ABSOLUTE DOUBLY DIFFERENTIAL CROSS-SECTIONS FOR ELECTRON-EMISSION IN COLLISIONS OF 3.5-MEV/U FE(17+) AND FE(22+) IONS WITH HE AND AR GAS TARGETS

Absolute doubly differential cross sections have been measured as a function of electron energy and angle of observation for electron emission in collisions of 3.5-MeV/u Fe17+ and Fe22+ ions with He and Ar gas targets under single-collision conditions. The measured electron emission cross sections are compared to theoretical and scaled cross sections based on the Born approximation. The results using intermediate-mass ions are discussed with reference to previously reported cross sections from collisions with highly charged lighter- and heavier-ion species at MeV/u projectile energies. The continuum-distorted-wave-eikonal-initial-state approximation shows good agreement with experiments except in the

Simulation of gas-phase nanoparticle dynamics in the plasma-enhanced chemical vapor deposition of carbon nanostructures

The results of 1D simulation of nanoparticle dynamics in the areas adjacent to nanostructured carbon-based films exposed to chemically active complex plasma of CH4 + H2 + Ar gas mixtures are presented. The nanoparticle-loaded near-substrate (including sheath and presheath) areas of a low-frequency (0.5 MHz) inductively coupled plasma facility for the PECVD growth of the ordered carbon-based nanotip structures are considered. The conditions allowing one to predict the size of particles that can pass through the plasma sheath and softly land onto the surface are formulated. The possibility of soft nano-cluster deposition without any additional acceleration common for some existing nano-cluster deposition schemes is demonstrated. The effect of the substrate heating power and the average atomic mass of neutral species is studied numerically and verified experimentally.

Equilibrium and relaxation of particulate charge in fluorocarbon plasmas

Charging of micron-size particulates, often appearing in fluorocarbon plasma etching experiments, is considered. It is shown that in inductively coupled and microwave slot-excited plasmas of C4F8 and Ar gas mixtures, the equilibrium particle charge and charge relaxation processes are controlled by a combination of microscopic electron, atomic (Ar+ and F+), and molecular ion (CF+ 3, CF+ 2, and CF+) currents. The impact of molecular ion currents on the particulate charging and charge relaxation processes is analyzed. It is revealed that in low-power (<0.5 kW) microwave slot-excited plasmas, the impact of the combined molecular ion current to the total positive microscopic current on the particle can be as high as 40%. The particulate charge relaxation rate in fluorocarbon plasmas appears to exceed 108 s-1, which is almost one order of magnitude higher than that from purely argon plasmas. This can be attributed to the impact of positive currents of fluorocarbon molecular ions, as well as to the electron density fluctuations with particle charge, associated with electron capture and release by the particulates.

Thermophoretic control of building units in the plasma-assisted deposition of nanostructured carbon films

The role of the plasma-grown nanoparticles in the plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of the nanostructured carbon-based films was investigated. The samples were grown in the low-pressure rf plasmas of CH 4+H2+Ar gas mixtures. The enhanced deposition of the building units from the gas phase was found to support the formation of polymorphous nanostructured carbon films. The results reveal the crucial role played by the thermophoretic force in controlling the deposition of the plasma-grown fine particles.

E and H regimes of plasma enhanced chemical vapor deposition of diamond-like carbon film in low frequency inductively coupled plasma reactor

This paper reports on the efficient deposition of hydrogenated diamond-like carbon (DLC) film in a plasma reactor that features both the capacitively and inductively coupled operation regimes. The hydrogenated DLC films have been prepared on silicon wafers using a low-frequency (500 kHz) inductively coupled plasma (ICP) chemical vapor deposition (CVD) system. At low RF powers, the system operates as an asymmetric capacitively coupled plasma source, and the film deposition process is undertaken in the electrostatic (E) discharge regime. Above the mode transition threshold, the high-density inductively coupled plasma is produced in the electromagnetic (H) discharge regime. It has been shown that the deposition rate and hardness of the DLC film are much higher in the H-mode deposition regime. For a 2.66-Pa H-mode CH4 + Ar gas mixture discharge, the deposited DLC film exhibits a mechanical hardness of 18 GPa, Young's modulus of 170 GPa, and compressive stress of 1.3 GPa.

Synthesis and characterization of ternary AL-C-N compound

Efficient hydrogenated diamond-like carbon (DLC) film deposition in a plasma reactor that features both the capacitive and inductively coupled operation regimes is reported. The hydrogenated DLC films have been prepared on silicon wafers using a low-frequency (500 kHz) inductively coupled plasma (LF ICP) chemical vapor deposition (CVD) system. At low RF powers, the system operates as an asymmetric capacitively coupled plasma source, and the film deposition process is undertaken in the electrostatic (E) discharge regime. The films deposited in the electrostatic mode feature graphite-like structure. Above the mode transition threshold, the high-density inductively coupled plasma is produced in the electromagnetic (H) discharge regime. Raman spectrometry suggests the possibility to control relative proportions of sp2 and sp3 hybridized carbon. Variation of the DC substrate bias results in dramatic modification of the film structure from the polymeric (unbiased substrates) to the diamond-like (optimized bias). It has been shown that the deposition rate and hardness of the DLC film are much higher in the H-mode deposition regime. For a 20 m Torr H-mode CH4+Ar gas mixture discharge, the DLC film exhibits mechanical hardness of 18 GPa, Young's modulus of 170 GPa, and compressive stress of 1.3 GPa.

Self-assembly of uniform carbon nanotip structures in chemically active inductively coupled plasmas

Self-assembly of carbon nanotip (CNTP) structures on Ni-based catalyst in chemically active inductively coupled plasmas of CH 4 + H 2 + Ar gas mixtures is reported. By varying the process conditions, it appears possible to control the shape, size, and density of CNTPs, content of the nanocrystalline phase in the films, as well as to achieve excellent crystallinity, graphitization, uniformity and vertical alignment of the resulting nanostructures at substrate temperatures 300-500°C and low gas pressures (below 13.2 Pa). This study provides a simple and efficient plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique for the fabrication of vertically aligned CNTP arrays for electron field emitters.

Gradient solid electrolytes for thermodynamic measurements: System Na2CO3-Na2SO4

The thermodynamic properties of Na2CO3-Na2SO4 solid solution with hexagonal structure have been measured in the temperature range of 873 to 1073 K, using a composite-gradient solid electrolyte. The cell used can be represented as The composite-gradient solid electrolyte consisted of pure Na2CO3 at one extremity and the solid solution under study at the other, with variation in composition across the electrolyte. A CO2 + O2 + Ar gas mixture was used to fix the chemical potential of sodium at each electrode. The Nernstian response of the cell to changes in partial pressures of CO2 and O2 at the electrodes has been demonstrated. The activity of Na2CO3 in the solid solution was measured by two techniques. In the first method, the electromotive force (emf) of the cell was measured with the same CO2 + O2 + Ar mixture at both electrodes. The resultant emf is directly related to the activity of Na2CO3 at the solid solution electrode. By the second approach, the activity was calculated from the difference in compositions Of CO2 + O2 + Ar mixtures at the two electrodes required to produce a null emf. Both methods gave identical results. The second method is more suitable for gradient solid electrolytes that exhibit significant electronic conduction. The activity of Na2CO3 exhibits positive deviation from Raoult's law. The excess Gibbs' energy of mixing of the solid solution can be represented using a subregular solution model such as the following: DELTAG(E) = X(1 - X)[6500(+/-200)X + 3320(+/-80)(1 - X)J mol-1 where X is the mole fraction of Na2CO3. By combining this information with the phase diagram, mixing properties of the liquid phase are obtained.

(Ti,Al)N Film On Normalized T8 Carbon Tool Steel Prepared By Pulsed High Energy Density Plasma Technique

Under optimized operating parameters, a hard and wear resistant ( Ti,Al)N film is prepared on a normalized T8 carbon tool steel substrate by using pulsed high energy density plasma technique. Microstructure and composition of the film are analysed by x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, Auger electron spectroscopy and scanning electron microscopy. Hardness profile and tribological properties of the film are tested with nano-indenter and ring-on-ring wear tester, respectively. The tested results show that the microstructure of the film is dense and uniform and is mainly composed of ( Ti,Al)N and AlN hard phases. A wide transition interface exists between the film and the normalized T8 carbon tool steel substrate. Thickness of the film is about 1000 nm and mean hardness value of the film is about 26GPa. Under dry sliding wear test conditions, relative wear resistance of the ( Ti,Al)N film is approximately 9 times higher than that of the hardened T8 carbon tool steel reference sample. Meanwhile, the ( Ti,Al)N film has low and stable friction coefficient compared with the hardened T8 carbon tool steel reference sample.

飞秒强激光经氩气和氩团簇的传播

通过数值求解三维电场传播方程，理论模拟了飞秒强激光脉冲（50fs，10^16w／cm^2）在氩气和中等尺寸氩团簇中的传播效应．结果表明，飞秒强激光脉冲经氩气传播将发生频谱蓝移展宽和光束发散；而经中等尺寸氩团簇传播，则存在一定程度的自聚焦效应．

Applications of dielectric thin film by electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition for semiconductor photoelectronic devices

The paper reports a method of depositing SiO2, SiNx, a:Si, Si3N4 and SiOxNy dielectric thin films by electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition (ECR CVD) on InP, InGaAs and other compound semiconductor optoelectronic devices,and give a technology of depositing dielectric thin films and optical coatings by ECR CVD on Laser's Bars. The experiment results show the dielectric thin films and optical coatings are stable at thermomechanical property,optical properties and the other properties. In addition, the dielectric thin film deposition that there is low leakage current is reported for using as diffusion and ion implatation masks in the paper. In the finally, the dielectric film refractive index can be accurately controlled by the N-2/O-2/Ar gas flow rate.

STUDY OF THE CHLORINATION REACTION OF Li2CO3 WITH NH4Cl

The chlorination reaction of Li2CO3 with NH4Cl has been studied in detail by a series of thermal analysis methods. When NH4Cl/Li2CO3 mole ratio equals 4, Li2CO3 can be transformed into LiCl quantitatively in a stream of Ar gas flow. All residual NH4Cl is decomposed completely at 400 degrees C and carried away from the reaction cell by Ar gas.Analysis by X-Ray diffraction and Ion Chromatography show that there are almost no NH4Cl remained in The LiCl product. It is interested that the chlorination reaction can be applied to the determinations of phase diagram by thermal analysis method and the preparation of Al-Li alloy by electrolysis in molten salt.

Etude spectroscopique d’un plasma micro-onde à la pression atmosphérique et son application à la synthèse de nanostructures

L’objectif de ce mémoire de maîtrise est de caractériser la distribution axiale des plasmas tubulaires à la pression atmosphérique créés et entretenus par une onde électromagnétique de surface ainsi que d’explorer le potentiel de ces sources pour la synthèse de matériaux et de nanomatériaux. Un précédent travail de thèse, qui avait pour objectif de déterminer les mécanismes à l’origine de la contraction radiale du plasma créé dans des gaz rares, a mis en lumière un phénomène jusque-là inconnu dans les plasmas d’onde de surface (POS). En effet, la distribution axiale varie différemment selon la puissance incidente ce qui constitue une différence majeure par rapport aux plasmas à pression réduite. Dans ce contexte, nous avons réalisé une étude paramétrique des POS à la pression atmosphérique dans l’Ar. À partir de nos mesures de densité électronique, de température d’excitation et de densité d’atomes d’Ar dans un niveau métastable (Ar 3P2), résolues axialement, nous avons conclu que le comportement axial de l’intensité lumineuse avec la puissance n’est pas lié à un changement de la cinétique de la décharge (qui est dépendante de la température des électrons et de la densité d’atomes d’Ar métastables), mais plutôt à une distribution anormale de dissipation de puissance dans le plasma (reliée à la densité d’électrons). Plus précisément, nos résultats suggèrent que ce dépôt anormal de puissance provient d’une réflexion de l’onde dans le fort gradient de densité de charges en fin de colonne, un effet plus marqué pour de faibles longueurs de colonnes à plasma. Ensuite, nous avons effectué une étude spectroscopique du plasma en présence de précurseurs organiques, en particulier le HMDSO pour la synthèse de matériaux organosiliciés et l’IPT pour la synthèse de matériaux organotitaniques. Les POS à la PA sont caractérisés par des densités de charges très élevées (>10^13 cm^-3), permettant ainsi d’atteindre des degrés de dissociation des précurseurs nettement plus élevés que ceux d'autres plasmas froids à la pression atmosphérique comme les décharges à barrière diélectrique. Dans de tels cas, les matériaux synthétisés prennent la forme de nanopoudres organiques de taille inférieure à 100 nm. En présence de faibles quantités d’oxygène dans le plasma, nous obtenons plutôt des nanopoudres à base d’oxyde de silicium (HMDSO) ou à base de titanate de silicium (IPT), avec très peu de carbone.

Air-gap based vertical cavity micro-opto-electro-mechanical Fabry-Perot filters

Mikrooptische Filter sind heutzutage in vielen Bereichen in der Telekommunikation unersetzlich. Wichtige Einsatzgebiete sind aber auch spektroskopische Systeme in der Medizin-, Prozess- und Umwelttechnik. Diese Arbeit befasst sich mit der Technologieentwicklung und Herstellung von luftspaltbasierenden, vertikal auf einem Substrat angeordneten, oberflächenmikromechanisch hergestellten Fabry-Perot-Filtern. Es werden zwei verschiedene Filtervarianten, basierend auf zwei verschiedenen Materialsystemen, ausführlich untersucht. Zum einen handelt es sich dabei um die Weiterentwicklung von kontinuierlich mikromechanisch durchstimmbaren InP / Luftspaltfiltern; zum anderen werden neuartige, kostengünstige Siliziumnitrid / Luftspaltfilter wissenschaftlich behandelt. Der Inhalt der Arbeit ist so gegliedert, dass nach einer Einleitung mit Vergleichen zu Arbeiten und Ergebnissen anderer Forschergruppen weltweit, zunächst einige theoretische Grundlagen zur Berechnung der spektralen Reflektivität und Transmission von beliebigen optischen Schichtanordnungen aufgezeigt werden. Auß erdem wird ein kurzer theoretischer Ü berblick zu wichtigen Eigenschaften von Fabry-Perot-Filtern sowie der Möglichkeit einer mikromechanischen Durchstimmbarkeit gegeben. Daran anschließ end folgt ein Kapitel, welches sich den grundlegenden technologischen Aspekten der Herstellung von luftspaltbasierenden Filtern widmet. Es wird ein Zusammenhang zu wichtigen Referenzarbeiten hergestellt, auf denen diverse Weiterentwicklungen dieser Arbeit basieren. Die beiden folgenden Kapitel erläutern dann ausführlich das Design, die Herstellung und die Charakterisierung der beiden oben erwähnten Filtervarianten. Abgesehen von der vorangehenden Epitaxie von InP / GaInAs Schichten, ist die Herstellung der InP / Luftspaltfilter komplett im Institut durchgeführt worden. Die Herstellungsschritte sind ausführlich in der Arbeit erläutert, wobei ein Schwerpunktthema das trockenchemische Ä tzen von InP sowie GaInAs, welches als Opferschichtmaterial für die Herstellung der Luftspalte genutzt wurde, behandelt. Im Verlauf der wissenschaftlichen Arbeit konnten sehr wichtige technische Verbesserungen entwickelt und eingesetzt werden, welche zu einer effizienteren technologischen Herstellung der Filter führten und in der vorliegenden Niederschrift ausführlich dokumentiert sind. Die hergestellten, für einen Einsatz in der optischen Telekommunikation entworfenen, elektrostatisch aktuierbaren Filter sind aus zwei luftspaltbasierenden Braggspiegeln aufgebaut, welche wiederum jeweils 3 InP-Schichten von (je nach Design) 357nm bzw. 367nm Dicke aufweisen. Die Filter bestehen aus im definierten Abstand parallel übereinander angeordneten Membranen, die über Verbindungsbrücken unterschiedlicher Anzahl und Länge an Haltepfosten befestigt sind. Da die mit 357nm bzw. 367nm vergleichsweise sehr dünnen Schichten freitragende Konstrukte mit bis zu 140 nm Länge bilden, aber trotzdem Positionsgenauigkeiten im nm-Bereich einhalten müssen, handelt es sich hierbei um sehr anspruchsvolle mikromechanische Bauelemente. Um den Einfluss der zahlreichen geometrischen Strukturparameter studieren zu können, wurden verschiedene laterale Filterdesigns implementiert. Mit den realisierten Filter konnte ein enorm weiter spektraler Abstimmbereich erzielt werden. Je nach lateralem Design wurden internationale Bestwerte für durchstimmbare Fabry-Perot-Filter von mehr als 140nm erreicht. Die Abstimmung konnte dabei kontinuierlich mit einer angelegten Spannung von nur wenigen Volt durchgeführt werden. Im Vergleich zu früher berichteten Ergebnissen konnten damit sowohl die Wellenlängenabstimmung als auch die dafür benötigte Abstimmungsspannung signifikant verbessert werden. Durch den hohen Brechungsindexkontrast und die geringe Schichtdicke zeigen die Filter ein vorteilhaftes, extrem weites Stopband in der Größ enordnung um 550nm. Die gewählten, sehr kurzen Kavitätslängen ermöglichen einen freien Spektralbereich des Filters welcher ebenfalls in diesen Größ enordnungen liegt, so dass ein weiter spektraler Einsatzbereich ermöglicht wird. Während der Arbeit zeigte sich, dass Verspannungen in den freitragenden InPSchichten die Funktionsweise der mikrooptischen Filter stark beeinflussen bzw. behindern. Insbesondere eine Unterätzung der Haltepfosten und die daraus resultierende Verbiegung der Ecken an denen sich die Verbindungsbrücken befinden, führte zu enormen vertikalen Membranverschiebungen, welche die Filtereigenschaften verändern. Um optimale Ergebnisse zu erreichen, muss eine weitere Verbesserung der Epitaxie erfolgen. Jedoch konnten durch den zusätzlichen Einsatz einer speziellen Schutzmaske die Unterätzung der Haltepfosten und damit starke vertikale Verformungen reduziert werden. Die aus der Verspannung resultierenden Verformungen und die Reaktion einzelner freistehender InP Schichten auf eine angelegte Gleich- oder Wechselspannung wurde detailliert untersucht. Mittels Weisslichtinterferometrie wurden lateral identische Strukturen verglichen, die aus unterschiedlich dicken InP-Schichten (357nm bzw. 1065nm) bestehen. Einen weiteren Hauptteil der Arbeit stellen Siliziumnitrid / Luftspaltfilter dar, welche auf einem neuen, im Rahmen dieser Dissertation entwickelten, technologischen Ansatz basieren. Die Filter bestehen aus zwei Braggspiegeln, die jeweils aus fünf 590nm dicken, freistehenden Siliziumnitridschichten aufgebaut sind und einem Abstand von 390nm untereinander aufweisen. Die Filter wurden auf Glassubstraten hergestellt. Der Herstellungsprozess ist jedoch auch mit vielen anderen Materialien oder Prozessen kompatibel, so dass z.B. eine Integration mit anderen Bauelemente relativ leicht möglich ist. Die Prozesse dieser ebenfalls oberflächenmikromechanisch hergestellten Filter wurden konsequent auf niedrige Herstellungskosten optimiert. Als Opferschichtmaterial wurde hier amorph abgeschiedenes Silizium verwendet. Der Herstellungsprozess beinhaltet die Abscheidung verspannungsoptimierter Schichten (Silizium und Siliziumnitrid) mittels PECVD, die laterale Strukturierung per reaktiven Ionenätzen mit den Gasen SF6 / CHF3 / Ar sowie Fotolack als Maske, die nasschemische Unterätzung der Opferschichten mittels KOH und das Kritisch-Punkt-Trocken der Proben. Die Ergebnisse der optischen Charakterisierung der Filter zeigen eine hohe Ü bereinstimmung zwischen den experimentell ermittelten Daten und den korrespondierenden theoretischen Modellrechnungen. Weisslichtinterferometermessungen der freigeätzten Strukturen zeigen ebene Filterschichten und bestätigen die hohe vertikale Positioniergenauigkeit, die mit diesem technologischen Ansatz erreicht werden kann.

Propriedades tribomecânicas de superfícies de titânio carbonitretadas por plasma

Interstitial compounds of titanium have been mainly studied due to the large range of properties acquired when C, N, O and H atoms are added. In this work, surfaces of TiCxNy were produced by thermochemical treatments assisted by plasma with different proportions of Ar + N2 + CH4 gas mixture. The Ar gas flow was fixed in 4 sccm, varying only N2 and CH4 gas flows. During the thermochemical treatment, the plasma was monitored by Optical Emission Spectroscopy (OES) for the investigation of the influence of active species. After treatments, C and N concentration profile, crystalline and amorphous phases were analyzed by Nuclear Reaction (NRA). Besides tribomechanical properties of the Ti surface were studied through the nanohardness measurements and friction coefficient determination. The worn areas were evaluated by profilometry and Scanning Electronic Microscope (SEM) in order to verify the wear mechanism present in each material. It has been seen which the properties like nanohardness and friction coefficient have strong relation with luminous intensity of species of the plasma, suggesting a using of this characteristic as a parameter of process