离子源作为一种离子束发射装置, 常用于光学薄膜的制备中, 但离子束中包含各种能量的离子, 在光学薄膜制备过程中严重影响着薄膜成型后的微观结构和性能。针对目前国内外离子源普遍存在输出能谱过宽的缺点, 以电磁场理论为基础, 并对各能级的离子运动轨迹进行了仿真分析, 设计了一种离子能量筛选器, 仿真结果表明, 经过筛选器筛选后能有效剔除过高和过低能量的离子, 偏离中心离子能量负100 eV的筛选率, 已达到82.24%, 在光学薄膜制备领域中具有良好的应用前景。

根据脉冲等离子体关键特征参数的特点及相关应用需求, 基于垂直引入式有网反射二阶空间聚焦技术, 研发了脉冲等离子体飞行时间质谱诊断系统, 其质量分辨率约为1690 (FWHM), 离子能量诊断范围为3~150 eV, 时间分辨率约为0.45 μs。通过对典型脉冲等离子体开展飞行时间质谱分析和研究, 获得了离子质谱、离子能量分布函数等重要特征参数。等离子体以不同价态的Ti离子为主, Ti+最可几能量约为23 eV, Ti2+最可几能量约为48 eV。

研究了等离子体反应装置内的等离子体密度、粒子能量与角度分布等参量在装置径向与轴向上的分布特性。在研究过程中应用二维混合模型对CF4气体放电进行模拟。计算结果显示：在电极表面与侧壁附近的鞘层区特性有明显的区别。由于装置侧壁处受电源产生的射频电场的影响较小，侧壁处的鞘层主要由双极扩散机制形成，其产生的径向电场强度较弱，鞘层厚度也较薄。而在电极附近，由于受到射频电场的影响，鞘层的厚度显著增加，指向电极方向的轴向电场强度也远大于指向侧壁方向的径向电场强度。在电极区域内，离子通量分布均匀；在电极边缘与侧壁的间隙内，因电场强度减小，离子通量则发生迅速衰减。在射频电极覆盖的范围内离子能量分布大体上保持不变，电极与侧壁的交界处，由于受到侧壁处径向电场的影响，离子能量分布略有不同。在放电装置的中心区域，入射到电极上的离子角度分布基本保持一致，而在电极边界与装置侧壁的交界处，由于径向电场的影响,离子的垂直入射角增加，以大角度轰击电极的离子数量也显著增加。

采用电子束蒸发工艺，利用泰勒霍普森相关相干表面轮廓粗糙度仪，研究了不同基底粗糙度、不同二氧化锆薄膜厚度以及不同的离子束辅助能量下所沉积的二氧化锆薄膜的表面粗糙度。结果表明：随着基底表面粗糙度的增加，二氧化锆薄膜表面粗糙度呈现出先缓慢增加，当基底的粗糙度大于10nm后呈现快速增加的趋势；随着二氧化锆薄膜厚度的增加，其表面均方根粗糙度(RMS)先减小后增大；随着辅助沉积离子能量的增加，其表面粗糙度呈现出先减小后增加的趋势。

介绍了一种用于离子束辅助沉积光学薄膜的新型宽束冷阴极离子源,详细叙述了该源的结构和工作过程。采用五栅网离子能量测试装置研究了离子源的离子能量及能量分布。结果表明,探针接收的离子最低能量随着引出电压和真空度的升高而升高。离子能量分布概率密度函数为单峰函数,其峰值位置随着真空度的降低向低能量方向移动,随着引出电压的升高向高能量方向移动。当引出电压为200～1200V时,离子平均能量为600～1600eV,呈线性规律变化。这种离子源的离子平均初始动能约为430～480eV。了解和掌握离子源的这些特性和参数,可以有效的对镀膜过程的微观环境(离子密度、离子能量等)进行控制,促进薄膜制备工艺更好地进行。

阐述了离子源在离子束清洗和离子束辅助薄膜沉积(IAD)中的应用;根据热力学原理及离子碰撞过程分析,研究了离子束辅助沉积过程中的能量传递过程,建立了薄膜折射率与离子辅助沉积过程中各物理量之间的关系模型;探讨了各种工艺条件对离子束辅助沉积薄膜特性的影响,给出了薄膜材料无结晶条件下离子束辅助沉积薄膜工艺选择的相应准则.

采用软光刻技术中的微接触印刷(μCP)技术、表面诱导的水蒸气冷凝、表面诱导的去湿行为,在金基底上制作出了亚微米的环状周期结构聚合物掩膜.通过对离子束刻蚀过程中各个参量对刻蚀元件的表面光洁度、轮廓保真度和线宽分辨的影响分析,结合掩膜的实际情况选择出了合适的离子束入射角、离子能量、束流密度和刻蚀时间等参量.依照这些参量刻蚀出了高质量的亚微米尺寸环状周期结构元件.通过对刻蚀出的元件的检测发现,刻出的元件表面光洁度、轮廓保真度和侧壁陡峭度都非常好.