Pilot-PSI中单晶与多晶金刚石侵蚀研究

D. Kogut; D. Aussems; N. Ning; K. Bystrov; A. Gicquel; J. Achard; O. Brinza; Y. Addab; C. Martin; C. Pardanaud; S. Khrapak; G. Cartry

doi:10.1016/j.jnucmat.2017.12.028

Pilot-PSI中单晶与多晶金刚石侵蚀研究

等离子体物理 2019-10-14 v1

作者: D. Kogut , D. Aussems , N. Ning , K. Bystrov , A. Gicquel , J. Achard , O. Brinza , Y. Addab , C. Martin , C. Pardanaud , S. Khrapak , G. Cartry

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摘要

金刚石是增强用于聚变反应堆中性注入的离子源中负离子表面产生的有前景候选材料；因此评估其相对于氢等离子体的反应性是极为重要的。高质量PECVD单晶和多晶金刚石样品在Pilot-PSI中暴露于D+通量为(4-7) $\times$ 10 24 m-2 s-1、每个氘核冲击能量为7-9 eV的不同表面温度下；在此条件下物理溅射可忽略，但化学溅射显著。净化学溅射产额 $Y = 9.7\times 10^{-3}$ at/ion在800 $^\circ$ C下通过使用预先沉积在单晶上的保护铂掩膜(5x10x2 $\mu$ m)随后利用透射电子显微镜(TEM)进行事后分析而精确测量。暴露金刚石表面的结构性质通过拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析。总化学溅射产额通过分子CH AX带的光学发射光谱在原位测定，针对若干表面温度。我们观察到在400 $^\circ$ C至1200 $^\circ$ C间侵蚀产额随温度呈钟形依赖关系，在900 $^\circ$ C达到最大值~1.5 $\times$ 10-2 at/ion。金刚石所得产额相对较高 $(0.51.5)\times 10^{-2}$ at/ion，与石墨相当。XPS分析显示金刚石表面在1 nm深度内非晶化，与分子动力学(MD)模拟吻合良好。MD还被用于研究不同温度下[100]金刚石表面侵蚀的氢冲击能量阈值。

关键词

金刚石化学溅射氢等离子体 Pilot-PSI 侵蚀产额拉曼光谱分子动力学

引用

@article{arxiv.1910.05155,
  title  = {Single-crystal and polycrystalline diamond erosion studies in Pilot-PSI},
  author = {D. Kogut and D. Aussems and N. Ning and K. Bystrov and A. Gicquel and J. Achard and O. Brinza and Y. Addab and C. Martin and C. Pardanaud and S. Khrapak and G. Cartry},
  journal= {arXiv preprint arXiv:1910.05155},
  year   = {2019}
}

Pilot-PSI中单晶与多晶金刚石侵蚀研究

摘要

关键词

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