B-C系列薄膜的脈沖激光沉積、結(jié)構(gòu)表征與成分控制.pdf

1、B-C系列薄膜具有對激光能量吸收率高以及能承受氘、氚燃料的沖擊高壓等優(yōu)點(diǎn)，可作為新型的靶丸燒蝕層材料，應(yīng)用于慣性約束核聚變（InertialConfinement Fusion，ICF）研究中，而薄膜成分的精確控制對于 ICF應(yīng)用效果具有重要的影響。為此，論文以 B-C系列薄膜的制備及其成分控制為研究目標(biāo)，采用脈沖激光沉積（Pulsed Laser Deposition，PLD）技術(shù)，通過對靶材成分和組成形式以及薄膜沉積工藝參數(shù)的調(diào)整，

2、以期制備出成分在大范圍內(nèi)精確可控的 B-C系列薄膜，最終為 ICF的應(yīng)用提供一種高質(zhì)量的靶丸燒蝕層材料。
　　 首先，以硼粉、碳粉為原料，采用放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering，SPS）技術(shù)，制備 B-C系列陶瓷，以為大組分范圍 B-C系列薄膜的脈沖激光沉積提供成分多樣的高品質(zhì)靶材料。當(dāng)燒結(jié)溫度達(dá)到1900℃時，陶瓷材料的致密度大于95％，晶粒尺寸在400㎜左右。通過對材料物相的研究分析發(fā)現(xiàn)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)為

3、碳原子進(jìn)入硼晶格的過程，材料由 B13C2相與少量的游離 C組成。通過燒結(jié)不同原料配比的 B-C陶瓷并分析材料的化學(xué)組成，得出了原料配比與材料成分之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式，從而精確控制 B-C陶瓷中的硼碳原子比。通過對材料晶胞結(jié)構(gòu)的精修、透射電鏡的觀察以及 C原子帶結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)現(xiàn) SPS中的高溫和壓力使得材料中（104）晶面產(chǎn)生滑移并形成面缺陷，在顯微圖像中表現(xiàn)為大量的平行明暗條紋。
　　 然后，以 B-C系列陶瓷為靶源，采用脈沖激

4、光沉積技術(shù)制備 B-C系列薄膜，研究激光能量與靶-基距對薄膜沉積質(zhì)量的影響。結(jié)果表明較低的激光能量使B-C薄膜沉積過程中的二次濺射率下降，有利于獲得較大的沉積速率，同時薄膜表面液滴數(shù)量減少，表面粗糙度較低。較大的靶-基距使 B-C羽輝中的粒子到達(dá)基板時具有較大的動能，從而越過非晶亞穩(wěn)勢壘生長出少量納米晶顆粒，導(dǎo)致薄膜的表面粗糙度上升。通過優(yōu)化工藝，得到厚度均勻、表面平整的非晶態(tài) B-C系薄膜，調(diào)整靶材中的硼碳比使 B-C系列薄膜中的硼碳

5、原子比在2.9-4.5范圍內(nèi)精確可控。
　　 為進(jìn)一步提高 B-C系列薄膜中的硼碳原子比，以 B/C系列拼合靶為靶源，制備 B-C系列薄膜，研究基底溫度與靶材自轉(zhuǎn)速度對薄膜沉積質(zhì)量的影響。結(jié)果表明較大的靶材自轉(zhuǎn)速度使 B-C薄膜中的硼、碳原子單層的厚度變小，粒子在薄膜表面的遷移能力變大，有利于硼、碳原子的充分雜化成鍵。隨基底溫度的升高，B-C薄膜表面開始生長出微晶顆粒，使薄膜的表面粗糙度增加。薄膜的化學(xué)組成分析結(jié)果表明 B-C系