Циліндричні обернені розряди магнетронного типу та їх застосування - Автореферат

НАЦІОНАЛЬНА Академія Наук України Інститут Фізики АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук Науковий керівник: доктор фізико-математичних наук, професор, Гончаров Олексій Антонович, Інститут фізики НАН України, головний науковий співробітник Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, професор, Анісімов Ігор Олексійович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, декан Радіофізичного факультету доктор фізико-математичних наук, професор, Романюк Леонід Іванович, Інститут ядерних досліджень НАН України, провідний науковий співробітник Захист дисертації відбудеться “_02_” __06________ 2011 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.159.01 при Інституті фізики НАН України за адресою: 03028, м.Метод іонно-плазмової обробки поверхонь матеріалів у газових розрядах магнетронного типу отримав широке застосування в процесах синтезу високоякісних покриттів та плівок унікального складу. Активне використання газових розрядів магнетронного типу в іонно-плазмових технологіях синтезу нових матеріалів та покриттів стимулювало зростання наукового інтересу до фізики розрядів цього типу. Вивчення впливу розподілених магнітних полів на плазмову динаміку газового розряду магнетронного типу вимагає розвитку методів діагностики електрофізичних, плазмодинамічних та оптичних параметрів такого розряду. «Дослідження фізичних процесів, які визначають фундаментальні властивості пучково-плазмових та газорозрядних систем» №1.4.1.В/143, номер держ. реєстрації - 0108U000251, 2008-2012 рр. В рамках теми автор брав участь у розробці одновимірної плазмодинамічної моделі газового розряду магнетронного типу, а також досліджував плазмодинамічні процеси в циліндричному плазмооптичному магнетроні. «Плазмохімічні та плазмодинамічні процеси в технологічних плазмових системах» №1.4.1.В/116, номер держ. реєстрації - 0105U000632, 2005-2007 рр. В рамках теми автор брав участь у розробці оптичного приладу «Plasma Spect»; досліджував оптичне випромінення плазми газового розряду циліндричного технологічного магнетрона в процесі синтезу плівок нітриду титану TIN; брав участь в розробці та апробації нового оптичного методу контрою процесу магнетронного реактивного напилення.Для цього проводились візуальні спостереження за характером світіння розряду, отримані залежності струму та напруги розряду від тиску, розрахована карта розподілу магнітних силових ліній, проведене тестове напилення зразків. При вимірюванні локальних параметрів плазми був використаний модифікований ленгмюрівський зонд (8), який можна було переміщувати вздовж радіуса катоду в заданій частині розряду. У третьому розділі запропоновано системний плазмодинамічний підхід до опису фізики циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу, який полягав у розгляді спрощеної моделі газонаповненого діодного проміжку в плазмооптичному режимі, в якому електрони були замагнічені, а іони вільно рухались під дією скінченного електричного поля. Розвязок рівнянь у першому наближенні вказує на слабку залежність розподілу потенціалу від розрядного струму , однак було виявлено значний вплив напруги на розряді та величини магнітного поля на розподіл потенціалу. У кінетичному рівнянні, яке визначає натікання молекул реактивного газу в обєм камери магнетрону, зявиться додатковий доданок: , де - обєм камери, - концентрація молекул реактивного газу, - швидкість натікання реактивного газу, - потік реактивного газу на будь-яку поверхню, - найбільш вірогідне значення теплової швидкості молекул газу на пласку поверхню, - парціальний тиск реактивного газу, - стала Больцмана, - температура реактивного газу, - маса молекули реактивного газу, - ймовірності утворення молекули бінарної сполуки при взаємодії двоатомної молекули реактивного газу з атомами металу на поверхні мішені та підкладки, відповідно, - ймовірність того, що молекула реактивного газу залишиться на поверхні підкладки, яка вкрита плівкою бінарної сполуки, - площі мішені та підкладки відповідно, - площа діафрагми вакуумного насосу.В прикатодній області, в якій зосереджене основне падіння потенціалу, відбувається основне прискорення іонів, які бомбардують катод, що приводить до розпилення мішені та появи вторинних електронів іонно-електронної емісії, які визначають процеси іонізації та збудження в плазмовому стовпі. Показано, що розмір катодної області менший за ларморівський радіус вторинного швидкого електрона та визначається більшою мірою розрядним струмом та початковою енергією іонів, що потрапляють до шару. Співвідношення між катодним падінням потенціалу та розміром шару визначають умови існування розряду. Його існування залежить від величини польової емісії, яка переводить розряд з магнетронного до дугового. Показано, що величина падіння потенціалу в шарі слабко залежить від розрядного струму і переважно визначається розрядною напругою та величиною магнітного поля.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ