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1、注入离子的蓝宝石晶体光学特性的研究凝聚态物理专业研究生王新练指导教师黄宁康离予注入蓝宝石晶体，一方面引入了杂质离子，注入的杂质离子在基体中可形成异质纳米微粒，另一方面由于辐照效应会在蓝宝石基体中产生各类色心，这都会引起蓝宝石晶体特性的改变，特别是光学特性的变化与上述两个因素存在密切的联系。我们采用N b + 离子注入蓝宝石晶体，肘注入N b + 离子的蓝宝石晶体退火前后的光学性能进行了系统的研究。我们还对样品进行了表面形貌的观察。取得了吼下几点结论：1 ) X P S 分析表明：蓝宝石晶体中注入N b 在退火后具有N b o 、N b “、N b ”、“、N b “等态。这些不同荷电态的离子在
2、基体中的峰位处于不同的深度处。2 ) 对样品进行光吸收谱测量表明，N b + 离子注入蓝宝石晶体所产生的色心点缺陷对光的吸收主要集中在紫外和可见光高能区段。通过对光吸收谱2 0 0 5 5 0 n m 范围进行高斯拟台及荧光谱验证确认，确定g I 起光吸收的色心主要是F心，n 山，R 心，F ，心，F 。“心。退火条件对色心的消除的影响也进行了研究。3 ) K b + 离子与电子和中子辐照在蓝宝石晶体中产生的色心的光谱u 难位相比，峰位发生了一定的移动。这可能是由于色心周围存在不同荷电态的N b l 离子的缘故，甚至是这些N b 离子与色心可能形成缺陷缔合体所致。4 ) 不同温度条件i + 离
3、子注入蓝宝右晶体中所肜成的色心的稳定性不同，室温注入所形成色心较稳定一些，不易通过退火消除掉，面低温注入所形成的色心易通过退火进行消除。5 ) 离子注入蓝宝石晶体所产生的缺陷的多少随注入剂量的增加而增加，相同注入剂量条件下，f k A 高晶面指数面产生缺陷的效率较高。6 ) S E M 观察到了注入离子在蓝宝石晶体中可形成亚微米微粒和纳米颗粒。纳米微粒可在注入时不经退火就形成，也可能经退火后才形成，与注入离子种类和注入条件有关。经退火处理，这些颗粒会生长变大并向表面移动，形成的微粒的形状与注入晶面有关，颗粒大小随退火温度升高而变大。可以预见，通过适当选择注入条件和退火条件，可以获得所需要大小的
4、纳米微粒。、关键词：离子注入蓝宝石光吸收谱荧光谱$ E MR e s e a r c ho nT h eO p t i c a lP r o p e r t i e so fI o nI m p l a n t e dS a p p hi eM a j o r ：C o n d e n s eS t a t eP h y s i c sM a s t e rs t u d e n t ：W a n gX i n li a nS u p e ra d v i s e r ：H u a n gN i n g k a n gS a p p h i r ei si m p l a n t e dw i
5、 t hi o ns p e c i e s ，o nt h eo n eh a n d ，t h e s ei m p l a n t e di o n sc a nf o r mn a n o - m e t e rp a r t i c l e si nt h es a p p h i r e ：o nt h eo t h e rh a n d ，d if f e r e n tk i n d so fc o l o rc e n t e r sc a nb ey i e l d e di nt h es a p p h i r eb yi o ni m p l a n t a t i
6、o nd u et oi r r a d i a t i o ne f f e c t T h ec h a n g e so ft h ep r o p e r t i e so ft h es a p p h i r e ，e s p e c i a l l y ，o ft h eo p t i c a lp r o p e r t i e s ，a r ei n f l u n c e db yt h ei m p l a n t e di m p u r i t ya n dt h ec o l o rc e n t e r s T h ee l e m e n to ft r a n
7、 s i t i o nm e t a l ，N b + w a sf i r s tu s e dt oi m p l a n t ei n t os a p p h i r ei no u rw o r k T h eo p t i c a lp r o p e r t i e so ft h ei m p l a n t e ds a p p h i r eb e f o r ea n da f t e ra n n e a li n gi nr e d u c i n ga t m o s p h e r ew e r es y s t e m a t i c a l l ys t u
8、 d i e d A n ds u r f a c em o r p h o l o g i e so f t h es a m p l e sw e r ea l s oo b s e r v e dw i t hS E M T h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sc a nb ed r a w nf r o mt h i ss t u d y ：( 1 ) t h eX P Sr e s u lt si n d i c a t et h a tt h ei m p l a n t e dN ba r ei nd i f f e r e n tc
9、 h a r g es t a t e sl i k eN b o 、N b + 、N b + 2 、N b + 4 、N b + 5 a f t e r a n n e a l i n gi nr e d u c i n ga t m o s p h e r e ，a n dt h e i rn u m b e rp e a k sl o c a t ea td if f e r e n td e p t h ( 2 ) A c c o r d i n gt ot h eo p t i c a la b s o r p t i o ns p e c t r a ，t h em a i na
10、b s o r p t i o nb a n d sa r el o c a t e da tt h eU V V i sa r e af o ra l lt h es a m p l e si m p l a n t e dw i t hN bi o n s A 1 1t h ea b s o r p t i o nc u r v e sw e r ee v a l u a t e db yG a u s s i a nf i t t i n gs h o w i n gt h a tt h e r ew e r eFc e n t e r ，F + c e n t e r ，凡c e n
11、t e r ，F 2 + c e n t e ra n d 凡。c e n t e ri nt h e 岫+ i m p l a n t e ds a p p h i r e w h i c hw e r ec o n f i r m e db yl u m i n e s c e n c es p e c t r a t h ea n n e a l i n gp a r a m e t e ra f f e c tt h ee l i m i n a t i o no fc 0 1 0 rc e n t e r s4i nt h es a m p l e s ( 3 ) T h ep e
12、a k si no p t i c a ll u m i n e s c e n c ec u r v e ss h i f tal i t t l ef o rt h es a p p h i r ew i t hN b + i o n si m p l a n t a ti o ni nc o m p a r i s o nw i t he l e c t r o n so rn e u L r o H bi “a u 一* a L , u n T h i sp h e n c n e n e ns e e m st nq h wt h a ti nt h ev i c i n i t y
13、o ft h ea n i o nv a c a n c i e s ，t h e r ee x i s t e dn i o b i u ms p e c i e si nd i f f e r e n tc h a r g es t a t e s ，t h e s eN b + i o n sm a ye v e nc o m b i n e dw i t hc o l o rc e n t e r st of o r mi m p u r i t y d e f e c tc o m p l e x e s ，h e n c el e a d i n gt ot h es h i f
14、t so ft h el u m in e s c e n c ep e a k s ( 4 ) T h es t a b i l i t yo ft h ec o l o rc e n t e r sf o r m e di nt h es a m p l e si sd e p e n d e n to nt h ei o ni m p l a n t a t i o nt e m p e r a t u r e T h ec o l o rc e n t e r sp r o d u c e d b yN b + i m p l a n t a t i o ni ns a p p h i
15、 r ea tl o w e ri m p l a n t a t i o nt e m p e r a t u r ec a nb ed e l e t e dm u c he a si e rt h a n t h o s ea tr o o mi m p l a n t a ti o nt e m p e r a t u r eb ya n n e a li n g ( 5 ) t h ed e f e c t sc a u s e d b yi o ni m p l a n t a t i o n i ns a p p h i r e a r ei n c r e a s e di t
16、 ht h eh i g h e ri o nd o s e s M u c hm o r ed e f e c t sc a nb ep r o d u c e di n t h ec r y s t a lp l a n ew i t hah i g h e ri n d e xb yi o ni m p l a n t a t i o nu n d e rt h es a m ed o s e s ( 6 ) S u b m i c r o m e t e rp a r t i c l e so rN a n o p a r t i c l e sc o u l db eo b s e r v e db yS E Mf o rt h ei o ni m p l a n t e ds a p p h i r eb e f o r ea n da f t e ra n n e a l i n g ，n a n o p a r t i c l e sc a nb eo b s e r v e db e f o r ea
