率均降低，但表面粗糙度均未增高，反而有所降低。多晶钨镜面出现溅射坑，而金属玻璃未发现类似现象，这表明金属玻璃能有效避免多晶材料的取向选择溅射现象，因此块体金属玻璃比多晶钨更能满足聚变堆系统对第一镜性能的要求。块体金属玻璃在高电荷态离子束轰击下，诱发了和在块体金属玻璃表面的沉积和注入，这是导致其反射率降低王要原因。表层以〇的渗入为主，渗入深度达到微米量级，改变了合金表面层成分的特性；表层以的沉积为主，的表

6、层渗入深度在左右。结合金属玻璃的熔炼和加工，拼接制作出直径的金属玻璃靶材，在非平衡磁控溅射的实验条件下，实现了金属玻璃结构第一镜的研制。通过光谱反射率的比较，表明块体金属玻璃和薄膜非晶光学特性基本一致，相比之下薄膜成分表面粗糙度较高，致密性差，有待于进一步改进工艺。通过镀薄膜的改性，能够提高薄膜第一镜基丁第一镜应的非品合金和薄膜材料表面溅射特性研究在可见波段的光谱反射率，光谱反射变得更加均匀。因此，采用金属玻璃合金靶，结合非平衡磁控溅射技术，是制备金属玻璃第一镜的有效方法。通过热蒸发的方法，分别在金属导体（钢、半导体（、绝缘体（玻璃基底上，制备了基底和基底的薄膜样件。

7、研究薄膜样件在氢等离子体轰击后表面特性变化。结果表明：溅射后基底薄膜样件中薄膜发生了严重脱落，而薄膜样件出现起泡现象；钢基底薄膜样件出现起泡并有部分脱膜现象，而薄膜样件表现较好耐溅射性能；玻璃基底的样件，溅射后反射率稳定，但表面出现了盐类物质，表面材料的结构稳定性变差。氢等离子体溅射基底和基底的薄膜样件研究表明：在溅射过程中，沉积速度大于溅射刻蚀速度，在样件表面上沉积了、、等金属元素的污染，但数量较少，并以氧化态形式出现，厚度在左右，为介质薄膜，并导致反射率曲线发生红移、反射率降低等现象。污染金属元素的配位原子及原子团有：“等，样件溅射后表面基本为金