题目：电子聚焦电场增强等离子体离子注入/沉积技术的理论及应用研究

等离子体离子注入/沉积（PIII&D）技术中，靶台上的待加工工件被等离子体环境包围，脉冲负高压形成的电场在工件周围产生等离子体鞘层，加速离子实现注入。由于具备无需离子加速器，易于加工表面复杂的工件，且注入效率高的优点，PIII&D技术已广泛应用于材料表面改性领域，用来改善材料的磨损、腐蚀、疲劳和摩擦等各种性能。电子聚焦电场增强等离子体离子注入（EGD-PIII&D）技术是一种在PIII&D基础上发展起来的新型离子注入技术，它利用特殊的点状阳极-大面积阴极结构实现电子在阳极进气口附近的聚焦并形成自辉光放电，从而为注入提供所需的等离子体。该方法不但无需外部等离子体产生源，而且具有较高的等离子体密度，低廉的成本及良好的注入效果使得EGD-PIII&D技术具有广阔的工业应用前景。另一方面近年来出现的高能脉冲磁控溅射（HiPIMS）技术能够产生高离化率的金属离子，恰能作为EGD-PIII&D方法中的物质来源，将EGD-PIII&D与HiPIMS结合具有重要的潜在应用价值。

本文首先针对EGD-PIII&D技术用于硅基注氢时注入均匀性差的问题，从其微观机理入手，通过质点网格（PIC）方法模拟，提出通过在装置中加入金属环的方法来改变装置内电场分布从而改变电子的运动轨迹，改善注入均匀性。氢前向散射光谱分析表明偏压为10kV时加入金属环后硅片上注入剂量均匀的区域从10mm扩大到40mm，同时负偏压增大后注入均匀性仍不会明显变差，证明了EGD-PIII&D技术通过智能切割方法制备SOI材料的可行性。

其次，研究了利用EGD-PIII&D方法在高长径比细管内表面沉积类金刚石（DLC）薄膜的装置和工艺。实验采用了乙炔气体和长200mm内径5.9mm的玻璃管，对镀制的膜层进行了拉曼光谱检测和扫描电子显微镜检测。结果表明，自辉光放电的等离子体可以穿越细长管内部，形成稳定的辉光放电，在细长管内壁沉积厚度类金刚石薄膜，且沉积速率高达0.5μ/min。相比现有的细管内壁沉积类金刚石膜的方法，该方案具有不需要额外离子源，沉积速度快，在军工枪管炮管、输送腐蚀性材料的管道和阀门内部、汽车发动机零部件等的内表面改性处理中有广泛的应用前景。

最后，应用质点网格-蒙特卡洛碰撞（PIC/MCC）数值方法对高能脉冲磁控溅射（HiPIMS）的物理过程进行了模拟。本文建立了二维直角坐标系模型，通过Ansys软件模拟了磁场分布，从时间步长、带电粒子运动方程等方面改进了模拟程序，得到了模型内电场分布随时间变化的结果、离子密度和电子密度分布随时间变化的结果等，并分析了产生结果的微观原因。