ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИПМех РАН |
||
4.1. Создан экспериментальный диагностический стенд, позволяющий измерять ВЧ магнитные поля и токи в объеме разряда, определять параметры плазмы спектральными и зондовым методами. В качестве объекта исследования был использован индуктивный двухкамерный источник плазмы, состоящий из газоразрядной камеры и технологической камеры диаметром D=46 и высотой h=30см, закупленной по программе развития МГУ и предназначенной для решения широкого спектра инновационных задач: разработки технологий поверхностной модификации материалов (придания вариативных гидрофильных и гидрофобных свойств), напыления функциональных пленочных структур, распыления поверхности, синтеза новых материалов, включая различные композитные структуры на основе карбинов и линейно-цепочечного углерода, создания новых источников плазмы для реализации различных плазменных технологий, включая космические приложения. Для возбуждения разряда использовалась соленоидальная антенна, расположенная на внешней поверхности газоразрядной камеры. На внешней боковой поверхности технологической камеры были расположены электромагниты, позволяющие создавать в камере магнитное поле В, необходимое для резонансного возбуждения геликонов и косых ленгмюровских волн. Показано, что при отсутствии магнитного поля разряд концентрируется в газоразрядной камере. При увеличении В в технологическую камеру поступает поток электронов при условии, что длина свободного пробега электронов превышает геометрические размеры источника плазмы, > D, h. В случае использования однородного магнитного поля с ростом магнитного поля наблюдается появление резко очерченного в радиальном направлении плазменного столба, замыкающегося на нижний фланец. При этом искривлением силовых линий можно управлять положением плазменного столба, в том числе поворачивать его под углом, близким к 90 градусам. В случае использования однородного магнитного поля его увеличение позволяет повысить концентрацию электронов в технологической камере, причем на рабочих частотах 4 и 13.56МГц она становится выше, чем в самой газоразрядной камере. Выполненные эксперименты и математическое моделирование показали, что эффект аксиального перераспределения плотности плазмы с ростом индукции магнитного поля вызван самосогласованным действием следующих факторов: изменением аксиального распределения ВЧ полей, связанного с возбуждением волн в плазме, изменением величин квазистационарных скачков потенциала в разряде вблизи металлических элементов конструкции источника плазмы, а также действия силы Миллера, выталкивающей электроны и ионы из областей с высоким градиентом ВЧ полей. Показано, что сущестование паразитной емкости между антенной и металлическими фланцами источника плазмы приводит, как к существенному изменению аксиального распределения потенциала плазмы, так и к изменению структуры ВЧ полей, возбуждаемых в разряде. Фундаментальные результаты, полученные при исследовании физических процессов в двухкамерном источнике плазмы, были использованы для нахождения оптимальных режимов работы гибридной плазменной системы, предназначенной для ионно-стимулированного напыления покрытий. Работа была выполнена по договору с ОАО НИИТМ. 4.2. В рамках раздела «Исследование емкостного ВЧ разряда в аргоне, помещенного в магнитное поле с преимущественной радиальной компонентой» был разработан и изготовлен источник плазмы на основе модели стационарного плазменного двигателя. Выполнены измерения энергетических распределений ионов в потоке плазмы, выходящем из разрядного канала, интенсивности свечения спектральных линий аргона, возбуждаемых в разряде, параметров плазмы в разрядном канале, а также продольного распределения зондового ионного тока насыщения на пристеночные зонды, установленные вдоль стенок канала. Измерения выполнены с использованием диагностического стенда, описанного в разделе 4.1. Диапазон изменения величины внешнего радиального магнитного поля составлял величину 40 – 150Гс, расход аргона изменялся в диапазоне 0.6 – 1.6 мг/с, а мощность ВЧ генератора – в диапазоне 150 – 200Вт. Эксперименты показали, что эффективная температура электронов, определенная из зондовых ВАХ изменяется в диапазоне 5 – 10 эВ, причем наибольшие значения эффективной темепературы электронов наблюдаются при малых расходах аргона. Значения эффективной температуры быстрых электронов, определенные по отношению интенчивностей спектральных линий аргона, находятся в согласии с результатами зондовых измерений. Значения концентрации электронов в продольном направлении максимальны в области наибольших значений магнитного поля, которые достигаются в районе среза разрядного канала. Здесь при оптимальных значениях внешних параметров разряда концентрация электронов составляет величину порядка 2∙1011см-3. По мере продвижения вглубь канала концентрация плазмы падает, и на глубине 2 см становится в 2 – 3 раза меньше, чем на срезе. Измерения энергетического распределения ионов на выходе из канала показали наличие ускоренных ионов с энергией порядка 70эВ. Наличие ускоренных ионов на выходе из канала, а также увеличение плотности плазмы в области максимума радиального магнитного поля свидетельствуют о формировании азимутального дрейфа электронов в скрещенных радиальном магнитном и продольном квазистационарном электрическом поле, возникающем на срезе канала.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
14 | 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Фундаментальные основы плазменных и лучевых технологий и современных методов исследования в физике |
Результаты этапа: 1. Экспериментальное исследование и математическое моделирование параметров плазмы индуктивного ВЧ разряда в инертных газах, их смесях и смеси аргона с кислородом в источнике плазмы диаметром 46см. Нахождение условий, при которых получается максимальный размер пятна однородной плазмы: (Работа выполнена на научном оборудовании, закупленном по Программе развития МГУ): 1.1 В результате систематических исследований радиального распределения ионного тока в технологическом плазменном реакторе диаметром 46см показано, что наибольший размер области однородной плазмы удается получить с помощью соленоидальной антенны. При отсутствии внешнего магнитного поля наибольший диаметр области однородной плазмы составляет величину порядка 10см при частоте ВЧ генератора 4МГц. Изменение мощности ВЧ генератора слабо влияет на форму радиального распределения ионного тока. Рост рабочей частоты до 13.56МГц сопровождается искажением радиальной зависимости ионного тока вследствие увеличения емкостной составляющей разряда. Рост давления аргона приводит к сужению области однородности плазмы и росту абсолютных величин ионного тока. 1.2 Наложение внешнего магнитного поля позволяет управлять радиальным распределением плотности ионного тока. При увеличении индукции магнитного поля радиальное распределение плотности ионного тока сначала выравнивается по радиусу, а затем становится максимальным у стенок, в центре источника плазмы наблюдается провал. Величина магнитного поля, при которой наблюдается наиболее равномерное распределение ионного тока, примерно соответствует условиям наибольшего поглощения ВЧ мощности плазмой. Физически наблюдаемое перераспределение радиального распределения ионного тока связано с закономерностями проникновения в объем плазмы связанных между собой косой ленгмюровской волны и геликона. 1.3 Добавление 10% примеси криптона в гелиевую плазму приводит к увеличению области однородности плазмы за счет увеличения концентрации легкоионизуемой компоненты разряда у стенок источника плазмы вследствие эффекта катафореза. 1.4 Добавление 10% примеси кислорода в аргоновую плазмы приводит к увеличению области однородности плазмы, по-видимому, за счет увеличения концентрации легкоионизуемой компоненты разряда у стенок источника плазмы и выравнивания радиального распределения потенциала плазмы вследствие появления в разряде отрицательных ионов. 2. Изучение индуктивного ВЧ разряда с внешним магнитным полем в двухкамерном источнике плазмы (Работа выполнена на научном оборудовании, закупленном по Программе развития МГУ). 2.1. В результате экспериментальных исследований свойств индуктивного ВЧ разряда с внешним магнитном поле, выполненных с двухкамерными источниками плазмы, было обнаружено образование плазменного столба, замыкающего разряд на нижний заземленный фланец. Радиус плазменного столба примерно равен наименьшему из радиусов частей источника плазмы. Образование плазменного столба наблюдается при условии, когда электроны замагничены, а длина свободного пробега электронов в направлении, параллельном магнитному полю, больше характерных размеров источника плазмы. Изменение конфигурации магнитного поля приводит к изменению геометрической формы плазменного столба. 2.2. Изменение величины индукции магнитного поля приводит к появлению резонансных областей поглощения ВЧ мощности, а также смещению положения областей максимальной концентрации электронов. Это связано с возбуждением пространственных мод связанных между собой геликонов и косых ленгмюровских волн. 2.3. Изменение внешнего магнитного поля при давлениях менее 1мТор позволяет управлять продольным распределением плотности плазмы. 2.4. При наличии сужения в области сочленения первой и второй камер источника плазмы на границе между камерами появляются скачки потенциала. При давлениях менее 1мТор скачок потенциала приводит к ускорению электронов из камеры с меньшим диаметром в камеру с большим диаметром. При давлениях более 1мТор скачок потенциала изменяет знак. 2.5. Собрана экспериментальная установка, отработаны экспериментальные методики по исследованию разряда в импульсном режиме. 3. Исследование емкостного ВЧ разряда, помещенного в магнитное поле с преимущественной радиальной компонентой (Работа выполнена на научном оборудовании, закупленном по Программе развития МГУ). 3.1. Выполнен теоретический расчет ВЧ полей, возбуждаемых в канале ВЧ разряда, помещенного в радиальное магнитное поле, определены условия резонансного возбуждения геликонов и косых ленгмюровских волн. 3.2. Собрана экспериментальная установка для изучения емкостного ВЧ разряда, помещенного в радиальное магнитное поле, отработаны методы диагностики разряда. Показано, что зондовый ионный ток насыщения возрастает с увеличением магнитного поля, при магнитных полях менее 200Гс, при магнитных полях более 200Гс рост ионного тока существенно замедляется. 4. Изучение физических свойств углеродных пленок, напыленных ионно-пучковым и магнетронным методом (Работа выполнена на научном оборудовании, закупленном по Программе развития МГУ): 4.1. Изучены КР спектры углеродных пленок, полученных распылением графитовых мишеней пучками ускоренных ионов с энергией 900-1200эВ в атмосфере молекулярного водорода и смеси атомарного и молекулярного. Анализ полученных спектров показывает, что пик, соответствующий sp1 связи, наблюдавшийся при распылении графитовых мишеней ионами аргона с энергией 1000эВ, исчезает. | ||
15 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Фундаментальные основы плазменных и лучевых технологий и современных методов исследования в физике |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".