[发明专利]一种离子束辐照制备铌酸锂纳米点畴结构的方法和装置

说明书

本发明一种离子束辐照制备铌酸锂纳米点畴结构的方法和装置。本发明方法为：1）将待加工的铌酸锂样品固定在离子束刻蚀设备的样品台上，调整使离子束的入射角达到工作角度；调整使离子源的中心与工件中心重合；2）将离子束刻蚀设备抽至高真空，真空度低于2×10‑3Pa；通入高纯度99.999%惰性气体氩气或氙气，利用气体流量计控制气体流量，使工作真空保持在2×10‑2 Pa到8×10‑2Pa；3）设置样品台旋转速度、开启离子源，对铌酸锂样品进行离子束辐照，样品台的转速为6~80转/分钟；4）将辐照后的铌酸锂晶体置于高温炉中进行温度80~350℃，时间0.2~3小时的热处理。本发明利用离子轰击在样品表面诱导形成自组织纳米点畴结构，并且可以通过调控离子束参数来控制所获得的纳米畴结构的特征。

技术领域

本发明涉及铁电晶体纳米畴工程领域中纳米点畴结构制备技术领域，具体涉及一种离子束辐照制备铌酸锂纳米点畴结构的方法和装置。

背景技术

近年来，纳米材料领域出现了一个新的热潮即研究纳米结构的热潮，因此离子束辐照制备纳米结构这一新技术引起科研界的广泛关注。离子束辐照技术是利用离子束溅射诱导粗糙化机制和不同表面弛豫机制相互作用的结果，使表面自发地形成一定的纳米结构，是一种简单、经济、大面积地制造自组织纳米结构的新思路。该技术获得的自组织纳米结构存在诸多优点：一、加工材料种类多，可在绝缘体、半导体、金属、非金属等多种材料上产生纳米结构；二、纳米结构横向特征尺寸(即纳米结构的周期或波长)小，一般可在百纳米到十几纳米之间、甚至更小；三、离子束参数可控性高，通过调整离子辐照过程中的各种参数，可以有效调控纳米结构形状、周期、振幅、对称性等特征，因此该技术在纳米制作领域具有重要的应用前景。

点畴结构的制备方法有多种，如外加电场法、离子注入法、电子束扫描法等，外加电场极化技术可在室温下制备微米量级的单畴结构，但需要极高的电压来极化晶体，制备的畴结构的横向生长会导致的周期畴的纵横比差，制造亚微米尺寸畴的难度较高。离子注入技术注入离子的浓度和深度分布精确可控，注入离子时衬底温度可自由选择等，但离子注入需要精密的真空设备和良好的实验条件。电子束扫描技术利用电子会聚成电子束在晶体表面扫描直接写入畴图案，可制备出较深的畴结构，但是畴反转的连续性不好。

发明内容

本发明提出一种简单、高效、低成本的离子束辐照制备铌酸锂纳米点畴结构的方法和装置，该方法利用离子轰击在样品表面诱导形成自组织纳米点畴结构，并且可以通过调控离子束参数来控制所获得的纳米畴结构的特征。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种离子束辐照制备铌酸锂纳米点畴结构的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、将待加工的铌酸锂样品固定在离子束刻蚀设备的样品台上，调整使离子束的入射角达到工作角度；调整使离子源的中心与工件中心重合；

步骤二、将离子束刻蚀设备抽至高真空，真空度低于2×10-3Pa；通入高纯度99.999％惰性气体氩气或氙气，利用气体流量计控制气体流量，使工作真空保持在2×10-2Pa到8×10-2Pa；

步骤三、设置样品台旋转速度、开启离子源，对铌酸锂样品进行离子束辐照，所述样品台的转速为6～80转/分钟；

步骤四、将辐照后的铌酸锂晶体置于高温炉中进行热处理，其中热处理温度80～350℃，时间0.2～3小时。

上述步骤三中，离子束为Xe，离子束能量E为450-750eV，离子束流密度 J为130-450μA/cm2，离子束入射角度θ为10-30°或55-75°，离子束作用 t为30-300min，所述离子束入射角θ为离子束和样品表面法线的夹角。

上述步骤三中，离子束为Ar，离子束能量E为900-1350eV，离子束流密度 J为240-620μA/cm2，离子束入射角度θ为10-30°和或55-75°，离子束作用t为30-300min，所述离子束入射角θ为离子束和样品表面法线的夹角。