Vasiliy Pelenovich 曾晓梅 罗进宝 Rakhim Rakhimov左文彬 张翔宇 田灿鑫 邹长伟 付德君 杨兵

1) (武汉大学物理科学与技术学院, 武汉 430072)

2) (岭南师范学院物理科学与技术学院, 湛江 524048)

3) (武汉大学动力与机械学院, 武汉 430072)

本文提出采用气体团簇离子束的两步能量修形法来改善4H-SiC(1000)晶片表面形貌.先用15 keV 的高能Ar 团簇离子进行整体修形, 再用5 keV 的低能团簇离子优化表面.结果表明, 在相同的团簇离子剂量下,与单一15 keV 的高能团簇处理相比, 两步法修形后的表面具有更低的均方根粗糙度, 两者分别为1.05 nm 和0.78 nm.本文还以原子级平坦表面为研究对象, 揭示了载能团簇引起的半球形离子损伤(弧坑)与团簇能量的关系, 及两步能量修形法在弧坑修复中的优势.在原子力显微镜表征的基础上, 引入了二维功率谱密度函数, 以直观全面地给出材料的表面形貌特征及其随波长(频率)的分布.结果表明, 经任何能量的团簇离子轰击的表面, 在0.05—0.20 µm 波长范围内, 团簇轰击都能有效地降低粗糙度, 而在0.02—0.05 µm 范围内, 则出现了粗化效应, 这是由于形成了半球形离子损伤, 但第二步更低能量的团簇离子处理可以削弱这种粗化效应.

1 引 言

气体团簇离子(gas cluster ion, GCI)是多个原子或分子的介观聚合体, 尺寸范围很广, 从几个原子到数千个甚至上万个原子不等, 直径介于0.1 至10.0 nm.而每个团簇离子的电荷数仅为几个电子电量, 因而经高压加速后, 大尺寸团簇中平均每个原子的能量仍然很小.这种高质荷比(m/q)特点, 使得重团簇离子束与固体表面……