Исследование разряда в скрещенных полях в гелии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат физико-математических наук Платонов, Алексей Александрович

• Платонов, Алексей Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Платонов, Алексей Александрович

Обзор литературы. Постановка задачи и структура диссертации.

1.1 Обзор литературы.

1.2 Постановка задачи и структура диссертации.

Глава 2.

Методика экспериментальных измерений.

2.1 Основы зондовой методики.

2.2 Радиотехническое дифференцирование зондовой характеристики.

2.3 Влияние ионного тока на зонд на результаты измерения ФРЭ.

2.4 Установка для измерения второй производной зондового тока.

2.5 Градуировка измерительной установки.

2.6 Проверка градуировки.

2.7 Погрешности зондовых измерений.

2.8 Установка для проведения оптических измерений.

Глава 3.

Разряд с цилиндрической геометрией электродов в электрическом и магнитном полях.

3.1 Функция распределения электронов по энергиям и профиль потенциала в разряде в скрещенных полях в гелии.

3.2 Распределение интенсивности линий атомарного спектра.

3.3 Самосогласованная структура разряда постоянного тока с замкнутым холловским дрейфом в скрещенных полях.

Глава 4.

О кинетике электронов в прианодной области тлеющего разряда в скрещенных полях.

Глава 5.

Формирование алмазоподобных пленок в разряде в скрещенных полях.

5.1 Получение алмазоподобных пленок и методика исследования их структуры.

5.2 Результаты и их обсуждение.

Заключение диссертации по теме «Физическая электроника», Платонов, Алексей Александрович

Заключение

1. Выполнено исследование разряда постоянного тока в скрещенных полях в гелии. Исследование включало развитие нелокальной теоретической модели, измерение радиального распределения ФРЭ, потенциала, а также интенсивности отдельных линий атомарного спектра.

2. Измеренные ФРЭ в медленной части соответствовали максвелловскому распределению с температурой несколько тысяч градусов Кельвина. Особенностями ФРЭ является избыток электронов с энергией около 15 эВ и обеднение ФРЭ при энергиях превышающих 20 эВ. Первая особенность обусловлена образованием молекулярных ионов, при столкновении двух метастабильных атомов, при котором возникают электроны с указанной энергией. Вторая - связана с возбуждением нижних уровней атомов гелия. Установлено, что основным процессом ионизации в разряде, является прямая ионизация.

3. Исследования проведены в двух разрядных трубках с различным разрядным промежутком и при различных полярностях внутреннего и внешнего электродов. Обнаружено, что для трубки с большим разрядным промежутком изменение полярности оказывает существенное влияние на распределение потенциала в разряде. Происходит изменение глубины потенциальной ямы. В трубке с малым разрядным промежутком, где площади электродов отличаются меньше, изменение полярности не оказывает существенного влияния на распределение потенциала. В этой трубке почти весь разрядный промежуток занят областью отрицательного свечения, а фарадеево темное пространство занимает примерно 1 мм около анода. Наблюдается существенное различие в функциях распределения в области запертых электронов. В то же время, в области быстрых электронов функция мало меняется при изменении полярности.

4. Исследовано влияние магнитного поля на разделение разряда на катодный слой и плазму. Толщина слоя определяется движением ионов, которое при исследованных магнитных полях практически не зависит от величины магнитного поля. Толщина же отрицательного свечения, которая определяется пробегом быстрых электронов, существенно уменьшается с ростом магнитного поля. Радиальное распределение потенциала обнаруживает отрицательное анодное падение, образующее потенциальную яму с глубиной 1-2 вольта. Так как концентрация электронов обусловлена в основном электронами, запертыми в этой потенциальной яме, то она описывается уравнением Больцмана.

5. Полученные ФРЭ хорошо согласуются с развитой в работе нелокальной кинетической моделью для описания электронов. Получено решение кинетического уравнения для электронов, ответственных за перенос тока в фарадеевом темном пространстве. Наблюдается хорошее согласие с экспериментом.

6. Полученные результаты могут послужить основой для построения более точной и подробной кинетической самосогласованной модели разряда магнетронного типа.

7. Проведено исследование анодной области тлеющего разряда при наличии магнитного поля, скрещенного с электрическим полем у анода. Влияние катода при этом исключалось. В отличие от разряда магнетронной конфигурации, удалось провести исследование в более широком интервале магнитных полей. При этом наложение более сильного магнитного поля меняет знак анодного падения с отрицательного на положительный. Измерены ФРЭ в прианодной области, которая образована в основном медленными вторичными электронами. Кинетическое уравнение, которому она удовлетворяет, совпадает с уравнением для электронов, переносящих ток в фарадеевом темном пространстве магнетронного разряда.

8. С помощью магнетронного разряда с графитовыми электродами получены пленки алмазоподобного характера, которые обладают высокой степенью однородности и центральной симметрии и могут быть использованы как перспективный элемент оптических систем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Платонов, Алексей Александрович, 2007 год

1. Капцов Н.А., Электрические явления в газах и вакууме. М.: Гостехиздат, 1950

2. Леб Л., Основные процессы электрических разрядов в газах. М.: Гостехиздат, 1950

3. Энгель А., Ионизованные газы. М.: Физматгиз, 1959

4. Энгель А., Штеенбек М., Физика и техника электрического разряда в газах. ОНТИ, НКТП, т.1,1935; т.2,1936

5. Langmuir К., Tonks L. // Phys. Rev., Vol. 34,1929

6. Рожанский Г.А., Физика газового разряда, ГТТИ, 1937

7. Дарроу К., Электрические явления в газах, ГНТИ Украины, 1937

8. Klarfeld В. // Journ. Of Phys. Of USSR, Vol.5, №2-3,1941

9. Клярфельд Б.Н. // Труды всесоюзного электротехнического института, вып.41

10. Грановский В.Л., Электрический ток в газе. Том 1, Общие вопросы электродинамики газов. Государственное издательство технико-технической литературы. Москва 1952 Ленинград

11. Грановский В.Л., Электрический ток в газе, Установившийся ток. М.: Наука, 1971

12. Lieberman М., Lichtenberg A. Principles of Plasma Discharges and Materials Processing. New Jersey: Wiley Hoboken, 2005

13. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987

14. Vladimir I.Kolobov, Valiry A.Godyak // IEEE TRANSACTIONS ON PLASMA SCIENCE, Vol.23, № 4, AUG. 1995, P. 503-531

15. Tsendin L.D. // Plasma Sources Sci. Technol. 4 (1995), P.200-211

16. Palsow A., Neesen F.// Annalen der Physik. 1897. Bd.63. S.209-219

17. Strutt RJ. // Proceeding of the Royal Society of London. 1913. Vol.89. №607. P.68-74

18. Phillips G.E. // Proceeding of the Royal Society of London. 1898. Vol.64. №406. P. 172-176

19. Penning F.M. // Physica. 1936. Bd.3. №9. S.873-894

20. Рейхрудель Э.М., Чернетский A.B., Махневич B.B., Васильева И.А. //ЖТФ. 1952, Т.22. Вып. 12. С.1954-1966

21. Helmer J.S, Jepsen R.L. // Proc.JRE. 1961. Vol.49, P.1920-1925

22. Knauer W. // Journal of Applied Physics. 1962. Vol.33. №6. P.2093-2099

23. Sommerville J.M. // Proc.Phys.Soc. 1952. Vol65. №8. P.620-629

24. Blevin H.A. // UKAEA. Reseach Group Report. CLM-R-10.1961

25. Townsend T.S. // The London, Edinburg and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science. 1913. Vol. 26. № 154. P. 730-732

26. Redhead P.A. // Canadian journal of physics. 1958. Vol. 36. №3. P.255-270

27. Blevin H.A., Haydon S.C. // Australian J. of Phys. 1958. Vol. 11. №1. P. 18-23

28. Смирницкая Г.В., Рейхрудель Э.М. // Радиотехника и электроника. 1957. №10. С. 1879-1884

29. Трюканов П.М., Фетисов И.К., Ходаченко Г.В. // ЖТФ. 1978. Т. 48. Вып. 8. С. 1629-1638

30. Трюканов П.М., Фетисов И.К., Ходаченко Г.В. // ЖТФ. 1978. Т. 48. Вып. 9. С. 1809-1814

31. Трюканов П.М., Фетисов И.К., Никольский А.Д. //ЖТФ. 1981. Т. 51. Вып. 10. С. 2028-2031

32. Трюканов П.М., Фетисов И.К., Никольский А.Д. // ЖТФ. 1981. Т. 51. Вып. 10. С. 2117-2119

33. Дробышевский Э.М. // ЖТФ. 1963. Т. 33. Вып. 10. С. 1210-1213

34. Bernstein I.B., Holstein Т. // Phys.Rev. 94.1457 (1954)

35. Цендин Л.Д. // Журнал эксп. И теор. Физики. 1974. Т.66. Вып.5. С.1638-1650

36. Вагнер С.Д., Шляев Б.В. // ЖТФ. 1978. Т. 48. Вып. 4. С. 675-680

37. Вагнер С.Д., Карасик Б.С., Пядин В.П. // ЖТФ. 1986. Т. 56. Вып. 5. С. 846-849

38. Вагнер С.Д., Котельникова О.Ю., Пядин В.П. // Письма в ЖТФ. 1987. Т. 13. Вып. 6. С. 344-346

39. Вагнер С.Д., Котельникова О.Ю., Пядин В.П. // ЖТФ. 1989. Т. 59. Вып. 8. С. 24-28

40. Вагнер С.Д., Пядин В.П., Шляев Б.В. Влияние магнитного поля на анодное падение напряжения тлеющего разряда в неоне // ФНТП-95. Петрозаводск. 20-26 июня 1995г. Материалы конференции. Т. 2. С. 221

41. Власов М.А., Жаринов А.В., Коваленко Ю.А. // ЖТФ. 2001. Т. 71. Вып. 12. С. 34-42

42. Коваленко А.Ю., Коваленко Ю.А. // ЖТФ. 2003. Т. 73. Вып. 11. С. 53-58

43. Голубовский Ю.Б., Кудрявцев А.А., Некучаев В.О., Порохова И.А., Цендин Л.Д. Кинетика электронов в неравновесной газоразрядной плазме. СПб.: Издательство С.-Петербургского университета, 2004

44. Kolobov V.I., Tsendin L.D. // Phys. Rev. A. 1992. Vol. 46. № 12. P. 7837-7852.

45. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Csambal C., Kudrna P., Tichy M., Behnke J.F., Passoth E. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1999. Vol. 32. P. 2655-2665

46. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Bretagne J., Tichy M., Behnke J.F. // Physycal Review E. 2001. Vol. 63.056408

47. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Holik M., Kudrna P., Tichy M., Wilke C., Behnke J.F. // Physycal Review E. 2003. Vol. 68.016401

48. Kudrna P., Holik M., Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Tichy M., Behnke J.F. Influence of the magnetic field strength on the plasma parameters of the cylindrical magnetron discharge in argon 2003

49. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Csambal C., Helbig V., Wilke C., Behnke J.F.// Physycal Review E. Vol. 65.046401

50. Б.Н.Клярфильд, Н.А.Неретина // ЖТФ. 1953. T.XXVIII. B.2. C.296-315

51. Ю.Б.Голубовский, Л.Д.Цендин, Ш.Х.аль-Хават // ЖТФ. 1987. Т.57. В.7. С.1285-1291

52. А.А.Платонов, А.Г.Слышов, Л.Д.Цендин, С.Д.Вагнер // ЖТФ, Т. 76, Вып. 7, 2006, С. 22-26

53. Каган Ю.М., Перель В.И. //УФН, 1963, 81, №3,409.

54. Чен Ф. Электрические зонды //Диагностика плазмы, под ред. Р. Хаддлстоуна и С.М. Леонарда. М.: Мир, 1967.

55. Чан П., Тэлбот Л., Турян К. Электрические зонды в неподвижной и движущейся плазме. М.: Мир. 1978

56. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат. 1969.

57. Шотт Л. Электрические зонды //Методы исследования плазмы, под ред. В. Лохте-Хольтгревена, М.: Мир, 1971.

58. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Том 1. Общие вопросы электродинамики газов. Москва-Ленинград, ГИТТЛ, 1952.

59. Демидов В.И., Колоколов Н.Б., Кудрявцев А.А. Зондовые методы исследования низкотемпературной плазмы. М.: Энергоатомиздат, 1996.

60. Kolobov V.I., Tsendin L.D. // Phys. Rev. A. 1992. Vol. 46. N 12. P. 7837-7852.

61. Хастед Дж. Физика атомных столкновений. М.: Мир, 1965.

62. Грановскии В.Л. Электрический ток в газе: Установившийся ток. М.: Наука, 1971

63. Шкаровский И., Джонстон Т., Бачинский М. Кинетика частиц плазмы. М.: Атомиздат, 1969

64. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. М.: Госатомиздат, 1961

65. Солдатов А.Н. // Оптика и спектроскопия. 1971. Т. XXXI. Вып. 2. С.181-189

66. Phelps A.V. // Phys. Rev. 1955. V.99. Р.1307

67. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987

68. Справочника элементарных процессов с участием атомов, ионов, электронов, фотонов, под ред. А.Г.Жиглинского. С.-Пб., изд. С.-Пб. университета, 1994

69. Алмазоподобные пленки и пленки родственных материалов // Сборник докладов 15-го Международного симпозиума «Тонкие пленки в оптике и электронике» Под общей редакцией А.Ф. Белянина, В.И. Лапшина, В.М. Шулаева. Харьков. 2003

70. С.Д.Вагнер, С.Ш.Зайдман, Ю.Ю.Попков, Б.В.Шляев // Электронная техника, 1974, серия 4, вып. 10, 77-79