Effect of Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation

HU Jiang-yu; FAN Yu; LIANG Can-jun; HAO Li-juan; LIU Chao-wei; SONG Yong

doi:10.12452/j.fxcsxb.240905375

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Effect of Al₂O₃ on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation

Scientific Papers | 更新时间：2024-11-11

- Effect of Al₂O₃ on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation
- Journal of Instrumental Analysis Vol. 43, Issue 10, Pages: 1664-1668(2024)
- 作者机构：
  
  1.中国科学技术大学研究生院科学岛分院，安徽合肥 230026
  2.中国科学院合肥物质科学研究院，安徽合肥 230031
  3.山东大学能源与动力工程学院，山东济南 250061
  4.中科石金（安徽）中子技术有限公司，安徽合肥 230031
  5.中子科学国际研究院，山东青岛 266199
  6.山东省中子科学技术重点实验室，山东青岛 266199
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.12452/j.fxcsxb.240905375
  CLC： O571.5;O614.41
- Published：15 October 2024，
  
  Received：05 September 2024，
  
  Revised：24 September 2024，
- 稿件说明：
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胡江钰,范宇,梁参军,郝丽娟,刘朝伟,宋勇.Al₂O₃对Ti膜离子注入表面损伤及D滞留量的影响研究[J].分析测试学报,2024,43(10):1664-1668.

HU Jiang-yu,FAN Yu,LIANG Can-jun,HAO Li-juan,LIU Chao-wei,SONG Yong.Effect of Al₂O₃ on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation[J].Journal of Instrumental Analysis,2024,43(10):1664-1668.
胡江钰,范宇,梁参军,郝丽娟,刘朝伟,宋勇.Al₂O₃对Ti膜离子注入表面损伤及D滞留量的影响研究[J].分析测试学报,2024,43(10):1664-1668. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240905375.

HU Jiang-yu,FAN Yu,LIANG Can-jun,HAO Li-juan,LIU Chao-wei,SONG Yong.Effect of Al₂O₃ on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation[J].Journal of Instrumental Analysis,2024,43(10):1664-1668. DOI： 10.12452/j.fxcsxb.240905375.

摘要

为提高中子管Ti膜的储氢及抗溅射损伤性能，该研究通过在Ti膜表面沉积一层Al

保护层，研究了该保护层对Ti膜在D离子注入过程中表面损伤及D滞留量的影响。采用射频磁控溅射技术完成了Ti膜和表面有Al

保护层的Ti膜（Al

/Ti膜）样品的制备，开展了D离子注入实验，利用扫描电子显微镜（SEM）对D离子注入前后的表面形貌进行分析，并通过热脱附谱（TDS）实验研究保护层对Ti膜中D滞留量的影响。SEM结果表明，注入5×10

个D离子后，Ti膜表面出现开裂和剥离现象，而Al

/Ti膜表面无开裂和剥离现象，Al

保护层抑制了Ti膜的开裂和剥离，可提高Ti膜使用寿命。TDS实验结果表明，增加Al

保护层后，D脱附峰值温度提升4.9%，膜内D滞留量提升10.3%，在D离子注入过程中Al

保护层可阻止膜内D原子的释放进而提升Ti膜内D滞留量。该文初步验证了Al

有作为中子管Ti膜保护层材料的潜力。

Abstract

To further enhance the hydrogen storage and sputter damage resistance of Ti film used in neutron tube，this study deposited an Al

protective layer on the surface of Ti film and investigated its impact on surface damage and D retention during D ion implantation. The Ti film

and Ti film with Al

protective layer（Al

/Ti film） were prepared using radio-frequency magnetron sputtering technology. D ion implantation experiments were conducted，and scanning electron microscopy（SEM） was used to analyze the surface morphology before and after D ion implantation. Additionally，thermal desorption spectroscopy（TDS） was employed to study the effect of the protective layer on the D retention in the Ti film. SEM results showed that after implanting 5×10

D ions，the Ti film surface exhibited cracking and peeling，whereas the Al

/Ti film surface did not show such phenomena. The Al

protective layer suppressed cracking and peeling of the Ti film，which can enhance the film's life-time. TDS results indicated that with the addition of the Al

protective layer，the peak desorption temperature of D increased by 4.9%，and the D retention in the film increased by 10.3%. During D ion implantation，the Al

protective layer prevented the release of D atoms from the film，thereby improving D retention amount. This study preliminarily confirms the potential of Al

as a protective layer for Ti film in neutron tube.

关键词

中子管靶Ti膜Al2O3保护层离子注入D滞留量

Keywords

neutron tube targetTi filmAl2O3 protective layerion implantationD retention

references

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Effect of Al2O3 on Surface Damage and D Retention of Ti Film During Ion Implantation

DOI：10.12452/j.fxcsxb.240905375

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