脉冲激光等离子体中钍离子注入薄二氧化硅层的实验研究
材料科学
2018-04-18 v1
摘要
我们报道了关于通过脉冲等离子体通量膨胀将钍离子注入薄二氧化硅的实验研究结果。钍离子由激光烧蚀金属靶产生，激光等离子体的离子组分在烧蚀靶与 SiO2/Si(001) 样品之间电势差（5、10 和 15 kV）所产生的电场中被加速。安装于电子能谱仪真空腔内的激光烧蚀系统配备有 YAG:Nd3+ 激光器，在 Q 开关 regime 下脉冲能量为 100 mJ、时间持续为 15 ns。通过 X 射线光电子能谱（XPS）和反射电子能量损失谱（REELS）方法，研究了注入到 10 nm 厚亚表面区域的钍原子的深度分布及其化学态，以及不同注入条件下改性氧化硅的带隙。化学成分分析表明，改性氧化硅薄膜含有复杂硅酸钍。根据钍原子的局域浓度，实验确定的带隙位于 6.0 - 9.0 eV 范围。基于杂化泛函的 ab initio 计算对 SiO2 与 ThO2 晶系的光学性质进行了理论研究。SiO2/ThO2 复合材料的光学性质基于 Bruggeman 有效介质近似进行解释。对膨胀早期阶段“热”激光等离子体中同核异构核的产额进行了定量评估。结合实验结果的估算表明，将钍离子激光注入 SiO2 基体可用于进一步研究 229Th 同位素中能量为 7.8(0.5) eV 的低能同核异构跃迁。
引用
@article{arxiv.1711.03378,
title = {Experimental studies of thorium ions implantation from pulse laser plasma into thin silicon oxide layers},
author = {P. V. Borisyuk and E. V. Chubunova and Yu. Yu. Lebedinskii and E. V. Tkalya and O. S. Vasilyev and V. P. Yakovlev and E. Strugovshchikov and D. Mamedov and A. Pishtshev and S. Zh. Karazhanov},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.03378},
year = {2018}
}