等離子體CHx刻蝕碳?xì)浔∧さ姆肿觿?dòng)力學(xué)模擬.pdf

1、受控核聚變是解決能源危機(jī)最有希望的手段之一。然而，受控核聚變的實(shí)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(wèn)題是關(guān)鍵問(wèn)題之一。C基材料具有良好的導(dǎo)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(yùn)行期間，C基材料在等離子體中心區(qū)逃逸出來(lái)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(jìn)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(dòng)力學(xué)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?xì)浔∧さ南嗷プ饔眠^(guò)程，同時(shí)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?xì)浔∧さ膮f(xié)同效應(yīng)過(guò)程。
　　在H原子與碳?xì)浔∧ぷ饔眠^(guò)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(duì)H原子刻蝕碳?xì)浔∧ぞ哂幸欢ǖ挠绊憽Ｑ芯窟€表明在低能H刻蝕碳?xì)浔∧さ倪^(guò)程中，C原子的主要刻蝕方式為化學(xué)增強(qiáng)的物理刻蝕。
　　在CH與碳?xì)浔∧は嗷プ饔眠^(guò)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(duì)CH與碳?xì)浔∧さ南嗷プ饔镁哂幸欢ǖ挠绊憽Ｑ芯勘砻鰿H與碳?xì)浔∧ぷ饔脮r(shí)將吸附在薄膜表面形成新的碳?xì)浔∧?。入射粒子的能量和角度以及薄膜溫度?duì)形成的薄膜性質(zhì)具有一定的影

4、響。
　　在Ar+和H與碳?xì)浔∧さ淖饔眠^(guò)程中，其刻蝕率比純H作用碳?xì)浔∧さ目涛g率約大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明在H等離子體與碳?xì)浔∧ぷ饔眠^(guò)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(guò)分析模擬結(jié)果可發(fā)現(xiàn)在Ar+量較低的時(shí)候，入射的Ar+對(duì)C原子和H原子的刻蝕的影響較大，當(dāng)Ar+量較高時(shí)