涂寧遠(yuǎn),陳 磊,趙文超,單 旭,王恩亮,陳向軍

(中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 物理學(xué)院近代物理系,合肥 230026)

1 引 言

近年來(lái)，由粒子碰撞、光吸收等導(dǎo)致的多原子分子的異構(gòu)化引起了化學(xué)、生物化學(xué)、天體化學(xué)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注.四氟化碳(CF4)是一種典型的多原子鹵代烷烴類分子，其在半導(dǎo)體工業(yè)中被廣泛地用于等離子體蝕刻.同時(shí)，CF4是一種重要的溫室氣體，其在大氣中的壽命在5萬(wàn)年左右，這使得它比CO2具有更強(qiáng)的危害性[1，2].因此，對(duì)于CF4分子解離動(dòng)力學(xué)的研究有著重要的意義.

成像技術(shù)及符合測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展使得測(cè)量分子異構(gòu)化等小概率事件成為可能.目前由質(zhì)子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的異構(gòu)化過(guò)程已經(jīng)得到了廣泛的研究[15-17]，對(duì)于質(zhì)量較大的原子轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的異構(gòu)化還很少有詳細(xì)的報(bào)道.在本工作中，我們利用離子動(dòng)量成像譜儀，研究了1.0 keV 電子碰撞CF4分子的電離解離動(dòng)力學(xué)，對(duì)于二價(jià)離子解離過(guò)程中的異構(gòu)化通道，即F2+離子的生成通道進(jìn)行了研究.

2 實(shí)驗(yàn)裝置與實(shí)驗(yàn)方法

本工作利用基于電子碰撞的離子動(dòng)量成像譜儀開(kāi)展[20].實(shí)驗(yàn)裝置包括電子槍、分子束及離子透鏡等主要部分.電子槍采用光電陰極，利用266 nm激光及鉭陰極燈絲產(chǎn)生高質(zhì)量的脈沖電子束，脈沖寬度為0.6 ns，重復(fù)頻率為20 kHz.經(jīng)過(guò)電子槍的加速和聚焦最終形成平行電子束，進(jìn)入反應(yīng)區(qū)與氣體靶分子發(fā)生碰撞，未發(fā)生碰撞的電子由法拉第筒收集.法拉第筒由一個(gè)1 mm 直徑的內(nèi)筒和6 mm 直徑的外筒組成.實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)優(yōu)化電子束聚焦，使得內(nèi)、外筒電子束流比例最高.分子束采用毛細(xì)管供氣，毛細(xì)管的內(nèi)徑和長(zhǎng)度分別為0.1 mm 和 60 mm.反應(yīng)區(qū)中的靶分子密度約為 1012/cm3.電子束與氣體靶分子發(fā)生碰撞之后，產(chǎn)生的碎片離子通過(guò)脈沖電場(chǎng)拉入離子透鏡.離子透鏡采用Wiley-Mclaren時(shí)間聚焦條件[21]，加速區(qū)與漂移區(qū)的長(zhǎng)度分別為50、100 mm.離子最終被二維位置靈敏探測(cè)器探測(cè)，該探測(cè)器由一對(duì)微通道板(Microchannel plates，MCPs)和延遲線陽(yáng)極(Delay line anode，DLA)組成.實(shí)驗(yàn)中測(cè)量離子的飛行時(shí)間及打在探測(cè)器上的位置，通過(guò)離線數(shù)據(jù)處理重建離子的三維動(dòng)量.在本實(shí)驗(yàn)中，電子束能量為1.0 keV，電子束的平均束流為20 pA，離子拉出電場(chǎng)為50 V/cm，反應(yīng)腔體的背景真空為1 × 10-6Pa，通入氣體時(shí)的真空為4×10-5Pa.

3 結(jié)果與討論

圖1 1.0 keV電子碰撞CF4產(chǎn)生的飛行質(zhì)譜

圖2 生成通道的第一擊與第二擊的TOF關(guān)聯(lián)譜

(1)

(2)

圖3 通道的離子動(dòng)能及KER分布圖

(3)

圖4 通道的(a)Dalitz圖，(b)Newton 圖及(c)動(dòng)能分布圖.

4 結(jié) 論