蓝宝石表面纳米结构的离子束辐照制备研究

发布时间：2017-09-11 13:04

  本文关键词：蓝宝石表面纳米结构的离子束辐照制备研究

  更多相关文章： 蓝宝石 低能离子束辐照 离子束参数 自组织纳米结构

【摘要】：蓝宝石晶体化学性质稳定,能够耐高温、抗磨损,具有极高的硬度和机械强度,其透射波段宽,覆盖紫外、可见、红外到微波波段。可广泛应用于耐高温高压器件、光学系统、特种窗口、耐磨损器件、红外制导、导弹整流罩等军事、民用、科研等高科技领域。但是蓝宝石硬度很高,仅次于金刚石,其莫氏硬度达到9.3,现有的加工方法很难满足对蓝宝石的应用需求。而低能离子束刻蚀技术作为一种新型的光学制造技术,具有刻蚀方向性好、分辨率高、加工性灵活和重复性好等优点,满足蓝宝石元件的加工要求。因此,本文开展了蓝宝石表面纳米结构的离子束辐照制备研究。本文采用微波回旋共振离子源,研究了Ar离子束在不同离子束能量、束流密度、入射角度、作用时间以及样片是否旋转的情况下,对蓝宝石表面的刻蚀效果；结合低能离子束刻蚀技术的理论基础,分析了不同离子束参数对刻蚀后蓝宝石表面形貌、纳米结构高度、粗糙度等影响规律,所取得的主要研究成果是：1)进行制备蓝宝石表面纳米结构不旋转时的影响因素研究实验。利用单因素实验法进行实验,获得了条纹状的纳米结构。研究发现：载样片不旋转的情况下,当离子束入射角度为55°～75°、离子束能量为1400eV～1800eV、离子束束流为35mA～50mA、刻蚀时间在30-90min时,可以得到条纹状的纳米结构。其纳米结构的高度分别随离子束能量、离子束束流密度的增大而增加,有序性随刻蚀时间的增加而上升；2)进行制备蓝宝石表面纳米结构不旋转时的影响因素研究实验。利用单因素实验法进行实验,获得了点状的纳米结构。研究发现：在样片旋转的情况下,当离子束入射角度为55°～70°、离子束能量为1400eV～1800eV、离子束束流为35mA～55mA、刻蚀时间在30-90min时,可以得到点状的微纳米结构。纳米结构高度分别随离子束能量、离子束束流密度的增大而增加,有序性随刻蚀时间的增加而上升；3)在样片不旋转的情况下,进行寻优实验,利用四因素三水平正交实验,分析获得了各因素对蓝宝石表面结构的影响主次为：离子束入射角度离子束束流离子束能量离子束作用时间。得到低能离子束刻蚀蓝宝石样品实验的最佳配方为：离子束入射角度为69。、离子束束流为55mA、离子束能量为1800eV和离子束作用时间为120min。并对最佳参数进行了验证实验,得到了规律性很好的条纹状自组织纳米结构。
【关键词】：蓝宝石 低能离子束辐照 离子束参数 自组织纳米结构
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源及意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题的研究意义9-10
• 1.2 蓝宝石材料特性10-11
• 1.2.1 蓝宝石的各向异性10
• 1.2.2 蓝宝石的光学性质10-11
• 1.3 低能离子束刻蚀技术11
• 1.4 低能离子束刻蚀技术的研究状况11-14
• 1.4.1 国外研究情况11-13
• 1.4.2 国内研究情况13-14
• 1.5 本文主要研究内容和章节安排14-16
• 1.5.1 本文主要研究内容14-15
• 1.5.2 本文的章节安排15-16
• 2 课题方案与可行性论证16-25
• 2.1 课题的方案16-17
• 2.2 课题的研究过程17-18
• 2.3 所需的实验条件18-20
• 2.4 实验参数的选取20-21
• 2.5 方案的可行性论证21-23
• 2.5.1 蓝宝石表面纳米结构的低能离子束辐照重复性实验21-23
• 2.5.2 蓝宝石表面纳米结构的检测方法23
• 2.6 本章小结23-25
• 3 蓝宝石表面纳米结构的辐照制备实验25-42
• 3.1 制备蓝宝石表面纳米结构不旋转时的影响因素研究25-33
• 3.1.1 入射角度的影响规律研究25-27
• 3.1.2 离子束束流密度的影响规律研究27-30
• 3.1.3 离子束能量的影响规律研究30-32
• 3.1.4 刻蚀时间的影响规律研究32-33
• 3.2 制备蓝宝石表面纳米结构旋转时的影响因素研究33-41
• 3.2.1 入射角度的影响规律研究33-36
• 3.2.2 离子束束流密度的影响规律研究36-38
• 3.2.3 离子束能量的影响规律研究38-39
• 3.2.4 刻蚀时间的影响规律研究39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 寻优实验42-52
• 4.1 正交试验的安排42-43
• 4.2 正交试验的结果与讨论43-48
• 4.2.1 表面粗糙度结果与方差分析43-44
• 4.2.2 表面纳米结构高度结果与方差分析44-46
• 4.2.3 因素显著性水平分析46
• 4.2.4 最佳实验参数的确定46-47
• 4.2.5 实验结果讨论47-48
• 4.2.6 最佳实验参数的验证实验48
• 4.3 蓝宝石表面纳米结构光学性能研究48-50
• 4.3.1 等效折射理论48-49
• 4.3.2 实验结果的分析49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 5 离子束刻蚀蓝宝石表面纳米结构的实验仿真52-59
• 5.1 数学模型的建立52-54
• 5.1.1 Sigmund离子溅射理论52-53
• 5.1.2 数学模型53-54
• 5.2 MATLAB下的仿真54-57
• 5.2.1 表面微结构与入射角度的关系54-55
• 5.2.2 低温条件下的仿真模拟55-57
• 5.3 本章小结57-59
• 6 结论59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 后期展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67

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本文编号：830869