离子与材料表面相互作用的粒子模拟.docx

摘要：当前社会，等离子体被广泛应用于多个领域，如半导体领域的刻蚀技术、材料加工领域的薄膜沉积以及核聚变反应中的应用等，而这些应用中均会发生离子作用于材料表面的现象。本论文中靶材的选择为：在半导体行业中最常见的、应用最多的Si材料，以及聚变反应中作为候选面壁材料之一的W材料，而离子的选择为H离子和He离子。通过使用COMSOL物理建模仿真软件进行对离子运动轨迹的模拟，首先研究了H离子轰击Si材料的运动轨迹，发现离子在材料内的运动轨迹同入射的初始能量成正比关系，而散射角度则相反。接下来，分别更改入射离子及轰击材料，得到相应的离子运动模型，并通过对比相同离子轰击不同材料及不同离子轰击相同材料的模拟数据，发现离子在材料内的运动轨迹同入射时的初始能量、离子的半径、靶材的密度有关。由于He离子的半径较H离子大，所以当两种离子轰击同种材料时，He离子的入射深度较H离子小，但发散角度大于H离子；W材料的密度大于Si材料，当两种材料被同种离子轰击时，离子在W材料内的入射深度小于Si材料，而发散角度反之。

关键词：W材料；Si材料；H离子；He离子；COMSOL粒子模拟

目录

摘要

Abstract

1绪论-1

1.1 半导体刻蚀-2

1.1.1等离子体刻蚀-2

1.1.2等离子体刻蚀研究背景-3

1.2聚变反应-3

1.2.1聚变反应中面壁材料的损耗-4

1.2.2第一壁材料-4

2 COMSOL粒子模拟-6

2.1粒子模拟-6

2.2 COMSOL软件介绍-6

2.3 COMSOL带电粒子追踪模块-7

3. 离子与材料表面相互作用的模拟-8

3.1 H离子轰击-9

3.1.1 H离子轰击Si材料-9

3.1.2 H离子轰击W材料-11

3.2 He离子轰击-13

3.2.1 He离子轰击Si材料-13

3.2.2 He离子轰击W材料-15

4.结论-18

参 考 文 献-19

致    谢-20