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等离子体浸没离子注入非导电聚合物的适应性及栅网诱导效应的研究

黄永宪 冷劲松 田修波 吕世雄 李垚

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等离子体浸没离子注入非导电聚合物的适应性及栅网诱导效应的研究

黄永宪, 冷劲松, 田修波, 吕世雄, 李垚

The study on adaptability and effect of mesh-inducing for plasma immersion ion implantation on non-conductor polymer

Huang Yong-Xian, Leng Jin-Song, Tian Xiu-Bo, Lü Shi-Xiong, Li Yao
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  • 本文建立了绝缘材料等离子体浸没离子注入过程的动力学Particle-in-cell(PIC)模型, 将二次电子发射系数直接与离子注入即时能量建立关联, 研究了非导电聚合物厚度、介电常数和二次电子发射系数对表面偏压电位的影响规律以及栅网诱导效应. 研究结果表明: 非导电聚合物较厚时, 表面自偏压难以实现全方位离子注入, 栅网诱导可以间接为非导电聚合物提供偏压, 并抑制二次电子发射, 为厚大非导电聚合物表面等离子体浸没离子注入提供了有效途径.
    Plasma immersion ion implantation (PIII) of non-conductor polymer materials is inherently difficult because the voltage across the sheath is reduced by the voltage drop across the insulator due to dielectric capacitance and charge accumulation on the insulator surface. Based on the particle-in-cell (PIC) model, the secondary electron emission (SEE) coefficient is related to the instant energy of implanting ions. Statistical results can be obtained through scouting each ion in the plasma sheath. The evolution of surface potential is simulated for ion implantation on insulator materials. The effects of thickness, dielectric constant and SEE coefficient on the surface bias potential and the effect of mesh-inducing are studied. For thicker non-conductor polymer, it is difficult to achieve omni-directional implantation by self-bias. The mesh-assisted PIII can improve the equivalent surface potential, suppress the emission of secondary electrons and provide an effective way for ion implantation on insulator.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50904020和50974046), 哈尔滨市青年科技创新人才基金(批准号: 2009RFQXG050), 中央高校基础科研业务费专项资金(批准号: HIT. NSRIF. 2012007)和国家博士后科学基金(批准号: 20090460883和201003419)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50904020, 50974046), the Science and Technology Innovation Research Project of Harbin for Young Scholar (Grant No. 2009RFQXG050), the Fundamental Research Funds for the Central Universities (Grant No. HIT. NSRIF. 2012007), and the China Postdoctoral Science Foundation (Grant Nos. 20090460883, 201003419).
    [1]

    Ferrante D, Iannace S, Monetta T 1999 J. Mater. Sci. 34 175

    [2]

    Kwok D T K 2006 IEEE Trans. Plasma Sci. 34 1059

    [3]

    Riccardi C, Barni R, Selli E, Mazzone G, Massafra M R, Marcandalli B, Poletti G 2003 Appl. Surf. Sci. 211 386

    [4]

    Zhang D C, Shen Y Y, Huang Y J, Wang Z, Liu C L 2010 Acta Phys. Sin. 59 7974 (in Chinese) [张大成, 申艳艳, 黄元杰, 王卓, 刘昌龙 2010 物理学报 59 7974]

    [5]

    Hu X J, Hu H, Chen X H, Xu B Acta Phys. Sin. 60 068101 (in Chinese) [胡晓君, 胡衡, 陈小虎, 许贝 2011 物理学报 60 068101]

    [6]

    Zhang Y, Zhang C H, Zhou L H, Li B S, Yang Y T 2010 Acta Phys. Sin. 59 4130 (in Chinese) 张勇, 张崇宏, 周丽宏, 李炳生, 杨义涛 2010 物理学报 59 4130]

    [7]

    Oates T W H, Bilek M M M 2002 J. Appl. Phys. 92 2980

    [8]

    Fu R K Y, Chu P K, Tian X B 2004 J. Appl. Phys. 95 3319

    [9]

    Lacoste A, Coeur F L, Arnal Y, Pelletier J, Grattepain C 2001 Surf. Coat. Techn. 135 268

    [10]

    Tian X B, Fu R KY, Chen J Y, Chu P K, Brown I G 2002 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 187 485

    [11]

    Allan S Y, Mckenzie D R, Bilek M M M 2010 Plasma Sources Sci. Techn. 19 045002

    [12]

    Kondyurin A, Gan B K, Bilek M M M, Mizuno K, McKenzie D R 2006 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 251 413

    [13]

    Emmert G A 1994 J. Vac. Sci. Technol. B 12 880

    [14]

    Ueda M, Tan I H, Dallaqua R S, Rossi J O, Barroso J J, Tabacniks M H 2003 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 206 760

    [15]

    Oates T W H, Pigott J, McKenzie D R, Bilek M M M 2003 IEEE Trans. Plasma Sci. 31 438

    [16]

    Dai Z L, Wang Y N 2002 J. Appl. Phys. 92 6428

    [17]

    Li X C, Wang Y N 2006 Thin Solid Films 506-507 307

    [18]

    Huang Y X, Tian X B, Yang S Q, Fu Ricky, Chu K Paul 2007 Acta Phys. Sin. 56 4762 (in Chinese) [黄永宪, 田修波, 杨士勤, Fu R K Y, Chu K P 2007 物理学报 56 4762]

    [19]

    Liu C S, Wang D Z, Liu T W, Wang Y W 2008 Acta Phys. Sin. 57 6450 (in Chinese) [刘成森, 王德真, 刘天伟, 王艳辉 2008 物理学报 57 6450]

    [20]

    Verboncoeur J P 2005 Plasma Phys. Contr. F 47 A231

    [21]

    Wang P, Tian X B, Wang Z J, Gong C Z, Yang S Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 085206 (in Chinese) [王蓬, 田修波, 汪志键, 巩春志, 杨士勤 2010 物理学报 60 085206]

    [22]

    Liu C S, Han H Y, Peng X Q, Chang Y, Wang Y, Wang D Z 2010 Chin. Phys. B 19 035201

    [23]

    Bogaerts A, Gijbels R 2002 Plasma Sources Sci. Technol. 11 27

    [24]

    Song Y H, Gong Y, Wang D Z 1995 Chinese J. Comput. Phys. 12 528 (in Chinese) [宋远红, 宫野, 王德真 1995 计算物理 12 528]

    [25]

    Kwok D T K, Chu P K, Chun C 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 1669

    [26]

    Sheridan T E 2000 Acta Metall. Sin. 13 611

    [27]

    Fu R K Y, Fu K L 2004 J. Vac. Sci. Technol. A 22 356

    [28]

    Powles R C, Kwok D T K, McKenzie D R, Bilek M M M 2005 Phys. Plasmas 12 093507

    [29]

    Rothard H, Moshammer R, Ullrich J, Kollmus H, Mann R, Hagmann S, Zouros T J M 2007 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 258 91

    [30]

    Kostov K G, Ueda M, Tan I H, Leite N F, Beloto A F, Gomes G F 2004 Surf. Coat. Techn. 186 287

    [31]

    Lim H, Lee Y, Han S, Kim Y, Cho J, Kim K J 2002 Surf. Coat. Techn. 160 158

  • [1]

    Ferrante D, Iannace S, Monetta T 1999 J. Mater. Sci. 34 175

    [2]

    Kwok D T K 2006 IEEE Trans. Plasma Sci. 34 1059

    [3]

    Riccardi C, Barni R, Selli E, Mazzone G, Massafra M R, Marcandalli B, Poletti G 2003 Appl. Surf. Sci. 211 386

    [4]

    Zhang D C, Shen Y Y, Huang Y J, Wang Z, Liu C L 2010 Acta Phys. Sin. 59 7974 (in Chinese) [张大成, 申艳艳, 黄元杰, 王卓, 刘昌龙 2010 物理学报 59 7974]

    [5]

    Hu X J, Hu H, Chen X H, Xu B Acta Phys. Sin. 60 068101 (in Chinese) [胡晓君, 胡衡, 陈小虎, 许贝 2011 物理学报 60 068101]

    [6]

    Zhang Y, Zhang C H, Zhou L H, Li B S, Yang Y T 2010 Acta Phys. Sin. 59 4130 (in Chinese) 张勇, 张崇宏, 周丽宏, 李炳生, 杨义涛 2010 物理学报 59 4130]

    [7]

    Oates T W H, Bilek M M M 2002 J. Appl. Phys. 92 2980

    [8]

    Fu R K Y, Chu P K, Tian X B 2004 J. Appl. Phys. 95 3319

    [9]

    Lacoste A, Coeur F L, Arnal Y, Pelletier J, Grattepain C 2001 Surf. Coat. Techn. 135 268

    [10]

    Tian X B, Fu R KY, Chen J Y, Chu P K, Brown I G 2002 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 187 485

    [11]

    Allan S Y, Mckenzie D R, Bilek M M M 2010 Plasma Sources Sci. Techn. 19 045002

    [12]

    Kondyurin A, Gan B K, Bilek M M M, Mizuno K, McKenzie D R 2006 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 251 413

    [13]

    Emmert G A 1994 J. Vac. Sci. Technol. B 12 880

    [14]

    Ueda M, Tan I H, Dallaqua R S, Rossi J O, Barroso J J, Tabacniks M H 2003 Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B 206 760

    [15]

    Oates T W H, Pigott J, McKenzie D R, Bilek M M M 2003 IEEE Trans. Plasma Sci. 31 438

    [16]

    Dai Z L, Wang Y N 2002 J. Appl. Phys. 92 6428

    [17]

    Li X C, Wang Y N 2006 Thin Solid Films 506-507 307

    [18]

    Huang Y X, Tian X B, Yang S Q, Fu Ricky, Chu K Paul 2007 Acta Phys. Sin. 56 4762 (in Chinese) [黄永宪, 田修波, 杨士勤, Fu R K Y, Chu K P 2007 物理学报 56 4762]

    [19]

    Liu C S, Wang D Z, Liu T W, Wang Y W 2008 Acta Phys. Sin. 57 6450 (in Chinese) [刘成森, 王德真, 刘天伟, 王艳辉 2008 物理学报 57 6450]

    [20]

    Verboncoeur J P 2005 Plasma Phys. Contr. F 47 A231

    [21]

    Wang P, Tian X B, Wang Z J, Gong C Z, Yang S Q 2011 Acta Phys. Sin. 60 085206 (in Chinese) [王蓬, 田修波, 汪志键, 巩春志, 杨士勤 2010 物理学报 60 085206]

    [22]

    Liu C S, Han H Y, Peng X Q, Chang Y, Wang Y, Wang D Z 2010 Chin. Phys. B 19 035201

    [23]

    Bogaerts A, Gijbels R 2002 Plasma Sources Sci. Technol. 11 27

    [24]

    Song Y H, Gong Y, Wang D Z 1995 Chinese J. Comput. Phys. 12 528 (in Chinese) [宋远红, 宫野, 王德真 1995 计算物理 12 528]

    [25]

    Kwok D T K, Chu P K, Chun C 1998 IEEE Trans. Plasma Sci. 26 1669

    [26]

    Sheridan T E 2000 Acta Metall. Sin. 13 611

    [27]

    Fu R K Y, Fu K L 2004 J. Vac. Sci. Technol. A 22 356

    [28]

    Powles R C, Kwok D T K, McKenzie D R, Bilek M M M 2005 Phys. Plasmas 12 093507

    [29]

    Rothard H, Moshammer R, Ullrich J, Kollmus H, Mann R, Hagmann S, Zouros T J M 2007 Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 258 91

    [30]

    Kostov K G, Ueda M, Tan I H, Leite N F, Beloto A F, Gomes G F 2004 Surf. Coat. Techn. 186 287

    [31]

    Lim H, Lee Y, Han S, Kim Y, Cho J, Kim K J 2002 Surf. Coat. Techn. 160 158

  • [1] 张含天, 周前红, 周海京, 孙强, 宋萌萌, 董烨, 杨薇, 姚建生. 二次电子发射对系统电磁脉冲的影响. 物理学报, 2021, 70(16): 165201. doi: 10.7498/aps.70.20210461
    [2] 陈龙, 孙少娟, 姜博瑞, 段萍, 安宇豪, 杨叶慧. 电子非麦氏分布的二次电子发射磁化鞘层特性. 物理学报, 2021, 70(24): 245201. doi: 10.7498/aps.70.20211061
    [3] 王丹, 叶鸣, 冯鹏, 贺永宁, 崔万照. 激光刻蚀对镀金表面二次电子发射的有效抑制. 物理学报, 2019, 68(6): 067901. doi: 10.7498/aps.68.20181547
    [4] 王文静, 李冲, 张毛毛, 高琨. 共轭聚合物内非均匀场驱动的超快激子输运的动力学研究. 物理学报, 2019, 68(17): 177201. doi: 10.7498/aps.68.20190432
    [5] 赵晓云, 张丙开, 王春晓, 唐义甲. 电子的非广延分布对等离子体鞘层中二次电子发射的影响. 物理学报, 2019, 68(18): 185204. doi: 10.7498/aps.68.20190225
    [6] 胡晶, 曹猛, 李永东, 林舒, 夏宁. 微米量级表面结构形貌特性对二次电子发射抑制的优化. 物理学报, 2018, 67(17): 177901. doi: 10.7498/aps.67.20180466
    [7] 白春江, 封国宝, 崔万照, 贺永宁, 张雯, 胡少光, 叶鸣, 胡天存, 黄光荪, 王琪. 铝阳极氧化的多孔结构抑制二次电子发射的研究. 物理学报, 2018, 67(3): 037902. doi: 10.7498/aps.67.20172243
    [8] 刘俊娟, 魏增江, 常虹, 张亚琳, 邸冰. 杂质离子对有机共轭聚合物中极化子动力学性质的影响. 物理学报, 2016, 65(6): 067202. doi: 10.7498/aps.65.067202
    [9] 封国宝, 王芳, 曹猛. 电子辐照聚合物带电特性多参数共同作用的数值模拟. 物理学报, 2015, 64(22): 227901. doi: 10.7498/aps.64.227901
    [10] 杨文晋, 李永东, 刘纯亮. 高入射能量下的金属二次电子发射模型. 物理学报, 2013, 62(8): 087901. doi: 10.7498/aps.62.087901
    [11] 何福顺, 李刘合, 李芬, 顿丹丹, 陶婵偲. 增强辉光放电等离子体离子注入的三维PIC/MC模拟 . 物理学报, 2012, 61(22): 225203. doi: 10.7498/aps.61.225203
    [12] 刘杰, 刘邦武, 夏洋, 李超波, 刘肃. 等离子体浸没离子注入制备黑硅抗反射层及其光学特性研究. 物理学报, 2012, 61(14): 148102. doi: 10.7498/aps.61.148102
    [13] 黄永宪, 吕世雄, 田修波, 杨士勤, Fu Ricky, Chu K Paul, 冷劲松, 李垚. 聚合物物理属性对离子注入效应的影响. 物理学报, 2012, 61(10): 105203. doi: 10.7498/aps.61.105203
    [14] 闫悦, 赵谡玲, 徐征, 龚伟, 王大伟. 多环类苝四甲酸二酐插入层对ZnO纳米棒和聚合物复合太阳电池性能的影响. 物理学报, 2011, 60(8): 088803. doi: 10.7498/aps.60.088803
    [15] 张红平, 欧阳洁, 阮春蕾. 纤维悬浮聚合物熔体描述的均一结构多尺度模型. 物理学报, 2009, 58(1): 619-630. doi: 10.7498/aps.58.619
    [16] 全荣辉, 张振龙, 韩建伟, 黄建国, 闫小娟. 电子辐照下聚合物介质深层充电现象研究. 物理学报, 2009, 58(2): 1205-1211. doi: 10.7498/aps.58.1205
    [17] 史晶, 高琨, 雷杰, 解士杰. 基态非简并导电聚合物——坐标空间研究. 物理学报, 2009, 58(1): 459-464. doi: 10.7498/aps.58.459
    [18] 黄永宪, 田修波, 杨士勤, Fu Ricky, Chu K. Paul. 脉冲偏压上升沿特性对等离子体浸没离子注入鞘层扩展动力学的影响. 物理学报, 2007, 56(8): 4762-4770. doi: 10.7498/aps.56.4762
    [19] 李雪春, 王友年. 介质靶表面的充电效应对等离子体浸没离子注入过程中鞘层特性的影响. 物理学报, 2004, 53(8): 2666-2669. doi: 10.7498/aps.53.2666
    [20] 卢其亮, 赵国庆, 周筑颖. 近程碰撞对He+离子诱发背向电子发射贡献比例的计算. 物理学报, 2003, 52(5): 1278-1281. doi: 10.7498/aps.52.1278
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-10-11
  • 修回日期:  2011-11-11
  • 刊出日期:  2012-08-05

等离子体浸没离子注入非导电聚合物的适应性及栅网诱导效应的研究

  • 1. 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨 150001;
  • 2. 哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所, 哈尔滨 150001
    基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50904020和50974046), 哈尔滨市青年科技创新人才基金(批准号: 2009RFQXG050), 中央高校基础科研业务费专项资金(批准号: HIT. NSRIF. 2012007)和国家博士后科学基金(批准号: 20090460883和201003419)资助的课题.

摘要: 本文建立了绝缘材料等离子体浸没离子注入过程的动力学Particle-in-cell(PIC)模型, 将二次电子发射系数直接与离子注入即时能量建立关联, 研究了非导电聚合物厚度、介电常数和二次电子发射系数对表面偏压电位的影响规律以及栅网诱导效应. 研究结果表明: 非导电聚合物较厚时, 表面自偏压难以实现全方位离子注入, 栅网诱导可以间接为非导电聚合物提供偏压, 并抑制二次电子发射, 为厚大非导电聚合物表面等离子体浸没离子注入提供了有效途径.

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