四氟化碳分子電離解離過程中的異構化動力學

涂寧遠,陳 磊,趙文超,單 旭,王恩亮,陳向軍

(中國科學技術大學 物理學院近代物理系,合肥 230026)

1 引 言

近年來，由粒子碰撞、光吸收等導致的多原子分子的異構化引起了化學、生物化學、天體化學等領域的廣泛關注.四氟化碳(CF4)是一種典型的多原子鹵代烷烴類分子，其在半導體工業中被廣泛地用于等離子體蝕刻.同時，CF4是一種重要的溫室氣體，其在大氣中的壽命在5萬年左右，這使得它比CO2具有更強的危害性[1，2].因此，對于CF4分子解離動力學的研究有著重要的意義.

成像技術及符合測量技術的快速發展使得測量分子異構化等小概率事件成為可能.目前由質子轉移導致的異構化過程已經得到了廣泛的研究[15-17]，對于質量較大的原子轉移導致的異構化還很少有詳細的報道.在本工作中，我們利用離子動量成像譜儀，研究了1.0 keV 電子碰撞CF4分子的電離解離動力學，對于二價離子解離過程中的異構化通道，即F2+離子的生成通道進行了研究.

2 實驗裝置與實驗方法

本工作利用基于電子碰撞的離子動量成像譜儀開展[20].實驗裝置包括電子槍、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生高質量的脈沖電子束，脈沖寬度為0.6 ns，重復頻率為20 kHz.經過電子槍的加速和聚焦最終形成平行電子束，進入反應區與氣體靶分子發生碰撞，未發生碰撞的電子由法拉第筒收集.法拉第筒由一個1 mm 直徑的內筒和6 mm 直徑的外筒組成.實驗中，通過優化電子束聚焦，使得內、外筒電子束流比例最高.分子束采用毛細管供氣，毛細管的內徑和長度分別為0.1 mm 和 60 mm.反應區中的靶分子密度約為 1012/cm3.電子束與氣體靶分子發生碰撞之后，產生的碎片離子通過脈沖電場拉入離子透鏡.離子透鏡采用Wiley-Mclaren時間聚焦條件[21]，加速區與漂移區的長度分別為50、100 mm.離子最終被二維位置靈敏探測器探測，該探測器由一對微通道板(Microchannel plates，MCPs)和延遲線陽極(Delay line anode，DLA)組成.實驗中測量離子的飛行時間及打在探測器上的位置，通過離線數據處理重建離子的三維動量.在本實驗中，電子束能量為1.0 keV，電子束的平均束流為20 pA，離子拉出電場為50 V/cm，反應腔體的背景真空為1 × 10-6Pa，通入氣體時的真空為4×10-5Pa.

3 結果與討論

圖1 1.0 keV電子碰撞CF4產生的飛行質譜

圖2 生成通道的第一擊與第二擊的TOF關聯譜

(1)

(2)

圖3 通道的離子動能及KER分布圖

(3)

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

4 結 論