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離子與固體相互作用涉及到離子與晶格原子的二體碰撞、離子在固體中的能量損傷（包括核能損和電子能損）、射程及其分布、溝道效應(yīng)、輻照損傷、濺射物理、峰效應(yīng)等基本概念和基礎(chǔ)知識。它是核技術(shù)，特別是離子束應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。目前國內(nèi)外在核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域幾大研究熱點(diǎn)，如質(zhì)子重離子放療、核能材料與飛行器芯片的輻照損傷、聚焦離子束（FIB）制備納米結(jié)構(gòu)等，其理論基礎(chǔ)均來自離子束與固體的相互作用。國內(nèi)中科院及各大高校的相關(guān)學(xué)科專業(yè)都在開展這些方面的研究工作并培養(yǎng)這方面的研究生。本書分為八章詳細(xì)闡述了上述內(nèi)容，此外有五章內(nèi)容以基礎(chǔ)理論為依托，分別講述了五項重要的離子束應(yīng)用實(shí)例，以利于學(xué)生不僅能更好地掌握離子與固體相互作用的基本概念和基礎(chǔ)知識，同時也同學(xué)們了解離子束廣闊的應(yīng)用。

[美]邁克爾·納斯塔西(Michael Nastasi)【著】【美國】【現(xiàn)當(dāng)代】 ———————————————————— [美]邁克爾·納斯塔西(Michael Nastasi)畢業(yè)于康奈爾大學(xué)，目前擔(dān)任得克薩斯農(nóng)工大學(xué)核能工程系主任，在材料科學(xué)領(lǐng)域做出重大貢獻(xiàn)。曾獲得美國核學(xué)會的杰出核材料科學(xué)家獎。他的研究重點(diǎn)包括材料的輻射損傷、機(jī)械性能和長期穩(wěn)定性，尤其是在離子束材料改性和表征方面具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和成就。 [美]詹姆斯·W.邁耶(James W. Mayer)【著】【美國】【現(xiàn)當(dāng)代】 ———————————————————— [美]詹姆斯·W.邁耶(James W. Mayer)，1952年獲得普渡大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位，1997年當(dāng)選為高爾文科學(xué)與工程教授。1981年，他因?yàn)樵诎雽?dǎo)體植入領(lǐng)域的研究而獲得了材料研究學(xué)會的范希佩爾獎。他專長于半導(dǎo)體材料和離子束相互作用，他的研究工作極大地推動了材料科學(xué)，特別是半導(dǎo)體處理技術(shù)的發(fā)展。 [美]詹姆斯·K.希爾沃寧（James K. Hirvonen）【著】【美國】【現(xiàn)當(dāng)代】 ———————————————————— 詹姆斯·K.希爾沃寧（James K. Hirvonen），工作于美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室。他的研究主要集中在材料的表面和界面特性及其應(yīng)用，涵蓋了從納米技術(shù)到宏觀工程材料的廣泛領(lǐng)域，特別是在極端環(huán)境下材料的性能和穩(wěn)定性研究方面做出了顯著貢獻(xiàn)。他也涉足開發(fā)新的合金和陶瓷材料，用于核能系統(tǒng)和航空領(lǐng)域的應(yīng)用中。王晨旭【譯】【中國】【現(xiàn)當(dāng)代】 ———————————————————— 王晨旭，北京大學(xué)物理學(xué)院研究員/助理教授，博士生導(dǎo)師。2016年畢業(yè)于北京大學(xué)物理學(xué)院。2016至2020年，在美國斯坦福大學(xué)從事博士后研究。2020年10月，入職北京大學(xué)重離子物理研究所。主要的研究方向包括核能材料的輻照損傷效應(yīng)；包埋材料的高壓穩(wěn)定性；輻照和高壓等極端條件對材料的改性等。目前已發(fā)表SCI文章50余篇，包括3篇Nature Communications、1篇Applied Physics Reviews、1篇Science Advances、1篇National Science Review、5篇Acta Materialia等。曾獲得美國陶瓷學(xué)會ECD全球青年科學(xué)家獎、北京大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎、國際高性能陶瓷大會最佳口頭報告獎等。此外，擔(dān)任Nano Letters, Acta Materialia等雜志審稿人�！� 王宇鋼【譯】【中國】【現(xiàn)當(dāng)代】 ———————————————————— 北京大學(xué)物理學(xué)院教授，副院長、北京大學(xué)學(xué)位委員會物理分會主席。

第1 章基本特征和概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 射程分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.3 晶格無序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.4 原子密度和面密度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.5 能量和粒子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.6 玻爾速度和半徑. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 第2 章原子間勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2 原子之間的相互作用力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12 2.3 原子之間的短程和長程相互作用力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.4 原子間勢模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13 2.4.1 剛球勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4.2 方阱勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4.3 負(fù)冪勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.4.4 倫納德–瓊斯勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.5 固體中的原子間勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.6 固體的物理性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.1 結(jié)合能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.2 彈性模量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.6.3 熱力學(xué)性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.7 載能離子與原子的碰撞. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.8 TF 原子模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2.9 TF 方程的解. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.10 TF 屏蔽函數(shù)(近似解) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.11 原子間勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.12 普適原子間勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 第3 章兩體彈性碰撞動力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 3.2 經(jīng)典散射理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35 3.3 彈性碰撞動力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 3.4 經(jīng)典兩體散射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39 3.5 有心力作用下的運(yùn)動. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.5.1 角動量守恒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 3.5.2 有心力作用下的能量守恒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5.3 角動量和碰撞參數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 3.6 經(jīng)典散射積分. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48 3.7 最接近距離. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 第4 章截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53 4.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.2 角微分散射截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 4.3 能量傳遞微分散射截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60 4.4 冪次律勢和沖量近似. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.5 冪次律勢的能量傳遞微分散射截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 4.6 約化截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 4.7 剛球勢. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 第5 章離子阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2 能損過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.3 核阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.4 核阻止: 約化表示. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 5.5 ZBL 約化核阻止截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 5.6 ZBL 散射方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 5.7 電子阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 5.7.1 運(yùn)動離子的有效電荷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 5.7.2 高能電子能損. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 5.7.3 低能電子能損. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 第6 章離子射程與射程分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101 6.1 射程的概念. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 6.2 射程分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 6.3 計算. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105 6.3.1 射程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 6.3.2 射程近似. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 6.3.3 投影射程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 6.3.4 投影射程歧離. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 6.3.5 多原子靶. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 6.4 溝道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .116 6.4.1 一般原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 6.4.2 最大射程Rmax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 第7 章輻照損傷及峰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 7.2 輻照損傷與移位能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 7.3 初級移位原子碰撞造成的移位. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 7.4 PKA 損傷能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 7.4.1 諾格特、羅賓森和托倫斯損傷能量模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133 7.5 離子輻照損傷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 7.5.1 載能離子導(dǎo)致的移位. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 7.5.2 離子損傷能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 7.5.3 沉積能量的空間分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 7.6 損傷產(chǎn)生率. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 7.7 初級反沖譜. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.8 分?jǐn)?shù)損傷函數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 7.9 多組元材料中的移位損傷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.9.1 損傷能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.9.2 移位損傷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.10 替位碰撞序列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 7.11 峰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.11.1 平均自由程和移位峰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.11.2 熱峰. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 7.11.3 沉積能量密度θD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157 7.11.4 級聯(lián)體積和沉積能量密度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 7.11.5 沉積能量密度與材料性質(zhì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 第8 章離子與固體相互作用模擬和輻照增強(qiáng)擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166 8.2 蒙特卡羅模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 8.2.1 蒙特卡羅程序的一個例子, PIPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8.2.2 核阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 8.2.3 電子阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 8.2.4 計算過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 8.2.5 TRIM 程序的一個例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 8.3 分子動力學(xué)模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 8.4 輻照增強(qiáng)擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.4.1 擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 8.4.2 輻照增強(qiáng)擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 8.5 熱峰中的擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 第9 章濺射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 9.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .189 9.2 單質(zhì)靶的濺射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 9.2.1 核阻止截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 9.2.2 沉積能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 9.2.3 濺射產(chǎn)額. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 9.3 單質(zhì)靶濺射的半經(jīng)驗(yàn)方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 9.4 掠入射時單質(zhì)靶的濺射產(chǎn)額. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 9.5 離子注入與穩(wěn)態(tài)濃度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 9.6 合金和化合物的濺射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 9.6.1 優(yōu)先濺射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 9.6.2 組分變化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 9.6.3 組分深度分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 9.7 高劑量離子注入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 9.8 注入離子濃度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 9.8.1 能量為45 keV 的Pt 注入Si 中. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 9.8.2 能量為45 keV 的Si 注入Pt 中. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 9.8.3 Si 注入PtSi 中. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 9.9 影響高劑量離子注入濃度的因素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 9.10 峰的濺射. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 9.11 計算機(jī)模擬. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .215 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 第10 章輻照致有序--無序轉(zhuǎn)變和離子注入冶金學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .221 10.1 輻照導(dǎo)致的化學(xué)有序–無序轉(zhuǎn)變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.1.1 長程有序參數(shù)SLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 10.1.2 輻照導(dǎo)致的無序: 點(diǎn)缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222 10.1.3 輻照導(dǎo)致的無序: 密集級聯(lián). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 10.1.4 輻照增強(qiáng)的熱重排. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 10.2 離子注入冶金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 10.3 離子注入冶金與相的形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 10.3.1 簡單的二元平衡相圖: 固溶體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230 10.3.2 快速淬火金屬體系: 亞穩(wěn)態(tài)合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 10.3.3 注入雜質(zhì)原子的晶格位點(diǎn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 10.4 離子注入: 高劑量情形. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 10.4.1 幾何效應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 10.4.2 表面化學(xué)效應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 第11 章離子束混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 11.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 11.2 碰撞混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 11.2.1 反沖混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 11.2.2 級聯(lián)混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 11.3 離子束混合中的熱力學(xué)效應(yīng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 11.3.1 混合焓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 11.3.2 內(nèi)聚能的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 11.3.3 混合模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 11.3.4 級聯(lián)參數(shù). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 11.4 熱輔助離子束混合. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273 11.4.1 液體擴(kuò)散. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 11.5 轉(zhuǎn)變溫度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 11.6 相形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 11.6.1 動力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 11.6.2 形核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 11.6.3 熱力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 第12 章相變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 12.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283 12.2 相變和離子輻照中的能量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 12.2.1 亞穩(wěn)相. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 12.2.2 非晶相和結(jié)晶相之間的能量差異. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 12.2.3 有序–無序轉(zhuǎn)變焓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 12.3 輻照誘發(fā)的缺陷和損傷沉積. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 12.3.1 空位–間隙原子對缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291 12.3.2 反位缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 12.3.3 位錯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 12.3.4 應(yīng)變能和彈性不穩(wěn)定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 12.4 級聯(lián)和熱峰導(dǎo)致的相變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 12.4.1 級聯(lián)恢復(fù)：驅(qū)動力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 12.4.2 級聯(lián)恢復(fù)：形核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 12.4.3 級聯(lián)恢復(fù)：動力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 12.5 動力學(xué)和亞穩(wěn)相的形成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298 12.6 非晶相. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 12.6.1 復(fù)雜晶胞. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300 12.6.2 相場寬度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 12.7 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 第13 章離子束輔助沉積. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 13.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 13.2 金屬薄膜生長過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .308 13.2.1 區(qū)域I, Ts < 0.15Tm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 13.2.2 區(qū)域T, 0.15Tm < Ts < 0.3Tm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 13.2.3 區(qū)域II, 0.3Tm < Ts < 0.5Tm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 13.2.4 區(qū)域III, Ts > 0.5Tm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 13.3 非反應(yīng)性IBAD：離子對薄膜生長的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 13.3.1 IBAD 過程中的微觀結(jié)構(gòu)演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 13.3.2 致密化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 13.3.3 應(yīng)力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 13.3.4 晶粒尺寸. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325 13.3.5 織構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 13.3.6 外延生長. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330 13.3.7 附著性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 13.4 反應(yīng)性IBAD：化合物合成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 13.4.1 反應(yīng)性IBAD：理論模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337 13.4.2 反應(yīng)性IBAD：于布萊–范維克滕模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .338 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340 第14 章離子束系統(tǒng)的特征. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 14.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 14.2 定向束離子注入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345 14.2.1 離子注入機(jī)離子源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 346 14.2.2 離子束質(zhì)量分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349 14.2.3 離子束傳輸、束流掃描、靶的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350 14.2.4 劑量的確定. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 14.2.5 基體溫度的考量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 352 14.3 等離子體離子源離子注入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354 14.4 IBAD 離子源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .360 14.4.1 寬束柵格離子源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 14.4.2 端部霍爾離子源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 14.4.3 ECR 離子源. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 14.5 物理氣相沉積系統(tǒng)和監(jiān)視器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 附錄A 晶體學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 A.1 晶體學(xué)和符號. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 A.2 晶向和晶面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 A.3 具有相同米勒指數(shù)的晶面間距. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371 A.4 原子間距. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372 A.5 晶面間距. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 附錄B 元素表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 附錄C 態(tài)密度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 C.1 電子的波動性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383 C.2 盒子里的駐波和電子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384 C.3 態(tài)密度. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 附錄D TF 方程的推導(dǎo). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 附錄E 質(zhì)心系和實(shí)驗(yàn)室系下的散射角. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391 附錄F 液相和固相中形成焓的米德馬半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .392 F.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392 F.2 濃度相關(guān)的形成焓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .394 F.2.1 兩種過渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395 F.2.2 兩種非過渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 F.2.3 兩種多價非過渡金屬和氣相元素的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 F.2.4 過渡金屬與非過渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 F.3 無限稀釋溶液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397 F.4 無定形固溶體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400 推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400

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