Заключение совета (Физические процессы в двухкамерном высокочастотном индуктивном источнике плазмы, помещенном во внешнее магнитное поле)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО СОВЕТА Д 501.001.66 НА БАЗЕФГБОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА» ПО ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕУЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА НАУКаттестационное дело № ______________________решение диссертационного совета от 23 июня 2016 г., № 5О присуждении Петрову Александру Кирилловичу, гражданину РФ, ученойстепени кандидата физико-математических наук.Диссертация«Физическиепроцессывдвухкамерномвысокочастотноминдуктивном источнике плазмы, помещенном во внешнее магнитное поле» поспециальности 01.04.08 – физика плазмы принята к защите 3 марта 2016 г.,протокол № 1П, диссертационным советом Д 501.001.66 на базе МосковскогогосударственногоуниверситетаимениМ.В.Ломоносова(119991,Москва,Ленинские горы, д.1), созданным 19.10.2007, приказ № 2048-1287.Соискатель Петров Александр Кириллович, 1990 года рождения, в 2012 годуокончил физический факультет Московского государственного университетаимени М.В.Ломоносова, в 2016 году окончил аспирантуру физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова,работает научным сотрудником в лаборатории квантовых оптических технологийфизического факультета Московского государственного университета имениМ.В.Ломоносова.Диссертация выполнена на кафедре физической электроники физическогофакультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель – доктор физико-математических наук Кралькина ЕленаАлександровна, ведущий научный сотрудник кафедры физической электроникифизического факультета Московского государственного университета имениМ.В.Ломоносова.Официальные оппоненты:Скворцова Нина Николаевна, доктор физико-математических наук, ведущийнаучный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение наукиИнститут общей физики имени А.М.Прохорова Российской академии наук,Арсенин Алексей Владимирович, кандидат физико-математических наук, доцент,Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего2профессионального образования «Московский физико-технический институт(государственный университет)», зам.

декана ФОПФ по науке и инновационномуразвитиюдали положительные отзывы на диссертацию.Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждениевысшего(национальныйобразованияисследовательскийположительномзаключении,«Московскийавиационныйуниверситет)»(Москва)подписанномзаведующиминститутвсвоемкафедрой«Электроракетные двигатели, энергетические и энергофизические установки»,д.т.н., профессором Назаренко И.П., сотрудниками той же кафедры д.т.н.,доцентом С.А.Хартовым и к.т.н., с.н.с. В.А.Обуховым и утвержденном и.о.проректора понаучной работе Федерального государственного бюджетногообразовательного учреждения высшего образования Московский авиационныйинститут (национальный исследовательский университет) Раздолиным А.М.,указала, что диссертация представляет собой законченную работу, выполненнуюна высоком научном уровне.

Представленные в работе результаты достоверны,выводы и рекомендации обоснованы. Диссертация отвечает требованиямПоложения о порядке присуждения ученых степеней, а ее автор ПетровАлександр Кириллович заслуживает присуждения ученой степени кандидатафизико-математических наук по специальности 01.04.08 – физика плазмы.Соискатель имеет 28 опубликованных работ, в том числе по теме диссертации 7работ, опубликованных в рецензируемых научных журналах. Публикациисодержат новые оригинальные результаты по физике ВЧ разряда. Вкладсоискателя в подготовку публикаций является определяющим.

Основные работы:1. E. A. Kralkina, A. A. Rukhadze, V. B. Pavlov, K. V. Vavilin, P. A. Nekliudova,A. K. Petrov and A. F. Alexandrov, “RF power absorption by plasma of a lowpressure inductive discharge” Plasma Sources Science and Technology, 25, p.015016, 2015.2. K.V. Vavilin, E.A. Kralkina, P.A. Nekludova, A.K. Petrov, A.M. Nikonov,V.B. Pavlov, A.A. Airapetov, V.V. Odinokov, G.Ya. Pavlov, and V.A. Sologub,“Hybrid plasma system for magnetron deposition of coatings with ionassistance” Journal of Physics: Conference Series, 669, p. 012033, 201533.

А.Ф. Александров, К.В. Вавилин, Е.А. Кралькина, В.Б. Павлов, А.К. Петров,В.П. Тараканов,“МатематическоемоделированиеиндуктивногоВЧ-разряда, помещенного во внешнее магнитное поле, посредством программыКАРАТ” Прикладная физика, 5, с.

44–47, 20154. А.К. Петров, К.В. Вавилин, Г.П. Козлов, Е.А. Кралькина, П.А. Неклюдова,А.М. Никонов, В.Б. Павлов, “Параметры плазмы в ВЧ индуктивномдвухкамерномисточникемалоймощностиприналичиивнешнегомагнитного поля” Вестник Московского университета. Серия 3: Физика,астрономия, 6, с.98-106, 2015.На диссертацию и автореферат поступили отзывы:1. Попов О.А., д.т.н., профессор кафедры «Светотехника» ИРЭ, НИУ "МЭИ".Замечания: «1) Магнитную индукцию внешнего (В) и высокочастотногоэлектромагнитного поля (Bz) автор почему-то называет «магнитнымполем».

2) На вертикальных осях рис.7а-14а не проставлена размерностьпродольной компоненты ВЧ магнитной индукции Bz.2. Киреев В.Ю., вед.инж. НТЦ «Нано- и микросистемная техника» НИУМИЭТ, доктор технических наук, с.н.с.Замечания: «1. Основное замечание по содержанию работы связано сотсутствием экспериментов по ионному травлению пластин какого-либотестового материала, например, кремния, в исследуемом двухкамерном ВЧиндуктивном источнике плазмы. Действительно, основное уравнение,используемое в технологических процессах имеет следующий вид:Vet  6.251025 Ys (Ei , )  ji  cos / nM [нм/с] , где Ys (Ei , ) - коэффициент распыленияматериала, зависящий от энергии Ei и угла падания ионов на поверхностьматериала , атом/ион; nM – атомная плотность материала в атом/см3.Важно экспериментально подтвердить, что проведенная наосноверезультатов диссертационной работы оптимизация операционных иконструктивных параметров двухкамерного ВЧ индуктивного источникаплазмы позволила увеличить скорость и/или равномерность травленияматериалов.2.Настр.3,последнийабзац,2-аястрочкасверху,напечатано«моделирование методом крупных частиц (PIC)» более корректно надо4печатать «моделирование методом частиц в ячейках (particle-in-cell – PIC)или методом макрочастиц».3.

На стр. 8, верхний абзац, 2-ая и 3-ья строчка сверху, напечатано«Индуктор был выполнен из полой медной проволоки диаметром 3мм сводяным охлаждением» надо печатать «Индуктор был выполнен из меднойтрубки с внешним диаметром 3 мм с водяным охлаждением».»3. Рыжков С.В., д.ф.-м.н., доцент ФГБОУ ВПО «МГТУ имени Н.Э. Баумана».Замечания: «К недостаткам автореферата можно отнести отсутствиечисленныхоценокрассматриваемыхфакторов,влияющихнаперераспределение плотности плазмы из газоразрядной камеры источникаплазмы в технологическую.»Все отзывы положительные.

Сделанные замечания имеют отношение коформлению, либо подчеркивают интерес в дальнейших исследованиях иапробации результатов в существующих технических процессах.Выбор официальных оппонентов и ведущей организации обосновывается тем, чтооппоненты являются специалистами в области физики плазмы и газового разряда,имеют публикации по указанной тематике, а ведущая организация широкоизвестнасвоимидостижениямивобластисозданияэлектрореактивныхдвигателей, основанных на газоразрядных технологиях.Диссертационный совет отмечает, что на основании выполненныхсоискателем исследований:1. В источнике плазмы, помещенном в однородное магнитное поле, придавлениях рабочего газа, когда длина свободного пробега электроновпревышает геометрические размеры системы, увеличение индукциимагнитного поля до значений, при которых ларморовский радиусэлектронов становится меньше радиуса газоразрядной камеры, наблюдаетсяпоявление резко очерченного в радиальном направлении плазменногостолба, по всей длине источника плазмы.

Показано, что изменениемгеометрии силовых линий магнитного поля можно менять формуплазменного столба, в том числе создавать широкую равномерную областьвблизи предполагаемого места расположения обрабатываемых подложек.Показано, что при дальнейшем увеличении индукции внешнего магнитногополя происходит срыв разряда, что вызвано выходом из области5резонансного возбуждения связанных косой ленгмюровской волны игеликона.

Момент срыва разряда смещается в область больших магнитныхполей при увеличении рабочей частоты, мощности ВЧ генератора идавления.2. В области сочленения газоразрядной и технологической камер прииспользовании металлического разделительного фланца, наблюдаютсялокальные минимумы концентрации, температуры электронов и потенциалапространства, связанные с наличием паразитной емкости между антенной ифланцем.

Увеличение внешнего магнитного поля приводит к выравниваниюаксиальногораспределенияИспользованиепотенциаладиэлектрическогофланцаипараметровприводиткплазмы.увеличениюконцентрации плазмы в газоразрядной камере вследствие исключенияпаразитного емкостного канала вложения мощности в разряд.3. Увеличение индукции внешнего магнитного поля позволяет повыситьконцентрациюэлектроноввтехнологическойкамеренавсехиспользованных частотах ВЧ генератора (2, 4 и 13.56 МГц), причем нарабочих частотах 4 и 13.56 МГц она становится выше, чем в газоразряднойкамере.

Эффект аксиального перераспределения плотности плазмы сизменениеминдукциимагнитногополявызвансамосогласованнымдействием следующих факторов: изменением аксиального распределенияВЧ полей, связанного с возбуждением волн в плазме, изменением величинквазистационарных скачков потенциала в разряде вблизи металлическихэлементов конструкции источника плазмы и действием силы Миллера,выталкивающей электроны и ионы из области сильного ВЧ поля.Наибольшие значения плотности плазмы (51010 cм-3 при мощности ВЧгенератора 400 Вт) в технологической камере получены при рабочейчастоте 4 МГц.4. При превышении определенного порогового значения индукции внешнегомагнитного поля в источнике плазмы с металлическим разделительнымфланцемнаблюдаетсяформированиеволновойструктуры,соответствующей резонансу связанных геликонных и косых ленгмюровскихволн.

Пространственное распределение поля имеет характер частичностоячей волны и указывает на наличие отраженных волн от нижнего фланца6и локального минимума концентрации электронов в области сочленениягазоразрядной и технологической камер. Показано, что увеличение рабочейчастотыприводиткуменьшениюпороговогозначениявнешнегомагнитного поля. На частоте 4 МГц формируется волновая структура,соответствующая профилю частично стоячей волны с числом полуволн - 2.Начастоте13.56МГцизменениеиндукциимагнитногополясопровождается увеличением числа полуволн с 2 до 4.

При использованиидиэлектрического разделительного фланца на частоте 4 МГц возбужденияволн не происходит.5. В двухкамерном ВЧ индуктивном источнике плазмы при условиях, либонизкой рабочей частоты (2 МГц), либо высоких давлений (длинасвободного пробега электронов меньше продольного размера источникаплазмы), либо слабых внешних магнитных полей (когда ларморовскийрадиус больше радиуса газоразрядной камеры) концентрация, температураэлектроновипотенциалпространствадостигаютмаксимумавгазоразрядной камере и монотонно спадают по мере продвижения втехнологическуюкамеру.Уменьшениепотенциалаплазмыприпродвижении из газоразрядной в технологическую камеру должноприводить к появлению быстрых ионов в технологической камере.Теоретическая значимость исследования обоснована тем, что изученыосновные физические механизмы, определяющие распределение параметровплазмы в двухкамерном ВЧ индуктивном источнике плазмы, помещенном вовнешнее магнитное поле, и их зависимость от внешних условий разряда.Значение полученных соискателем результатов исследования для практикиподтверждается тем, что определены и обоснованы условия, при которыхпроисходит перераспределение плотности плазмы из газоразрядной камеры втехнологическую.

Приведенные результаты были использованы в ОАО «Научноисследовательскийгибриднойинститутнапылительнойточногоплазменноймашиностроения»системыдляприцелейразработкеионногоассистирования процессам напыления покрытий для нужд полупроводниковойпромышленности. Кроме того, результаты могут быть полезны при разработке иоптимизации геликонных источников, выступающих в качестве функциональногоузла ВЧ электрореактивных двигателей, источников ионов, а также других.