沉積態鈾薄膜表面氧化的X射線光電子能譜?

楊蒙生 易泰民 鄭鳳成 唐永建 張林 杜凱 李寧 趙利平柯博 邢丕峰

(中國工程物理研究院,激光聚變研究中心,綿陽 621900)

1 引 言

貧鈾(DU)薄膜是慣性約束核聚變(ICF)研究中重要的目標材料,掌握其激光-X射線轉換性能對于實現ICF的研究目標具有基礎性意義.而這些性質需要經過大量的激光驅動物理實驗才能得到準確的認識和驗證[1,2].以DU薄膜為核心元件的ICF微靶是開展上述實驗的物質基礎.但金屬U材料化學性質極為活潑,易與氧氣(O2)、水蒸氣(H2O(v))、二氧化碳(CO2)等氧化性氣體發生反應,生成UO2+x,UO2,UO2?x等氧化產物[3?5].在ICF微靶中U薄膜厚度通常僅為數微米,其表面的初始氧化會使薄膜成分發生明顯改變,并嚴重影響物理實驗結果的準確性.因此,研究不同環境下U薄膜的氧化特性對于改進微靶制備及儲存方法,提高相關實驗的準確性具有重要的應用價值.

國內外對塊體U材料在不同氣氛下的初始氧化行為進行了大量研究.McLean等[6]研究了一氧化碳(CO),CO2氣氛中U的表面氧化,發現樣品表層為鈾氧化物,亞表層為氣體解離吸附并擴散后形成的碳化物.Ritchie[7]測定了H2O(v)與O2氣氛中U的表面氧化速率,結果顯示H2O(v)在U表面發生化學解離吸附,生成UO2或超化學計量的UO2+x,但當有O2同時存在時,U與H2O(v)的反應速率減緩.汪小琳等[8]研究了金屬U在CO氣氛下的表面反應,發現CO氣氛可以抑制U表面的進一步氧化.陸雷等[9]研究了不同溫度下U與O2的初始反應,所獲得的氧化層由梯度分布的UO2構成.沉積態U薄膜的密度比塊體材料更低,其內部缺陷(晶界、位錯等)也比普通塊材密集.這些因素導致沉積態薄膜更容易被氧化,其氧化過程與產物也可能與塊體U材料存在差異.在美國國家點火裝置(NIF)項目中,作為含U黑腔產品的質檢環節,通過俄歇電子能譜儀檢測含U黑腔薄膜中的氧含量變化.但主要是針對大氣環境下的柱面多層薄膜,且所得結果僅包括氧含量的深度分布,對于氧化產物的具體成分、價態等信息并未提及[10].除此之外,鮮見沉積態U薄膜氧化性能的文獻報道.對U薄膜中氧化產物的全面表征不僅可以為含U薄膜微靶的優化建立實驗支撐,而且能為相關物理實驗提供有價值的初始數據[11].本文主要利用X射線光電子能譜(XPS)分析結合Ar+束深度剖析技術來研究微靶生產及儲存中保護性氣氛下沉積態U薄膜的表面氧化.分析樣品中的氧化產物及其分布特點,掌握其氧化性質與機理,進而為含U薄膜微靶的制備、儲存及表征技術的發展提供實驗依據.

2 實驗方法

實驗分為樣品制備、環境實驗(將樣品在大氣環境、高純Ar氣及超高真空環境暴露不同時間)及XPS成分檢測(考察O,U,Au元素分布及價態)三個部分.

2.1 樣品制備

樣品分為兩類,一類為純U薄膜,主要用于保護性氣氛下的環境實驗;另一類為表面有數百納米厚Au保護層的U薄膜(Au-U復合薄膜),用于考察沉積所得U薄膜的初始狀態及大氣暴露實驗.其中,直接在單晶硅(111)基片上鍍制厚度大于1μm的U薄膜即可制得純U薄膜.單晶硅基片送入超高真空磁控濺射鍍膜機之前先用超聲方法進行清洗,清洗液依次為去離子水、無水乙醇及丙酮,清洗完畢后用高純Ar氣吹干.鍍膜前,真空室背底真空度抽至10?6Pa,用輔助離子源對硅基片進行離子清洗,去除表面雜質及氧化物,完成后方可開始鍍膜.Au-U復合薄膜樣品還需在純U薄膜表面再沉積一層450 nm厚的Au保護層.

2.2 環境實驗

Au-U復合薄膜從鍍膜機真空室內取出后即送入X射線光電子能譜儀中進行測試,分析U層的初始狀態.另一樣品則在大氣環境中暴露一段時間后再用光學顯微鏡及掃描電子顯微鏡(SEM)觀測表面形貌,通過XPS檢測成分.純U薄膜樣品取出后立即放入高純Ar氣(純度為99.9999%)環境中,放置6 h后送入X射線光電子能譜儀中進行檢測.在X射線光電子能譜儀中,用Ar+束將Au-U復合薄膜零時樣刻蝕至U層中部,反復掃描確認無Au或其他雜質后關閉離子源,保持儀器分析室內為真空(10?8Pa),樣品放置12 h后再進行XPS測試.

2.3 成分檢測

采用X射線光電子能譜儀測試樣品中U,O等元素的價態及含量,利用Ar+束濺射方法刻蝕樣品,通過循環刻蝕—采譜方式進行深度剖析.XPS測試條件為:Al靶Kα射線作為X射線源,焦斑直徑為500μm,發射電壓為15 kV,靶功率為150 W,能量掃描步長為1 eV(全譜掃描)和0.1 eV(單元素窄能量掃描).通過聚焦離子槍獲得Ar+束,其離子能量為3 keV,束流為1.8μA,由計算機控制離子束以光柵掃描方式在樣品表面進行掃描濺射,掃描范圍為2 mm×2 mm.對每個樣品進行表面及深度剖析,深度剖析過程中每濺射30—50 s后采集一次全譜及單元素譜,獲得相應位置的元素含量及價態信息.

3 實驗結果

3.1 U薄膜初始樣品中的成分及價態

Au-U復合薄膜初始樣品經過一段時間的Ar+濺射后去除Au保護層,進入U層后在不同的濺射時間(深度)均未檢測到O元素的特征信號(圖1(a)).同一深度采集的U 4f峰(圖1(b))在高能量側出現明顯拖尾,使其峰形不對稱,峰位則為377.2 eV(U 4f7/2)和388.1 eV(U 4f5/2),與清潔的金屬U表面4f峰位一致[12,13].因此,可以認為在U薄膜沉積過程中帶入的O雜質含量低于XPS的檢測下限.

3.2 節瘤缺陷誘導的Au-U復合膜大氣氧化

節瘤缺陷是薄膜沉積過程中常見的一類微觀缺陷,由內部種子及包裹在外的膜層組成,其典型外觀為微米量級的球冠狀突起[14,15].Au-U復合膜中,部分樣品表面出現了密集的節瘤缺陷,當暴露于大氣環境中時,這類樣品(以下簡稱節瘤薄膜樣品)的表面形貌及化學成分在較短時間內發生了明顯變化,表現出特殊的表面氧化性質.圖2(a)為暴露22 d后光學顯微鏡下的表面形貌,可見其表面變得凹凸不平,出現了大量的泡狀突起.圖2(b)為SEM下節瘤缺陷的形貌細節.可見節瘤原有的球冠狀輪廓被破壞,出現多個微米尺度的小鼓包,使得球冠邊緣向四周擴張.而在節瘤頂部中央位置存在尺寸為微米量級的微孔,這表明Au防護層已被嚴重破壞.

圖1 原料樣品U層中不同深度的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.1.XPS pro fi les of the initial U sample at different depths:(a)O 1s;(b)U 4f.

圖2 在大氣中暴露22 d后的節瘤薄膜表面形貌 (a)光學顯微鏡圖像(100×);(b)SEM圖像Fig.2.Surface morphology of nodules exposed in atmosphere for 22 days:(a)Optical microscopic image(100×);(b)SEM image.

圖3為樣品中各元素含量的深度分布.在Au層與U層的界面處,O含量出現了突變,其峰值含量超過60%(原子百分比,下同),而此時Au含量基本降為0,這說明O含量峰值正好位于Au/U界面上.結合前述形貌特點可以確定Au層已多處破損,并且在Au/U層界面發生了大范圍脫層,導致暴露的U層表面被嚴重氧化.隨著刻蝕深度的增加,O含量迅速降低,達到一定深度后,其下降速度又明顯放緩,這說明U層中的氧化物在深度方向上可以分為兩個區域,各自有不同的分布特征.在Au/U界面附近,O含量高并且有陡峭的分布梯度,這說明有一層較薄的致密氧化膜(區域一).在其之下,O含量顯著降低,但具有相對平滑的梯度及更深的分布(區域二).

圖3 在大氣中暴露22 d后節瘤樣品中的元素深度分布Fig.3.XPS depth pro fi les of main elements in the nodular sample exposed in atmosphere for 22 days.

3.3 高純Ar氣中純U薄膜的表面氧化

圖4(a)為暴露于高純Ar氣中(Ar氣純度99.9999%,暴露時間6 h)純U薄膜表面及濺射30 s后的O 1s窄能量掃描譜.可見表面存在很強的O 1s峰.經過分峰擬合后發現,O 1s譜圖包含兩種組分.其中,峰位在530.6 eV的組分為主要部分,其峰形對稱,半峰全寬為1.4 eV,這與UO2中的O 1s譜峰特征相符.同時還存在另一含量較少的組分,其峰值位于532.2 eV處,半峰全寬為2.2 eV,這是表面化學吸附的O雜質的貢獻.圖4(b)為在樣品表面獲取的U 4f譜.可見U 4f5/2和U 4f7/2峰位分別位于391.3和380.5 eV處,距U 4f5/2峰高能端6.7 eV處有一激振伴峰,這些特征與文獻報道的UO2中的U 4f峰一致[6].同時,未發現有金屬U 4f峰.這說明在惰性氣體氣氛中(純度99.9999%的高純Ar氣)數小時即可使純U薄膜表面完全氧化,產物為化學計量的UO2.根據文獻報道,XPS測試中對UO2的信息深度不超過2.6 nm[16].由此可以推斷,樣品中表面UO2層厚度已超過2.6 nm.濺射30 s后發現,O 1s峰及U 4f氧化峰位置均向高能端移動,同時在U 4f譜上出現了金屬峰,說明已出現金屬U.

圖4 高純Ar氣中暴露6 h后純U薄膜表面的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.4.XPS pro fi les of the uranium fi lm exposed to argon for 6 h at different depths:(a)O 1s;(b)U 4f.

3.4 超高真空度環境下純U薄膜的表面氧化

圖5為超高真空度環境(真空度為10?8Pa)下放置12 h后純U薄膜樣品不同深度的O 1s(圖5(a))及U 4f(圖5(b))窄能量掃描譜.圖中,下方曲線為樣品表面采集到的譜圖,上方曲線為Ar+束濺射15 s后采集到的譜圖.可見,樣品表面的O 1s譜與高純Ar氣環境中暴露6 h后樣品表面的譜圖非常相似,仍由表面化學吸附O及UO2兩種成分組成,且后者為主要成分.但表面U 4f峰則有較大區別,出現了明顯的分化.其中,位于高能端(391.3和380.5 eV)的峰位置與前述樣品一致,即為UO2中的氧化峰.而位于低能端的峰,其位置與金屬態的U 4f峰位相符,說明在XPS的信息深度范圍內探測到了金屬U.氧化峰與金屬峰的強度差別不大,因此可知在超高真空度環境下,純U薄膜表面氧化程度明顯低于高純Ar氣氛中.經過15 s的Ar+濺射后,U 4f氧化峰已完全消失,而金屬態U 4f峰強度則顯著增大.與此同時,O 1s峰強度也基本減弱至儀器的背底水平.從中可以看出,此時露出的應是清潔的金屬U表面.這說明樣品的表面氧化膜非常薄,厚度明顯小于高純Ar氣中暴露6 h的樣品.在XPS測試中,近表層原子的光電子仍有可能穿過樣品表面被探測器檢測到.在此過程中會因表層原子的阻擋而發生強度衰減.因此,可以根據Ar+濺射前后U金屬峰的強度變化計算樣品表面氧化膜的平均厚度,計算公式為[17]

式中Im_O2為樣品表面被氧化后金屬U峰的強度,Im_clean為清潔樣品表面金屬U峰的強度;d為氧化膜厚度;λ為光電子的平均自由程;γ為光電子飛離角.由(1)式計算可得,氧化膜平均厚度約為0.48 nm.由于O離子半徑為0.14 nm,因此可以認為U薄膜表面僅1—2層原子被氧化.

圖5 超高真空度環境下純U薄膜不同深度的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.5.XPS pro fi les of the uranium fi lm stored in vacuum at different depths:(a)O 1s;(b)U 4f.

4 討 論

4.1 節瘤薄膜樣品的大氣氧化機理與產物分布

圖6(a)所示為Ar+濺射后顯露出的節瘤種子形貌,可見種子尺寸為1μm左右,在其周圍數微米范圍內存在深褐色斑點.在薄膜沉積過程中,種子的陰影效應使其周圍的鍍層組織結構疏松,易形成微孔、毛細管等缺陷[18].大氣環境下,氧化性氣體可以通過這些通道直接進入U層,與U材料發生反應.由于種子尺寸微小,其陰影效應所影響的區域僅在周圍數微米范圍內.其余區域的U膜仍保持正常生長,具有相對致密的結構,使O不容易滲透.因此,在U層內部鈾氧化物表現為種子核周圍的點狀分布.經Ar+濺射后,在光學顯微鏡下即顯現為深褐色斑塊圍繞的凸點,這對應著圖3中O分布的第二個區域.同時,由于Au/U界面結合力弱,U氧化所產生的晶格膨脹也會使缺陷附近的Au/U界面上生成微裂紋,這些裂紋進一步擴展即在節瘤表面生成圖2(b)所示的小鼓包,并逐漸發展成大范圍脫層,從而使U層表面暴露于大氣環境下,最終生成一層致密的氧化膜.這種氧化膜的厚度增長速度主要是由氧離子在其中的擴散速率控制的,因此增長較慢,厚度較小.

圖6 節瘤缺陷中種子核的形貌 (a)光學顯微鏡圖像(500×);(b)SEM圖像Fig.6.Morphology of seeds in the nodules:(a)Optical microscopic image(500×);(b)SEM image.

圖7—圖9為不同濺射深度上O 1s,U 4f窄能量掃描譜.其中,圖7為Au/U界面上剛檢測到O及U時的特征峰.兩者同時出現,且峰位分別為530.6 eV(O 1s),391.3 eV(U 4f5/2)及380.5 eV(U 4f7/2),峰位與UO2的特征峰一致.未檢測到金屬U及其他價態的U化合物,說明氧化膜表層為化學計量的UO2.隨著濺射的深入,O,U特征峰均不斷增強,且峰位向高能量端移動,峰寬增大,如圖8所示.分峰擬合后發現,O 1s峰中包括兩種組分,UO2及UO2?x,如圖9所示,其中 UO2?x的強度隨著O含量的增加持續增大,使得峰位移動.至O含量峰值附近時,O 1s峰形基本對稱,峰位處于531.3 eV處.而U 4f氧化峰則分別位于392.0 eV(U 4f5/2)和381.2 eV(U 4f7/2)處,激振伴峰與U 4f5/2峰之間的距離仍為6.7 eV.這些特征與文獻報道的Ar+束濺射生成的UO2?x完全符合,說明此時主要成分為UO2?x[19?21].O 含量達到峰值后,隨著濺射深度的增加又表現出快速下降的趨勢.這一過程中,O 1s及U 4f峰位同時從UO2?x中的譜峰高能端向接近UO2的譜峰低能端偏移,說明其中的UO2份額增加,UO2?x份額減少.因此,通過XPS深度剖析檢測到U層表面氧化膜,可知最表層為UO2,其下為UO2與UO2?x的混合物,并且樣品中O含量越高,氧化物中UO2?x的相對含量越高.

圖7 Au/U層界面處的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.7.XPS pro fi les of the Au-U interface exposed in atmosphere for 22 days:(a)O 1s;(b)U 4f.

圖8 Au/U層界面不同深度的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.8.XPS pro fi les of the Au-U interface at different depths:(a)O 1s;(b)U 4f.

圖9 Ar+濺射1415 s后O 1s譜分峰擬合結果Fig.9.Peak fi tting of O 1s spectra for the Au-U multilayer fi lm sputtered for 1415 s.

根據Allen等[22]的研究,氧化性氣氛中塊體金屬U的表面氧化層成分從外至內依次為UO2+x,UO2和UO2?x.這主要是由氧在鈾氧化物中擴散形成的濃度梯度造成的.樣品中,氧化物最表層并未檢測到UO2+x,這可能是樣品暴露大氣時間較短,表面未充分吸附O2所致.內層的UO2?x含量則呈現以O含量峰值位置為中心的中間高、兩邊低的梯度分布.由于初始樣品的U層中O含量低于XPS檢測下限,這種分布不可能是O的正常擴散所造成的,只能歸因于Ar+束對O的擇優濺射效應.

圖10為O分布區域二的O 1s及U 4f譜峰,可見O 1s峰強度逐漸減弱,但峰位始終保持在530.6 eV處,說明這一區域內產物均為UO2.與此同時,U 4f譜峰與金屬態U 4f峰相同,未檢測到氧化峰.這是因為氧化物數量太少而被金屬峰的拖尾所掩蓋.

圖10 U層中區域二不同深度的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.10.XPS pro fi les of the second zone of Au-U multilayer fi lm at different depths:(a)O 1s;(b)U 4f.

4.2 純U薄膜在高純Ar氣中的氧化產物

圖11為純U薄膜樣品(高純Ar氣中暴露6 h)濺射30 s后采集到的O 1s和U 4f譜峰.O 1s峰形基本對稱,峰位位于531.3 eV處.U 4f譜圖中出現了較強的金屬U 4f峰,并且氧化峰位置也向高能端移動至392.0 eV(U 4f5/2)和381.2 eV(U 4f7/2)處,激振伴峰與U 4f5/2峰之間的距離仍保持為6.7 eV.這說明經過30 s的Ar+濺射,不僅出現了UO2?x,而且顯露出金屬U層.隨著Ar+的繼續濺射,U 4f氧化峰及O 1s峰逐漸減弱.O 1s峰位又向低能端移動,同時其峰寬變窄(圖12(a)).這一過程中,金屬U峰持續增強,峰位保持穩定.這種氧化峰與金屬峰在一段時間內同時存在的情況說明表面氧化層厚度并不均勻.樣品在制備過程中,Si基片溫度保持在25°C左右.這一條件下,U薄膜組織為垂直于基片的柱狀晶粒,其晶界連接樣品與基片表面.由于晶界上缺陷密集,為擴散的快速通道,因此,在樣品表面解離后的O2?容易沿晶界擴散進入U內層,而O2?在U材料晶格中的擴散速度遠低于晶界,經一段時間后即會形成不均勻的氧化物分布.

圖11 Ar+濺射30 s后的XPS譜圖 (a)O 1s峰;(b)U 4f峰Fig.11.XPS pro fi les of the uranium fi lm exposed to argon sputtered for 30 s:(a)O 1s;(b)U 4f.

對O 1s峰進行分峰擬合后發現U薄膜由兩種組分構成,即峰位為531.3 eV的UO2?x及峰位為530.6 eV的UO2(圖12(b)).在濺射過程中,隨著金屬U份額的持續增加,鈾氧化物含量呈減少趨勢.其中,UO2的相對比例又不斷增大,UO2?x比例下降.至240 s以后,O 1s峰完全符合UO2中的O2?譜峰特征,再未發現由UO2?x導致的峰位移及展寬.此時,U 4f峰完全由金屬峰構成,未檢測到氧化峰.根據上述數據,XPS檢測到的U薄膜表面氧化層從外至內依次為UO2,UO2?x,UO2,直至金屬U.實驗樣品中,并未在最內層UO2與金屬U之間觀測到UO2?x的信號.由于U薄膜基體內O含量低于XPS檢測下限,兩層UO2之間的UO2?x只可能是Ar+對UO2擇優濺射造成的.

圖12 Ar+濺射不同時間后的O 1s譜圖 (a)不同時間的O 1s峰;(b)濺射60 s后O 1s譜的分峰擬合Fig.12.O 1s spectra of the uranium fi lm exposed to argon at different depths:(a)O 1s after sputtering for different time;(b)peak fi tting of O 1s spectra sputtered for 60 s.

4.3 深度剖析過程中Ar+擇優濺射對鈾氧化物的影響

國內外眾多研究人員采用XPS深度剖析技術分析金屬氧化物時均發現Ar+束濺射可使部分氧化物發生還原反應,從而改變其含量及價態[23?25].一般認為這主要是Ar+對O原子和金屬原子的刻蝕速率不一致而產生擇優濺射效應所致.由于O,U原子量相差懸殊,而O與Ar的原子量更為接近,因此在與Ar+的直接碰撞中O原子更容易獲得能量.同時,在UO2中O2?離子的半徑大于U4+離子,因此Ar+與O的碰撞概率也大于U.在這些因素的影響下,O的濺射產額高于U,即UO2中的O容易發生擇優濺射,從而在其晶格中產生O空位,生成UO2?x.

在實際的深度剖析過程中,擇優濺射的程度受諸多因素的影響,并非一成不變,因此對樣品氧化物價態及含量的分析產生了額外的干擾.Ar+束濺射區并非理想平面.圖13為Ar+束濺射在Au-U復合薄膜樣品上留下的刻蝕坑的三維形貌及高度輪廓,其中X,Y表示樣品橫向位置,Z表示相對高度.可見,Ar+束濺射后在薄膜表面形成的刻蝕坑呈凹形,僅在坑底200—300μm范圍內較為平坦,其余位置均存在明顯的高度差.因此,在Au/U界面的刻蝕過程中,Au層被逐漸去除,U層逐漸顯露.在剛檢測到O的位置,O 1s和U 4f信號弱(此時鈾氧化層暴露面積很小),峰位特征顯示為UO2.

圖13 Ar+束在薄膜上刻蝕坑的(a)三維形貌及(b)單條輪廓線Fig.13. (a)3D topography and(b)pro fi le of the etched pit sputtered by Ar ion.

隨著濺射繼續進行,O 1s和U 4f譜峰強度持續上升(鈾氧化層暴露面積增大),峰位均向高能端移動,擬合結果顯示出現了UO2?x,且濺射越深入UO2?x含量越高.當O含量達到峰值時,Au的譜峰已完全消失,說明界面上的鈾氧化層完全顯露出來.從峰位特征上看,隨著鈾氧化層暴露面積的增大,UO2?x的相對含量增大.與此同時,O與U原子比的變化更加直觀地反映了這一趨勢.根據對Au-U界面深度剖析過程中測得的Au,U及O的相對含量,計算該過程中的O,U原子比及氧化物的相對含量,在同一圖中繪制這兩個參數的變化曲線,如圖14所示.從圖中清晰可見,隨著氧化物含量的增加,O,U原子比持續減小,這清楚地說明Ar+束對O擇優濺射的程度是隨鈾氧化物含量的增加而加深的.

圖14 Au/U界面氧化層中O,U原子比與氧化物濃度的變化Fig.14.Variation of the ratio of O atom to U atom and the oxide concentration in the interface of Au-U multilayer fi lm.

綜上所述,在不同條件下氧化的U薄膜樣品中,無論是氧化物含量增多還是減少的階段,Ar+束對O的擇優濺射程度均與氧化物含量密切相關.出現這一現象的原因為,當樣品中UO2含量較低時,其表現為大量金屬U(或Au)與少量UO2的混合物,Ar+與O原子直接碰撞的概率大為降低,濺射過程中的級聯碰撞作用更為顯著.在這種情況下,擇優濺射效應并不明顯.因此,隨著O含量的減少,Ar+濺射對鈾氧化物的還原作用逐漸減弱.

5 結 論

采用XPS深度剖析技術研究了沉積態U薄膜在大氣、高純Ar氣及超高真空度環境下的表面氧化產物及分布,并分析了氧化機理.Au-U復合薄膜中的節瘤缺陷是破壞其防氧化性能的首要因素,缺陷周圍不僅易生成O直接進入U層的微通道,而且缺陷是誘發Au/U界面脫層的裂紋起源位置.樣品在3周左右的時間內即被嚴重氧化并發生脫層,產物為U層表面的致密氧化膜及缺陷周圍的點狀腐蝕物,主要成分均為UO2.在高純Ar氣中純U薄膜僅暴露6 h后表面即被嚴重氧化,由于氧在薄膜柱狀晶晶界內的快速擴散而生成厚度不均勻的UO2.在10?8Pa超高真空度環境下保存12 h后,純U薄膜表面也明顯氧化,生成厚度不足1 nm的UO2.Ar+束對UO2的深度剖析會因擇優濺射效應而使其被還原成非化學計量的UO2?x,但擇優濺射的程度隨著樣品中氧化物含量的減少而逐漸減弱.

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