Исследование разряда в скрещенных полях в неоне тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.04, кандидат физико-математических наук Сасин, Антон Владимирович

• Сасин, Антон Владимирович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Сасин, Антон Владимирович

Глава 1.

Обзор литературы. Постановка задачи и структура диссертации.

Введение.

1.1 Обзор литературы.

1.2 Цель, задачи и структура диссертационной работы.

Глава 2.

Методика исследования и экспериментальная установка.

Введение.

2.1 Зондовый метод диагностики плазмы.

2.2 Установка для зондовых измерений.параметров плазмы.

2.3 Градуировка измерительной установки.

2.4 Проверка градуировки.

2.5 Зондовые измерения в магнитном поле.33,

2.6 Погрешности измерений.

2.7 Оптическая установка для измерения радиального хода интенсивности излучения.

2.8 Установка для определения диаметров интерференционных колец.

2.9 Установка для определения показателя преломления тонких пленок.

2.10 Измерение температуры в газоразрядном промежутке.

Глава 3.

Структура магнетронного разряда постоянного тока при различных полярностях электродной системы.

Введение.

3.1 Разрядный макет и условия измерения.

3.2 Общее описание разряда и распределение потенциала.

3.3 Группа медленных электронов.

3.4 Функции распределения электронов с промежуточной энергией.

3.5 Оценка толщины катодного слоя.

Глава 4.

Исследование функции распределения ионов в прикатодной области.

Введение.

4.1 Результаты эксперимента.

4.2 Движение ионов в прикатодной области и их функция распределения.

4.3 Интерпретация эксперимента.

4.4 Функция распределения ионов по энергиям (ФРИЭ).

4.5 Оценка средней энергии ионов, падающих на катод.

Глава 5.

Формирование тонких пленок в разряде в скрещенных полях.

Введение.

5.1 Получение тонких пленок в разряде в скрещенных полях.

5.2 Построение модели получения тонких пленок.

Заключение диссертации по теме «Физическая электроника», Сасин, Антон Владимирович

Заключение

1. Проведено исследование разряда постоянного тока в скрещенных полях в неоне. Исследование проводилось в трубке магнетронной конфигурации с ч большим отношением радиусов электродов для двух полярностей электродной системы. С целью определения структуры разряда и проверки его нелокальной модели выполнены измерения радиального хода ФРЭЭ, потенциала и интегральной интенсивности излучения.

2. По радиальному распределению потенциала установлена структура разряда: область катодного падения, на которую приходится практически все напряжение, приложенное к разрядному промежутку, и плазменная часть разряда, в которой имеется потенциальная яма для электронов. Характерной особенностью профиля, соответствующего случаю ЦЭА, является ясно выраженная эквипотенциальность основного объема плазмы. В случае обратной полярности потенциальная яма более глубокая, при этом эквипотенциальность плазмы отсутствует.

3. Измеренные ФРЭЭ свидетельствуют о наличии трех групп электронов: 1 — быстрые электроны, определяющие размеры области ОС; 2 -промежуточные электроны, обеспечивающие ток разряда; 3 — медленные электроны, запертые в потенциальной яме в прианодной области. Установлено, что ФРЭЭ запертых электронов являются Максвелл-Больцмановскими и не зависят от пространственных координат. ФРЭЭ промежуточных электронов соответствуют диффузии при постоянной полной энергии с нулевым граничным условием на аноде.

4. На основании решения уравнения Пуассона оценена толщина катодной области разряда.

5. Глубина потенциальной ямы в прианодной области зависит от полярности электродной системы, в случае центрального электрода катода (ЦЭК) потенциальная яма более глубокая. При этой же полярности концентрация заряженных частиц значительно больше, чем в случае центрального электрода анода (ЦЭА).

6. Исследованы ионные потоки на катод разряда в скрещенных полях. Измерены коллекторные характеристики при различных разрядных условиях (давлениях, разрядных токах, магнитных полях). По этим характеристикам определены функции распределения ионов по энергиям (ФРИЭ) вблизи катода. Проведено сравнение экспериментальных данных с расчетами, основанными на модели движения ионов в катодном слое. Модель предполагает линейный ход электрического поля в катодном слое и перезарядку как основной процесс столкновений ионов.

7. Исследован процесс образования углеродных пленок в разряде в скрещенных полях в неоне и аргоне с цилиндрической геометрией электродов. Пленки формировались на подложке из кремния или стекла путем распыления внешнего электрода — катода. Для оценки толщины пленок использовалась интерференционная картина, полученная в отраженном свете. Пленки имеют хорошую круговую симметрию, что свидетельствует об азимутальной однородности разряда. Показано, что толщина пленок зависит от пропущенного заряда, давления и рода рабочего газа. Предложена диффузионная модель образования пленок с учетом неоднородного разогрева газа. Установлено, что радиальный ход толщины полученных пленок лучше согласуется с результатами расчета вдали от центра.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Сасин, Антон Владимирович, 2010 год

1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.

2. Грановскии B.JI. Электрический ток в газе: Установившийся ток. М.: Наука, 1971.

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

4. Капцов H.A. Электрические явления в газах и вакууме. М.: Гостехиздат, 1950.

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

6. Арш A.M., Карасик Б.С., Пядин В.П. // 6-я Всесоюзная конференция по физике низкотемпературной плазмы (сентябрь 1983 г. Ленинград). Тезисы докладов. Т. 2Б. С.98-100.

7. Арш A.M., Карасик Б.С., Пядин В.П. // ЖТФ. 1984. Т.54. Вып. 6. С.1085-1089.

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

9. Смирницкая Г.В., Рейхрудель Э.М. // Радиотехника и электроника. 1957. N10. С. 1879-1884.

10. Арш A.M., Карасик Б.С., Пядин В.П. // ЖТФ. 1984. Т.54. Вып. 2. С. 406-408.

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

12. Penning F.M. // Physica. 1936. Bd.3. N 9. P. 873-894.

13. Sommerville J.M. //Proc. Phys. Soc. 1952. Vol. 65. N 8. P.620-629.

14. Redhead P.A. // Canadian journal of physics. 1958. Vol. 36. N 3. P.255-270.

15. Blevin H.A., Haydon S.C. // Australian J. of Phys. 1958. Vol. 11. N 1. P. 18-23.

16. Сливков И.Н., Михайлов В.И., Сидоров Н.И., Настюха А.И. Электрический пробой и разряд в вакууме. Под ред. Гохберга Б.М. М.: Атомиздат, 1966.

17. Lutz М., Harvey R. // IEEE Transactions on Plasma Science. 1976. Vol. PS-4. P.l 18-128.

18. Gallagher H., Hormann G., Lutz M. // IEEE Transactions on Plasma Science. 1973. Vol. Ps-5. P.702-709.

19. Lutz M. // IEEE Transactions on plasma Science. 1977. Vol. Ps-5. P.273-277.

20. Harvey R., Lutz M., Gallagher H. // IEEE Transactions on Plasma Science. 1978. Vol. PS-6. P. 248-255.

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

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

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

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

25. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Csambal С., Kudrna P., Tichy M., Behnke J.F., Passoth E. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1999. Vol. 32. P. 26552665.

26. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Bretagne J., Tichy M., Behnke J.F. // Phys. Rev. E. 2001. Vol. 63. P. 056408.

27. Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Holik M., Kudrna P., Tichy M., Wilke C., Behnke J.F. //Phys. Rev. E. 2003. Vol. 68. P. 016401.

28. Kudrna P., Holik M., Porokhova I.A., Golubovskii Yu.B., Tichy M.,

29. Behnke J.F. // XXVI Int. Conference on Phenomena in Ionized Gases. Greifswald. Germany. July 15-20. 2003.

30. Цендин Л.Д. // УФН. 2010. Т. 180. № 2. С. 139-164.

31. Голубовский Ю.Б., Кудрявцев A.A., Некучаев В.О., Порохова И.А., Цендин Л.Д. Кинетика электронов в неравновесной газоразрядной плазме. СПб.: Издательский дом СПбГУ, 2004.

32. Bernstein I.B., Holstein Т. //Phys. Rev. 1954. Vol. 94. P.1457.

33. Цендин Л.Д. // Журнал эксп. и теор. физики. 1974. Т. 66. Вып. 5. С. 1638-1650.

34. Kolobov V.l., Tsendin L.D. // Phys. Rev. A. 1992. Vol. 46. N 12. P. 78377852.

35. Davis, W.D., Vanderslice, T.A. // Phys. Rev. 1963. Vol. 131. N 1. P. 219228.

36. Соколов В.Ф., Соколова Ю.А., Медведева И.А. // Прикладная физика. 2002. № 2. С. 22-27.

37. Холодков И.В. // Электронная' Обработка Материалов. 2009. № 5. С. 44-47.

38. Czekaj D., Hollmann Е.К., Kozirev A.B., Volpyas V.A., Zaytsev A.G. // J. Appl. Phys. 1989. A 49. P. 269-272.

39. Czekaj D., Goranchev В., Hollmann E.K., Volpyas V.A., Zaytsev A.G. // Vacuum. 1991. Vol. 42. N 1,2. P. 43-45.

40. Czekaj D., Hollmann E.K., Volpyas V.A., Zaytsev A.G., Chernakova A., Goranchev A.// Bulgarian Journal of Physics. 1991. Vol. 18. N 1.

41. Елистратов Н.Г. // XXXII Звенигородская конференция по физике плазмы и УТС. Звенигород. 14-18 февраля. 2005.

42. Белянин А.Ф. // Сб. докл. 15-го Междунар. симп. «Тонкие пленки в оптике и электронике». Харьков: НИЦ ХФТ, 2003. С. 67—103.

43. Самойлович М.И., Белянин А.Ф. // Там же. С. 6-37.

44. Вольпян О.Д., Кузмичев А.И., Самокин A.C. // Сб. докладов Харьковской нанотехнологической ассамблеи-2008. Харьков: 2008. Т.1. С.97-107.

45. Кузмичев А.И., Гончарук И.М. // Сб. докл. 15-го Междунар. симп. «Тонкие пленки в оптике и электронике». Харьков: НИЦ ХФТ, 2003. С. 105-108.

46. Stephen M. Rossnagel // IEEE Transactions on Plasma Science. 1990. Vol.18. N6.

47. Бурманский И.Ю., Рогов A.B. // ЖТФ. 2004. T. 74. Вып. 1. С. 120-122.

48. Знаменский А.Г., Марченко В.А. // ЖТФ. 1998. Т.68. Вып. 7. С. 24-31.

49. John A. Thornton // Journal of Vacuum Science and Technology. 1978. Vol. 15. N2. P. 171-177

50. Gill W. D., Erick Kay // The review of scientific instruments. 1965. Vol. 36. N3. P. 277-282.

51. Каган Ю.М., Перель В.И. //УФЫ. 1963. Т.81. № 3. С. 409-452.

52. Грановский В. JI. Электрический ток в газе. Том I. Общие вопросы электродинамики газов. М. -JL: Гос. изд. технико-теоретической литературы, 1952. 432 с.

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

54. Demidov V.I., Ratynskaia S.V., and Rypal К. // Review of scientific instruments. Oct 2002. Vol. 73. N 10. P. 3409-3439.

55. Козлов O.B. Электрический зонд в плазме. M.: Атомиздат, 1969.

56. Langmuir I., Mott-Smith H. // Phys. Rev. 1926. Vol. 28. № 5. P. 727.

57. Каган Ю.М. В кн. Спектроскопия газоразрядной плазмы. JI: Наука, 1970.

58. Druyvestein M. // Zs. Phys. 1930. Vol. 64. P. 781.

59. Каган Ю.М., Перель В.И. // ЖТФ. 1968. Т38. Вып. 10. С. 1663-1666.

60. Kanihiro Novota // Japan J. Appl. Phys. 1963. Vol. 2. N 11. P.719-727.

61. Спитцер JI. Физика полностью ионизированного газа. M.: Издательство иностранной литературы. 1957.

62. Франк-Каменецкий Д. А. Лекции по физике плазмы. М.: Атомиздат. 1968.

63. Кудрявцев A.A., Смирнов A.C., Цендин Л.Д. Физика тлеющего разряда. СПб.: Издательство «Лань», 2010.

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

65. Козлов И.Г. Современные проблемы электронной спектроскопии. М.: Атомиздат, 1978.

66. Васин А. В., Матвеева Л. А., Юхимчук В. А. и др. // Письма в ЖТФ. 2001. Т. 27. Вып. 21. С. 65-70.

67. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. М.: ИЛ, 1961. 931 с.

68. Физическая энциклопедия. Т.2. М.: Советская энциклопедия, 1988.

69. Мартыненко Ю.В. // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Вводный Том 3. М.: Наука/Интерпериодика. 2000. С. 117-126.

70. Платонов A.A., Вагнер С.Д., Игнатьев Б.К., Калининская Т.В., Ковалевский В.В. // Материалы конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004. Т.1. Петрозаводск. Россия. 2004. С.186-191.

71. Беленков Е.А., Ивановская В.В., Ивановский А.Л. Наноалмазы и родственные углеродные материалы. Компьютерное материаловедение. Екатеринбург: Уро РАН, 2008. 169 с.