等離子體CHx刻蝕碳氫薄膜的分子動力學模擬.pdf

1、受控核聚變是解決能源危機最有希望的手段之一。然而，受控核聚變的實現(xiàn)面臨著各種各樣的難題，其中面向等離子體材料的選擇問題是關(guān)鍵問題之一。C基材料具有良好的導熱性和抗熱沖擊性能而被作為面向等離子體材料用于核聚變裝置中。在核聚變裝置運行期間，C基材料在等離子體中心區(qū)逃逸出來的粒子的轟擊下發(fā)生的各種反應(yīng)，使材料的性質(zhì)發(fā)生了改變，從而影響了材料的使用壽命，進而阻礙了受控核聚變裝置的發(fā)展。為了提高材料的性能，了解等離子體與材料的相互作用是非常必要的

2、。因此本文使用分子動力學方法分別模擬了不同入射能量、不同入射角度以及不同薄膜溫度下H原子和CH與碳氫薄膜的相互作用過程，同時還分別模擬了不同H/Ar的比率和不同Ar+能量的條件下H與Ar+共同轟擊碳氫薄膜的協(xié)同效應(yīng)過程。
　　在H原子與碳氫薄膜作用過程中，隨著入射能量和薄膜溫度的升高，C原子和H原子的刻蝕率增加。隨入射角度的增加，C原子和H原子的刻蝕率減小。在同一條件下H原子的刻蝕率大于C原子的刻蝕率。入射能量、入射角度和薄膜溫度

3、對H原子刻蝕碳氫薄膜具有一定的影響。研究還表明在低能H刻蝕碳氫薄膜的過程中，C原子的主要刻蝕方式為化學增強的物理刻蝕。
　　在CH與碳氫薄膜相互作用過程中，C和H原子的吸附率隨入射能量的增加而增加，隨入射角度和樣品溫度的增加而降低，亦即入射粒子的能量和角度以及薄膜的溫度對CH與碳氫薄膜的相互作用具有一定的影響。研究表明CH與碳氫薄膜作用時將吸附在薄膜表面形成新的碳氫薄膜。入射粒子的能量和角度以及薄膜溫度對形成的薄膜性質(zhì)具有一定的影

4、響。
　　在Ar+和H與碳氫薄膜的作用過程中，其刻蝕率比純H作用碳氫薄膜的刻蝕率約大一個數(shù)量級，這說明在H等離子體與碳氫薄膜作用過程中由于有Ar+的參與使得C、H原子的刻蝕率明顯增加。模擬結(jié)果顯示隨著等離子體中的Ar+離子比例的增加C原子和H原子的刻蝕率先增后減，隨著Ar+能量的增加H原子的刻蝕率增加，C原子的刻蝕率先增后減。通過分析模擬結(jié)果可發(fā)現(xiàn)在Ar+量較低的時候，入射的Ar+對C原子和H原子的刻蝕的影響較大，當Ar+量較高時