1 中国科学技术大学国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
2 中国科学技术大学光学与光学工程系，安徽 合肥 230026
离子轰击固体表面诱导的纳米结构具有小周期（10~100 nm）、大面积、准周期的特点。利用氩离子轰击在减反膜上制备出横向特征尺寸在100 nm附近、横向周期性与纵向连续性逐步明显的准周期纳米波纹结构。为了增大表征面积，利用极紫外散射法表征了上述自组织纳米波纹的形貌特征。结果显示，面内和锥角模式的极紫外散射法所获得的样品横向和纵向形貌特征，均能够与原子力扫描显微镜所获得的样品形貌特征相对应，这初步说明了此方法表征准周期纳米波纹结构基本形貌特征的可行性，为后续的定量分析提供基础。同时，利用极紫外同步辐射光表征的自组织纳米结构面积达到了mm2量级，将合肥光源计量光束线的表征范围拓展到自组织纳米结构，这也为未来探索极紫外光刻掩模的散射表征等研究提供参考。
极紫外 散射测量 同步辐射 离子轰击 自组织纳米结构 准周期 光学学报
2022, 42(19): 1936001
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200302
中国科学技术大学国家同步辐射实验室, 安徽 合肥 230029
利用低能离子轰击在光刻胶表面诱导产生自组织纳米波纹结构,将其作为掩模,与反应离子束刻蚀技术相结合,在熔石英表面制备了亚波长纳米结构。与直接利用离子轰击产生的纳米结构相比,此方法制备的结构显著提高了自组织纳米结构的振幅和高宽比。这种具有表面亚波长纳米结构的熔石英样品在600~1300 nm波段范围内的透过率约为94%。初步结果显示离子轰击技术在功能性表面纳米结构制备方面极具潜力。
激光加工 低能离子轰击 光刻胶 自组织纳米结构 熔石英 亚波长结构 光学学报
2020, 40(17): 1736001
西安工业大学 光电工程学院, 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 西安 710021
使用微波回旋共振离子源制备蓝宝石(A向)自组织纳米结构, 研究不同入射角度下Kr+离子束刻蚀蓝宝石表面形成的自组织纳米结构及其形成过程.采用等离子体与离子束刻蚀设备在不同入射角度下对蓝宝石样品表面进行刻蚀并通过Taylor Surf CCI2000非接触式表面测量仪和原子力显微镜分别对刻蚀后的蓝宝石样品的刻蚀速率及表面形貌进行分析.研究表明: 当离子束能量为400 eV,加速电压为200 V,离子束流密度为310 μA/cm2时, 小角度入射下, 蓝宝石样品表面出现纵向尺度较小的有序点状纳米结构; 随着入射角度的增加, 样品表面形成条纹状纳米结构, 30°时形成短程有序且纵横比为0.87的条纹状结构; 入射角度继续增加, 纵向高度减小直至纳米结构消失; 当角度达到60°附近, 蓝宝石表面又出现条纹状结构, 70°时形成了短程有序且纵横比为1.07的条纹状结构.自组织纳米结构的形成先以“岛状”形式出现, 随后岛上生长出条纹状纳米结构, 随着刻蚀时间的增加, 岛状条纹结构纵向尺度增大且有序性增强, 纳米结构的横向周期不变.
低能Kr+离子束 自组织纳米结构 条纹状纳米结构 蓝宝石 表面形貌 刻蚀速率 原子力显微镜 Low energy Kr+ ion beam Self-organized nanostructure Striped nanostructures Sapphire Surface morphology Etching rate Atomic force microscope
西安工业大学光电工程学院, 陕西 西安 710032
在不同氪(Kr)离子束参数下,研究了微波回旋共振离子源对旋转蓝宝石样片表面的刻蚀效果。采用四因素三水平正交实验,分析了Kr
+离子束的入射角度、离子束能量、束流密度、作用时间对辐照后蓝宝石表面结构的影响规律,研究了离子束参数与蓝宝石表面粗糙度、刻蚀速率的关系。实验结果表明:当离子束入射角度为60°、能量为600 eV、束流密度为239 μA·cm
-2、作用时间为90 min时,样品表面的粗糙度最大,且形成的表面形貌具有明显的点状结构;在同样的离子束入射角度、能量和束流密度下,作用时间为30 min时,刻蚀速率最大,表面形貌点状结构密集。利用最优参数组合可得到良好的点状纳米结构、最优的粗糙度和刻蚀速率。
材料 低能离子束刻蚀 自组织纳米结构 粗糙度 刻蚀速率 表面形貌 激光与光电子学进展
2019, 56(12): 121601
西安工业大学光电学院, 陕西省薄膜技术与光学检测重点实验室, 陕西 西安 710032
针对蓝宝石有序纳米结构的制备，使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+离子束在不同参数下刻蚀蓝宝石(C 向)表面形成的自组织纳米结构及其光学性能。结果表明，当离子束入射能量为1200 eV、束流密度为265 μA/cm2 时，随着入射角度的增大(5°~40°)，样品表面出现点状自组织纳米结构，该结构的有序性较差；当增加角度到45°时，样品表面出现了有序的条纹结构，在45°~70°时，增大离子束入射角度，样品表面沿离子束入射方向出现柱状结构，而在垂直于离子束入射方向，样品表面呈现出有序的条纹结构；随着离子束入射角度的增加，样品表面的纳米条纹结构的特征波长先减小(45°~60°)后逐渐增大(60°~70°)，在60°附近，特征波长达到极小值，约为21.1 nm。在70°~75°时，样品表面呈现纵横比较大的纳米点状结构。增加离子束的作用时间，样品表面的纳米结构纵向尺寸增大，有序性增加，但纳米结构横向周期基本不变。有序纳米结构的出现使得样品的透射率得到提升。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面驰豫机制相互作用的结果。
材料 自组织纳米结构 低能离子束刻蚀 蓝宝石 表面形貌
西安电子科技大学微电子学院, 陕西 西安 710064
使用微波回旋共振离子源，研究了低能Ar+束在不同入射角度下对旋转单晶硅（100）表面的刻蚀效果及其光学性能。结果表明：样品旋转、离子束能量为1000 eV、束流密度为265 μA/cm2、刻蚀时间为60 min时，在不同入射角度下，刻蚀后的样品表面可形成均匀的自组装点状结构。入射角度为0°～25°时，随着角度增加，样品表面粗糙度增大，点状结构有序性更强，光学透射率提高；继续增加入射角度，样品表面粗糙度及点状结构尺寸开始减小，光学透射率降低；增加入射角度到45°时，自组装点状结构消失，粗糙度和平均光学透射率达到最小值分别为0.83 nm和55.05%；进一步增加入射角度，样品表面再次出现自组织装点状结构，表面粗糙度急剧增大，入射角度在65°时，平均光学透射率达到极大值64.59%；此后，随着离子束入射角度的增加，表面粗糙度缓慢减小，光学透射率降低。自组织结构变化是溅射粗糙化和表面弛豫机制相互作用的结果。
表面光学 微纳米制造技术 自组织纳米结构 低能离子束刻蚀 表面形貌 光学透射率
