该项目的目标是开发一种火花辅助激光多电荷离子(MCI)沉积和注入系统，该系统能够产生具有离子电荷和能量选择性和多元素能力的高电荷离子. 沉积在激光中的能量产生了等离子体, 从目标材料, 是否通过将激光等离子体与火花放电耦合而显著放大.
产生多电荷离子的基本方法有三种，包括电子束离子阱(EBIT)。, 离子加速器和激光.
- EBIT:利用高电流密度的电子枪捕获MCI
- 离子加速器:利用电磁场在指定的光束中以高速移动粒子，这些光束指向目标，产生碰撞诱导电离.
- 激光产生:利用火花放电对目标进行激光烧蚀和优化等离子体.
这项新技术有望提高激光等离子体产生高电荷离子的能力, 为现有的脉冲激光沉积系统提供一个经济有效的附加组件, 产生脉冲源的MCI, 与目前可用的电子回旋共振和电子束离子源相比，有可能降低设备成本和尺寸.
MCI技术在微/纳米电子学以外的领域也有应用. 其中包括用于化学分析的高灵敏度二次离子质谱法，以及从用于诊断成像的单能x射线到用于癌症治疗的高电荷碳离子的生物医学应用.
例如, 独立改变C+N的势能和动能的能力使得能量的沉积高度局域化. The medical application of C+N extends to the treatment of brain tumors; this is because an ion beam could be deposited on the tumor with minimal damage to the tissues surrounding the tumor.
激光多电荷离子(LMCI)沉积和注入系统的发展将使依赖于所选择的多电荷离子电荷和动能的新应用和研究活动成为可能. 该过程包括激光烧蚀靶，从而形成高温和高电子密度等离子体，其中烧蚀样品被汽化和部分电离. 从大量的动能和不同的电荷状态中选择离子的能力使LMCI源在纳米技术领域得到了广泛的应用, 微电子学, 以及半导体加工.
所提出的火花辅助激光多电荷离子(SALMCI)源有望从几乎任何固体目标中获得比现有的高重复率LMCI源高得多的电荷状态.5千赫)飞秒钛:蓝宝石激光器. 与基于电子回旋共振离子源(ECRIS)和电子束离子源(EBIS)的MCI源相比，火花辅助LMCI源还提供了显著的成本降低和简化的设计。. 所提出的设计的主要思想是通过将激光产生的等离子体与火花放电耦合来显着放大激光产生的等离子体中所含的能量. 因此, 而LMCI的生产则采用~1 mJ的激光能量脉冲, 火花放电沉积的能量可达~ 1j以上, 导致能量沉积增加三个数量级. 也, 通过适当的脉冲电源电路设计, 火花放电可以在几十纳秒内沉积这种能量, 从而显著提高MCI产量. 火花放电与激光等离子体耦合的想法在激光诱导击穿光谱(LIBS)中的应用已经被PI证实。. 火花放电提高LMCI的生产也可用于气体生产MCI, 比如惰性气体, 因为聚焦飞秒激光会导致气体中的介电击穿. 所提出的LMCI也避免了离子加速阶段的使用，因为激光等离子体产生的离子被等离子体鞘层中的准静电场加速, 产生垂直于目标表面的相对良好的准直离子束, 当激光能量为0时呢.Ti:蓝宝石激光可以产生依赖于离子电荷的离子能量，并且Si10+可以扩展到~300 keV. 此外, 所生产的MCI的脉冲特性便于通过飞行时间技术测量电荷状态和通过栅极偏转板进行选择. 除了, LMCI源的脉冲特性对于离子表面相互作用的时间分辨研究是理想的，并且通过探测二次电子发射和光发光的时间发展，为探索mci -表面相互作用的机制提供了许多可能性. 产生具有明确的动能和势能的高电荷离子将使新的研究成为可能.
开展工作是为了开发一个 火花辅助激光多电荷离子(SA-LMCI) 能够产生具有离子电荷和能量选择性的高电荷离子的沉积和注入系统. 在系统建设中, 能量沉积在激光产生的等离子体中, 通过将激光等离子体与火花放电耦合，可以明显地放大目标材料.
组装了用于MCI源的真空室，并将其抽降至超高真空. 该腔室用于半导体的MCI源和金属MCI的沉积和植入. 设计并构造了一种基于三网格的静电飞行时间能量分析仪. 用带有抑制环的法拉第杯检测离子，以抑制二次电子发射对离子信号的影响. 采用MCI靶室和静电飞行时间靶室对铝靶激光产生的MCI进行了检测. 能量分析仪的原理图如图所示. 1. 当目标接地时，法拉第杯偏负，以检测正离子电流. MCI设置如图所示. 2. 用调q Nd:YAG激光器产生多电荷离子.
在另一个系统中, 用于激光烧蚀, 我们使用调q Nd-YAG激光器，其工作波长为1064 nm，脉冲宽度约为40ns，脉冲重复率为50Hz. 在局部冲击点处的高功率密度导致一小部分样品汽化并随后形成高温等离子体. 电子通过一个主要涉及逆韧致辐射的过程从激光脉冲中获得能量. 高能电子经历碰撞激发和汽化羽流的电离，产生含有C+N的致密等离子体. 离子和中子是电子释放的. 这种离子和中性激发态的放射性衰变由分光计检测，并用于识别等离子体中的物质.
本实验利用激光产生MCI，并利用分光计观察光谱. 设计原理图如图1所示.3显示了该方法的详细描述. 这个实验的组成部分包括真空室, 旋转靶架, 碳排放目标, 粗加工泵和光谱仪.