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材料加工专业毕业设计外文翻译
译文
在通过集中的离子束的BK7玻璃上的表面特性的调查
YongqiFu*,NgoiKokAnnBryan,WeiZhou,DongzhuXie,LimBoonHong
摘要:
在强烈离子束击下的BK7玻璃的表面特性被调查。
在击下形成的部分的形状与不同过程参数下形成的式不同的。
例如像离子入射的角度,离子量和返回的时间等。
通过我们的实验结果,我们发现被限定扫描地方的边界形状在钙离子轰击后也影响便面特征。
另外,BK7玻璃的视觉特性的一种即光的传导被测量并与白色底质相比较(在FIB轰击前后进行的)。
FIB轰击后的传导从深蓝紫色变为蓝紫色,并且反复的与FIB轰击以后的肉眼可见的区域和红色区域一起被展现。
这一现象的产生被在高压下产生离子能量的钙离子所导致离子的穿透深度和离子能量通过TRIM2000d的使用被积累。
关键字:
-BK7FIB传导分布状态
I.前言
喷射的低能量离子束经常被用于1号深度的轮廓分析技术。
在某种情况下,一般对于中断的离子入射,在一个齿形或波浪型物质中一个周期振辐伴随着1微米厚度长度薄层在离子轰击时形成。
伴随着宽束离子轰击,齿形结构因为个别晶状的半导体物质和非晶状的半导体物质而被观察到(二氧化硅和被使用的石英)。
然而,它们既无规律性,也不连续,并且很难有实际用处。
BK7玻璃被普遍用于传统的显微镜系统。
关于这一物质,齿形波被发射的调查将有助于处理被用于光学系统力带有微米特征的光谱结构。
在这方面,我们发现另一种有色素,BK7,被一种带有30kev离子能量的一束强烈的离子束轰击。
我们设法去得到规则的。
直线型的,并且可被各种过程参数控制的齿形波,它们有望于被做为光栅。
因为离子入射的效应,BK7色素的传导在离子轰击后将被或多或少的改变。
利用FIB扫描的BK7玻璃表面状态的变化在被报告的原理模型这一主题中被第一次调查,然后BK7玻璃中这一色素的传导率被测定并且在钙离子增大积累的基础上它们的变化被发现。
II.实验的构成
磨齿的实验被我们用带有一液体镓的离子源的FIB机器实施,整个机器带电子扫描显微镜。
此显微镜带有相对于水平面倾斜30度角的0~20kev的能量;带有时使能量分散的x射线分光计设备和利用天然气达到腐蚀功能。
这台机器通常用带一个被集中0~50kev能量的钙离子束,一个电流在4PA到19.7nA的探针和一个在25um~350um范围内的有限孔。
对于最小的一束电流,这束离子流在足够宽和最大一半时能被集中到最低到7nm。
在真空的空腔内,这一阶段能被改变为0度到60度。
磨齿的过程凭不同不同深度离子量的变化的不同方法在程序控制下被展示。
一个UV-VIS分散光谱(UV-VIS分光光度计)FIB在过程前后被用于测量底片的散光。
它要求一个照射区域大于10
10
.这个区域度于FIB磨齿十分大的(对于我们的FIB机器非常恰当的时间里)。
机器最大的磨齿区域时1
,我们不得不凭借一个10
10的组合零件来覆盖这个10
10
.的区域。
组合零件的需要导致了保面粗糙度不规则的崩裂,那将影响并传递到某一范围。
III.结果和争议
A.用过程参数进行状态评价
BK7玻璃的表面状态表现了从正弦结构到锯齿状的结构,像图1(a)~(d)所描述的一样。
在照射的开始,锯齿样的波被观察像正弦曲线结构,然后伴随着离子入射角度的增加它们改变为锯齿结构。
图2时在BK7玻璃上通过原子能显微镜测量的图片。
图2
它时通过带有3kev的能量的FIB轰击自然形成的,入射角为0度;反射时间为10us,并且7.68mc/um²的离子量。
这个齿状物质看起来像高63nm,宽2.6um的正弦曲线结构,在10um时,反射时间保持连续。
伴随着离子入射角从过去的0度到现在的15度的增加,齿形改变到高254nm,宽1.73um的锯齿结构,注意像图3展示的那样。
图3
当离子喷射在BK7玻璃表面时,高度的增加和宽度的减小可被看到。
然而,当我们改变被定义的裂缝区边沿的形状从先前的锯形到现在的XX,这个齿状消失了。
从图4可以看到在微米和纳米区域的许多点代替了被观察到的在裂纹XX
区域里的齿形形状。
在中心区域斑点的大小壁在边沿区域的被打乱的斑点大。
它展示了边界效应对于形成齿形状态的过程是起到一个支配作用,着原因查到现在仍然未知并且需要进一步从原理和实验中学习研究。
对于带有XX边界的照射,斑点尺寸是伴随入射角从0度到5度和同样的反射时间(100us)渐渐变大,例如图5展示。
图5
离子流在照射在以水平面为基准成θ角的面上(OZ轴)并且越过一个增大表面长度ds,在表面P点,这个表面的梯度为
并且α也是基本水平面和OZ轴的角度。
如果离子喷射因为基本离子入射角θ-α,并且Y(θ-α)在OZ方向P点的表面电流腐蚀被给予。
N-是标准原子密度。
Y-是在离子入射角为θ-α时喷射发生J
J-是离子流速
这整个进展过程被Bradvey和Harper在1988年第一次提出。
在他们地模型中,自生结果认识过程被结实为被离子喷射造成的粗糙面过程和因晶体物质和非线性晶体物质地黏性流体二被离子感应表面X而导致地光滑表面地过程。
但是BH模式不能解释在自识别地组织过程中非直线附属地发生。
S.Habenicht在2002年给了一个补充模型。
(2)
公式
(2)中
定义为在正常入射条件下,平行表面的腐蚀率,他直接关系到平行表面喷射产生的
。
是一个与带一定入射角度的喷射衍生物有关的参数。
,
描述表面腐蚀的曲线。
,
是离子感应粗糙度系数。
,
是弯曲度增值,并且
是表面扩散.
代表噪音期间对应增加过程.FIB轰击在这被忽略的由于温度升高而引起的热效应仅仅只有几度。
在真空力,因为空间温度,爆炸被实施。
色素没有被加热。
在离子轰击下正弦曲线结构构成是喷射腐蚀期间一个自然的过程。
它是一个被靠表面能量驱使滑动和喷射物质的移动之间的能量的自我识别结构。
在放射物质提高表面输送过程的导致在光滑表面与离子性物质和表面温升(因为结晶物质)有关的被加速表面传送的放射性物质扮演了重要角色。
因为离子能量沉淀率像离子穿透固体一样,凹面区域被喷射的比凸面区域大,导致了表面不稳定的增长,这个不稳定不稳定与一个光滑的机械作用相对的。
例如:
热流交换、表面交换或黏性流体。
比起粗糙影响关于波长他们有不同的一存状态。
这两个干涉效应因为椭圆选择了特征波长。
当离子入射角比临界角或结构角
c大时(临界角依靠喷射极限,正常
c=
0.椭圆的方向将被与离子射入方向垂直。
我们实验将根据这个机械作用被实施。
锯形波的波长伴随离子能量的增加而增加。
高度h最初伴随恰当的扫描时间离子量的增加,并且最终在高离子量下达到饱和。
它增长几乎与离子高度如
,
是增长参数。
d是离子穿透深度,E是离子能量,并且t是扫描时间。
伴随离子能量恰当增加这个时期。
B.FIB轰击后BK7玻璃的传导性
在FIB轰击时产生后多或少的钙离子,它在表面上可能影响了BK7色素的传导性,其归因于钙离子的进入。
特别对于一个可见波长。
图6图7
图6展示了当决定用UV-VIS传导光谱学的前后一个被测量的感光底片的传导性的比较。
(UV-VIS光谱HP8453)。
在FIBhongji的前后各种传导在红外线区域很可能被看到。
传导率与400nm大的波长的价值是一致的,并且能被普通光学显微镜系统看见。
FIB轰击后的BK7玻璃堆堆在接近红外线的影视工作设备比紫外线波长更加合适。
我们能假象FIB喷射过程中影片特性是稳定的。
因为它是一个低温机器设备。
边沿效应带有30kev离子能量的钙离子。
对于足够作用红外线区域的底片传导性是不大的。
在BK7玻璃的光学特征FIB轰击的影响能被忽视。
C.FIB轰击后的钙离子
图7时一个钙离子进入深度的积累结果。
常用的不同的离子能量常被有在离子束积累的软件(TRIM2000)。
BK7玻璃表面的嵌入深度对于30kev的离子能量是210埃。
被有电子散光X射线嵌入的钙离子的百分比是11.4%。
嵌入或多或少的影响光学特性,例如传导率,伴随离子能量增加插入深度的增加能配看到。
对于经常被用得50kev的离子能量,这扩散深度将是31nm,它将导致更多种类的光特性。
总结
总之,通过钙离子束喷射的BK7玻璃表面状态的变化被调查,并且与泪湿原理模型有关的被讨论。
实验结果展示了变化规则与BH和G。
Cater的原理一致。
在BK7表面获得的齿形波仍然没有像衍射结构一样用于实际。
X射线衍射和X射线电子分光系统,并且为了正规锯形结构的参数完整的相位分析需要被研究。
致谢
感谢来自新加坡的科学技术研究组织和具有精密设备战略研究基金会,以及新加坡制造技术协会和高新制造技术小组所提供的合作与支持。
英文原文
ICOPE2003ISBNNO:
981-04-84-4
ThechangeInvestigationofSurfaceFeaturesonBK7Glass
ViaFocusedIonBeamBombardment
YongqiFu*,NgoiKokAnnBryan,WeiZhou,DongzhuXie,LimBoon,Hong
*InnovationinManufacturingSystemsandTechnology(IMST),Singapore-Massachusetts
InstituteofTechnology(MIT)Alliance,50NanyangAvenue,Singapore639798.(e-mail:
yqfu@ntu.edu.cg)SchoolofMechanicalandProductionEngineering,NanyangTechnologicalUniversity,50NanyangAvenue,Singaproe639798
Abustract:
SurfacefeaturesonBK7glassunderbombardmentoffocusedionbeamwereinvestigated.thetopographyformedunderthebombardmentarediffentforthedifferentprocessparameters,suchasionincidetangle,iondose,andretracetime,etc.ThroughourexperimentalresultswefoundthattheboundaryshapeofthedefinedscanningareaalsoaffectsthefeaturesafterGabombing.Inaddition,oneofopticalpropertiesoftheBK7glass,transmission,wasmeasuredandcomparedwiththeblanksubstate(beforeandafterFIBbonbardment).ItwasshownthatthetransmissiontogetherwiththeonebeforetheFIBbombardmentforthevisibleandinfraredregion.Thechangeoftheionsvs.ionenergywassimulatedbyuseofTRIM2000.
Indexterms—BK7,FIB,transimission,topography
I.INTRODUCTION
Low-energyionbeamsputteringiscommonlyusedIdepthprofilinganaglyticaltechniques.Undercertainconditions,generallyforoff-normalionincidence,aperiodicheightmodulationinarippleorwave-likestructurewithasu-micronlengthscaledevelopduringionbombardmet.Rippleformationwasobservedforsinglecrystallinesemiconductormaterialandamorphousmaterial(Sio2,andfusedsilica)withionbombardmentofbroadbeam.However,theyareneitherregularnorstraight,andaredifficulttohaveanypracticaluse.BK7glassiscommonlyusedinconventionalandmicro-opticalsystems.Investigationtheevolutionofripplegeneratedonthismaterialwillbehelpfultogatidealdiffractionstructureswithsub-micronfeaturesizeswhichcanbeusedinopticalsystems.Inthispaper,wedisscussanothersubsttratedmaterial,BK7,bombedbyafocusedionbeamwithionenergyof30keV.Wetriedtogettheregular,straight,andcontrollableripplesbyvaryingtheprocessparameters,which,hopefully,canbeusedasanopticalgrating.Becausedoftheinfluenceofionimplaintation,transmissionoftheBK7substratewillbechangedmoreoflessaftertheionbombardment.TheevolutionofsurfacetopographyoftheBK7bytheFIBscanningwasinvestigatedfirstintermofthereportedtheoreticalmodel,thenthetransmissionoftheBK7substratwasmeasuredanditsvaritationwasdiscussedbasedonthesimulationresultsofGa+implantation.
II.EXPERIMENTALSETUP
ThemillingexperimentswerecarriedoutusingourFIBmachine(Micrion9500EX)withanionsourceofliquidgallium,integratedwithascanningelectronmicroscope(SEM)withelectronenergyrangingfrom0to20keVwhichwasinclind30ºwiththehorizontalplane,energydispersionX-rayspectrometer(EDC)facilitiesandgasassistantetching(GAE)functions.ThismachineusesafocusedGa+ionbeamwithanenergyfrom0to50keV,probecurrentraningfrom4pAto19.7nA,andabeamlimitingaperturesizerangingfrom25µmto350µm.Forthesmallestbeamcurrents,thebeamcanbefocuseddownto7nmindiameteratfullwidthandhalfmaximun(FWHM).Thestageinthevacuumchambercanbetitledfrom0ºtomaximum60º.Themillingprocessisperformedunderprogrammingcontrol,bymeansofvaryingtheiondosefordifferentreliefdepth.AUV-VIStransmittancespectrum(UV-VISspectorphotometer)wasusedtomeasuretransmittanceofthefilmbeforeandafterFIBprocessing.Itrequiresanilluminationarealargerthan10×10mm².TheareaisquitelargeforFIBmilling(verytimeconsumingforourFIBmachine).Themaximummillingareaofourmachineis1×1mm².Wehavetocovertheareaof10×10mm²bymillinga10×10array.Thenecessityofanarraycausesdegradationofsurfaceroughnessuniformity,whichwillaffecttransmittancetoacertainextent.
III.RESULTSANDDISCUSSIONS
A.Topographyevolutionwithprocessparameters。
ThesurfacetogopraphyoftheBK7lasspresentedfromsinewave-likestructureosawtooth-likestructure,asillustratedastheschematicIFig.1(a)~(d).Atthebeginningofthebombardment,therippleobservedlikesinusoidalstrutture,thenitisgettingtochangeothesaw-tooth-likestructurewithinceringtheionincidenceangle.Fig.2istopographyontheBK7glassmeasuredbyatomicforcemicoscope(AFM).Itwasself-formedbytheFIBbombardmentwithionenergyof30keV,incidenceangleof0º,retracetimeof10μs,andiondoesof7.68nC/μm².Therippleslookslikesinusoidalstructurewith
Fig.1Illustrationoftheionbombardmentofasinewavegeometry.Ionfluxdensity,J,incidentatangleθtomeansurfaceplane.Localsurfacegradientδh/δx=tanα.(a)Allelementsofsurfaceexposedtoionflux,(b)Criticalconditionforh/λ,foragivenθ,atwhichshadowoccurstoinitiatefaceting,and(d)Facetingfullydevelopedwithfacetsofinclinations.
Fig.2ToporaphyontheBK7glassmeasuredbyAFM.Itwasself-formedbytheFIBbombardmentwithionenergyof30keV,nicidenceangleof0˚,retracetimeof10μs,andiondoesof7.68nC/μm².(a)3Dtopography,sineripplesappeared;(b)2Dprofileofthesinewaveripples.
Fig.3TopographyontheBK7glassmeasuredbyAFM.Itwasself-formedbytheFIBbombordmentwithioneneryof30keV,incidenceangleof15º,retracetimeof10μs,andiondoseof7.42nC/m².(a)3Dtopographywithsaw-toothlikestructures;(b)2Dprofileofthestructures.
Fig.4TopographyontheBK7glassmeasuredbyAFM.Itwasself-formedbytheFIBbombordmentwithionenergyofkeV,incidenceangleof0º,iondoesof7068nC/m²,andretracetimeof100μs.(a)3Dtopographywithellipticalboundary,micro-dotsdistributedalongtherootofthesidewall.(b)thecenterareaisflatsurface,androughattheboundaryarea.
Fig.5ToprgraphyontheBK7glassbyAFM.Itwasself-formedbytheFIBborbardmentwithioneneryof30keV,incidenceangleof15º,iondoseof7042nC/μm²,andretracetimeof100μs.(a)3Dtopographyofthebombedareawithellipticalboundary;(b)3Dfeaturesatthec
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