ИСТИНА

Одной из фундаментальных проблем при исследовании низкотемпературной плазмы высокочастотного газового разряда низкого давления является изучение структуры и эволюции плазменного слоя – переходного участка между квазинейтральным объемом плазмы и поверхностью газоразрядной камеры или высокочастотным электродом. Плазменный слой характеризуется нарушением квазинейтральности (низкой плотностью электронов по отношению к плотности положительно заряженных ионов) в силу высокой подвижности электронов и их ухода на поверхность. Как следствие, высокое электрическое поле в плазменном слое ускоряет положительно заряженные ионы из квазинейтральной области плазмы к поверхности. При низком давлении структура и динамика высокочастотного плазменного слоя самосогласованным образом связаны с параметрами плазмы, так как нагрев электронов в области движущейся границы слоя повышает температуру электронов и плотность плазмы, в то время как плотность плазмы и температура электронов влияют на плотность потока ионов в слое и их распределение по энергии. Динамика высокочастотного плазменного слоя также сложным образом связана с внешними параметрами газового разряда, такими как давление, частота и величина напряжения на электроде, тип газа. Энергетический спектр ионов в области плазменного слоя является важным параметром, описывающим структуру и динамику слоя, поэтому его измерение и математический анализ является фундаментальной проблемой в области высокочастотного газового разряда. Измерение, контроль, а также формирование необходимого энергетического спектра ионов на поверхности электрода имеет также большое прикладное значение. При плазменной обработке поверхности (реактивное ионное травление, ионная имплантация, распыление поверхности) энергетический спектр ионов является одним из ключевых параметров, определяющих скорость физических и химических реакций на поверхности, глубину модификации поверхности, а также анизотропия химических реакций.

Проведены исследования энергетического спектра ионов водорода и аргона в двухчастотных плазменных реакторах индукционного и емкостного типа. Показана зависимость распределения ионов по энергиям от частоты напряжения смещения, давления и массы иона. Проведено моделирование газового разряда и приэлектродного слоя . Разработана феноменологическая модель расчета ионного спектра по измеряемым параметрам газового разряда, которая может быть использования в качестве "виртуального датчика" в прикладных плазмохимических реакторах.