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離子與固體相互作用——基本原理及應(yīng)用 
定 價(jià)：89 元 叢書名：中外物理學(xué)精品書系
9 7 3 8 5 7 2 3 3 0 5 1 9 讀者對(duì)象:教師、學(xué)生 
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(shí)。它是核技術(shù)，特別是離子束應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。目前國(guó)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(lái)自離子束與固體的相互作用。國(guó)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(xiàng)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(shí)，同時(shí)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(guó)】【現(xiàn)當(dāng)代】
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[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(guó)核學(xué)會(huì)的杰出核材料科學(xué)家獎(jiǎng)。他的研究重點(diǎn)包括材料的輻射損傷、機(jī)械性能和長(zhǎng)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(guó)】【現(xiàn)當(dāng)代】
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[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(huì)的范希佩爾獎(jiǎng)。他專長(zhǎng)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(dòng)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(guó)】【現(xiàn)當(dāng)代】
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詹姆斯·K.希爾沃寧（James K. Hirvonen），工作于美國(guó)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(guó)】【現(xiàn)當(dāng)代】
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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(guó)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(duì)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(guó)陶瓷學(xué)會(huì)ECD全球青年科學(xué)家獎(jiǎng)、北京大學(xué)優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)、國(guó)際高性能陶瓷大會(huì)最佳口頭報(bào)告獎(jiǎng)等。此外，擔(dān)任Nano Letters, Acta Materialia等雜志審稿人�！�
王宇鋼【譯】【中國(guó)】【現(xiàn)當(dāng)代】
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北京大學(xué)物理學(xué)院教授，副院長(zhǎng)、北京大學(xué)學(xué)位委員會(huì)物理分會(huì)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(wú)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(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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(zhǎng)程相互作用力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.4 原子間勢(shì)模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
2.4.1 剛球勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.2 方阱勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.3 負(fù)冪勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4.4 倫納德–瓊斯勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.5 固體中的原子間勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.12 普適原子間勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
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第3 章兩體彈性碰撞動(dòng)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(dòng)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(dòng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5.1 角動(dòng)量守恒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.5.2 有心力作用下的能量守恒. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.5.3 角動(dòng)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
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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(shì)和沖量近似. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.5 冪次律勢(shì)的能量傳遞微分散射截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4.6 約化截面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.7 剛球勢(shì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
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第5 章離子阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.2 能損過(guò)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(dòng)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
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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(jì)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
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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(jí)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(jí)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(jí)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(gè)例子, PIPER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.2.2 核阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
8.2.3 電子阻止. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
8.2.4 計(jì)算過(guò)程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
8.2.5 TRIM 程序的一個(gè)例子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
8.3 分子動(dòng)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(shí)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(jì)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(wú)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(wú)序轉(zhuǎn)變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
10.1.1 長(zhǎng)程有序參數(shù)SLR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
10.1.2 輻照導(dǎo)致的無(wú)序: 點(diǎn)缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10.1.3 輻照導(dǎo)致的無(wú)序: 密集級(jí)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(jiǎn)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(jí)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(jí)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(dòng)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(wú)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(duì)缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
12.3.2 反位缺陷. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.3.3 位錯(cuò). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292
12.3.4 應(yīng)變能和彈性不穩(wěn)定性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294
12.4 級(jí)聯(lián)和熱峰導(dǎo)致的相變. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
12.4.1 級(jí)聯(lián)恢復(fù)：驅(qū)動(dòng)力. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
12.4.2 級(jí)聯(lián)恢復(fù)：形核. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
12.4.3 級(jí)聯(lián)恢復(fù)：動(dòng)力學(xué). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298
12.5 動(dòng)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(chǎng)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(zhǎng)過(guò)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(duì)薄膜生長(zhǎng)的影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
13.3.1 IBAD 過(guò)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(zhǎng). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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(hào). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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(dòng)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(guò)渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
F.2.2 兩種非過(guò)渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
F.2.3 兩種多價(jià)非過(guò)渡金屬和氣相元素的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
F.2.4 過(guò)渡金屬與非過(guò)渡金屬的合金. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396
F.3 無(wú)限稀釋溶液. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
F.4 無(wú)定形固溶體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
推薦閱讀. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
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