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离子辐照产生的纳米波纹氧化锌中的光学损伤建模

DOI：10.3390/cryst9090453 期刊：Crystals 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 我们报道了利用20 keV Ar+离子以60°斜入射方式进行离子束刻蚀，在ZnO块体衬底表面制备纳米波纹的研究。原子力显微镜分析表明，这些波纹图案的粗糙度和波长均遵循幂律关系。在高注量条件下，波纹呈现粗化及不对称形态，且逐渐与离子束方向无关，这为图案形成机制提供了额外证据。中能离子散射证实该过程未使浅层损伤区完全非晶化。通过光谱椭偏仪详细研究了损伤诱导的光学性质变化，基于Tauc-Lorenz模型和临界点参数带振荡器建立三层模型，测定了损伤层光学常数。结果显示随着注量增加，折射率持续降低且带隙下方吸收增强。
作者： Andrés Redondo-Cubero，Nebiha Ben Sedrine，Luis Vázquez，Denis Jalabert，Katharina Lorenz
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

评估中能（20 keV）Ar+离子束溅射（IBS）在块体ZnO中形成波纹图案的情况，并分析波纹图案的粗糙度、波纹波长和有序性。此外，利用光谱椭偏仪（SE）评估材料经离子束改性后的光学损伤和表面粗糙化情况，建立模型，并提取辐照后的主要光学参数。

研究成果

该研究表明，通过20 keV氩离子辐照可在块体氧化锌晶体上形成波纹纳米图案。波纹动力学特征显示粗糙度和波长均遵循幂律关系。研究采用三层SE光学模型来模拟样品的损伤与粗糙度演变过程。受损氧化锌层的光学常数表现出随注量增加折射率降低，且在带隙下方吸收增强的特性。即使在高注量条件下，辐照样品也未完全非晶化，证实了该材料的抗辐射性。

研究不足

该研究受限于高注量下严重的损伤和粗糙度，这使得两种效应的解卷积极为困难。此外，氩离子的注入效应也可能在损伤层中发挥作用，导致空洞的产生。

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