快重离子束引起的界面增强附着效应

裘元勋

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快重离子束引起的界面增强附着效应

综述 | 更新时间：2022-09-13

- 快重离子束引起的界面增强附着效应
- The enhanced adhesion caused by fast heavy ion beam
- 核技术 1986年09卷第7期
- 作者机构：
  
  兰州大学
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  中图分类号：
- 纸质出版日期：1986-07
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裘元勋. 快重离子束引起的界面增强附着效应[J]. 核技术, 1986,09(7):1-6,10,59.

Yuanxun Qiu. The enhanced adhesion caused by fast heavy ion beam[J]. Nuclear techniques, 1986, 09(7): 1-6,10,59.
裘元勋. 快重离子束引起的界面增强附着效应[J]. 核技术, 1986,09(7):1-6,10,59. DOI：

Yuanxun Qiu. The enhanced adhesion caused by fast heavy ion beam[J]. Nuclear techniques, 1986, 09(7): 1-6,10,59. DOI：

摘要

近年来的实验已经证实，用能量为MeV/amu量级的快重离子束照射一定剂量，可显著地强化薄膜和各类基体间的粘附性。由于这一效应在机制及应用上和常用的能量为keV/amu量级的低能离子束混合过程引起的附着改性有明显的不同而逐渐引人注意。这种可称为快重离子束增强附着的效应，最初是在研究绝缘体表面的反常高能溅射现象时发现的

[1]

。所谓高能溅射是指入射离子的能量已进入其能损以电子阻止为主的高能区时（见图1

[2]

）固体表面发生的溅射或腐蚀现象。按照传统的低能溅射理论，在高能区，由于核阻止只占极少的成份，溅射产额

（定义为每入射一个离子平均出射的原子或分子数）应是微不足道的。但近年来却意外地观察到许多绝缘材料的高能

值比预期值大几个数量级，而达到可与低能

值（一般为1-10的量级）相比拟。表1是用平衡电荷态的氯离子束在超高真空条件下测得的一些

值。可以看到在绝缘体中高能溅射是较普遍存在的，而在半导体和金属中却未观察到。虽然目前还没有一个满意的高能溅射理论，但一般认为这是与包括形成核径迹在内的快重离子束在固体内的辐射损伤过程相关联的一种表面现象；与低能溅射不同，它主要依赖于电子阻止而不是核阻止。高能溅射实验和理论的进展不仅把这一能区离子束-固体相互作用的体内过程和表面现象联系起来，而且也刺激了重离子束在此能区实际应用的种种设想。以高能重离子轰击，利用溅射伴随的原子移位及强烈的电离激发导致的局部高温来强化薄膜固体材料和绝缘体交界面的粘附性，正是这类应用最初的尝试之一，并立即得到了实验证实

[1]

。由于最初认定这是一个与高能溅射相关的界面效应，因而构成试验样品的膜和基体中至少有一种是绝缘体，如：金/绝、绝/绝和绝/半。但紧跟着偶然地对并不含有绝缘体的样品如：金/半及金/金组合也作了重离子照射，它们出人意料地显示出甚至更为明显的增强附着效应，金属薄膜（Au或Ag）和半导体或金属基体的附着力往往科增强到能耐受很强的摩刮

[6]

。这个实验事实固然揭示了该效应的普遍性，但亦对了解其发生机制提出了挑战。另一方面，实验证实离子束轰击后的界面并不存在明显的原子混合层（至少在20Å以下），明确的表现出与常用的低能离子束混合过程的差别，因为后者的混合层至少在数百Å以上。除重离子束外

[7]

，有人用大剂量的低能电子束

[8]

和紫外光束

[9]

也观察到了类似的增强附着效应，进一步证实了这个过程主要取决于与电子作用的过程。总的来说，无论在实验方面还是在理论上，对这一界面现象的研究尚处在发展阶段，实际应用也只刚刚开始。本文将给出部分实验结果，并结合一些最新进展着重探讨其物理机制和应用前景。

Abstract

关键词

Keywords

references

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