отзыв оппонента Арсенина (Физические процессы в двухкамерном высокочастотном индуктивном источнике плазмы, помещенном во внешнее магнитное поле)

ОТЗЫВ о диссертационной работе Петрова Александра Кирилловича «Физические процессы в Двухкамерном высокочастотном инлуктнвном источнике плазмы, помещенном во внешнее магнитное полев, представленной на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Гспециальность 01,04.03 — фи~ика плазмы). Диссертационная работа Петрова Александра Кирилловича посвящена актуальным задачам — экспериментальному исследованию и моделированию индуктивного высокочастотного гВЧ) источника плазмы двухкамерного типа во внешнем магнитном Геометрия исслелуемой системы приближена к технологически~ источникам плазмы, используемым в микроэлектронной промышленности.

Применение таких источников не ограничивается только распылительиыми системами глубокого травлении, они имеют определенные перспективы для реализации на их основе ионных движителей. Экспериментальное исследование индуктивного ВЧ разряда, усиленного магнитным нолем, сопровождается результатами численного моделирования. В работе определено влияние давления, мощности и частоты генератора, а также индукции внешнего магнитного поля на величины и пространственные распределения концентрации и температуры электронов, потенциала, продольных компонент ВЧ магнитного поля и тока, эффективности поглощения ВЧ мощности. Определены режимы акснальиого перераспределения максимальной плотности плазмы в область технологической камеры и ф~~~оры, опрелеля|ощне это перерве препеление.

рассмотрено влияние материала соелинительного фланца лвухкамерной системы Гметалл/лнэлектрнк) иа характеристики разряда. Необходимо отметить, что ввиду сложности изучения газовых разрядов низкого давления в относительно слабых магнитных полях к настоящему времени опублпковано не более трех десятков работ, посвященных изучению физики ВЧ индуктивного разряда низкого давления, усиленного маппп иым полем Гсогласио %еЬ оК Яс1епсе). До публикапни представленных в диссертации результатов отсутствовали какие-либо работы с летальным анализом рассматриваемой задачи в столь широком диапазоне рабочих параметров, несмотря на то„что этот вопрос играет критичную роль для разработки и о~тим~зации маломощных ~сточников ннзкотемпературиой плазмы низкого павлония, находящих широкое применение в плазменных технологиях„а также представляет больп|ой интерес лля разработки ВЧ электрореактивных лвигателей.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, закгпочения, содержащего основные результаты и выводы, и списков цитируемой литературы и публикаций по теме Диссертации. В диссертации сод~рот~~ в~сьев подробный обзор лите)эат)ры, представляющий собой исследование истории изучения ВЧ индуктивного разряда, геликонных источников плазмы н ВЧ индуктивного разряда, усиленного магнитным полем.

В заключении обзора сформулированы задачи диссертационной работы. Кратко они могут быль сформулированы следующим образом: 1) экспериментальное исследование влияния давления. мощности ВЧ генератора, рабочей частоты, величины индукции внешнего магнитного поля и емкостной составляющей 1материала соединительного фланца— металл/диэлектрик) на пространственное распределение н величину параметров плазмы и продольных компонент ВЧ магнитного поля и тока двухкамерного ВЧ индуктивного источника плазмы, усиленного магнитным полем, и 2) численное моделирование изучаемого источника плкзмы методом "частица в ячейке" (Р!С), анализ результатов моделирования для определения параметров я механизмов, влияющих иа продольное распределение параметров разряда и их сравнение с результатами экспериментальных исследований. Дале~ и диссе1зтацнн (глава 2) дано подробное описание экспериментальной установки и методов исследований. Двухкамерная газоразрядная система представляет собой систему из двух соосных кварцевых цилиндров, один нз которых является газоразрядной камерой (диаметром 10 см н длиной 20 ем).

а другой — технологической камерой (диаметром 46 см и длиной 30 см). Ввод ВЧ мощности осуществлялся с помощью соленоидального индуктора нз толстой медной проволоки диаметром 2 мм или полой 3 мм медной трубки с возможностью охлаждения воюй. Использовалнсь ВЧ генераторы на частотах 2, 4 н 13,56 МГц с регулировкой мощности в диапазоне 0 — 1000 Вт 1прн этом в исследованиях мощность не превьппала 600 Вт). Экспериментальные исследования проводилнсь при использовании в качестве рабочих газов аргона (давление менялось в диапазоне 0,1 — 5 мТор) и гелия ~11 — 74 мТор). Внешнее акснальное магнитное поле в большинстве случаев изменялось в диапазоне 0 — 70 Гс.

Прнводптся детальное описание методики измерений ~~~~чи~ы ВЧ могцности, поглощаемой плазмой, методики измерения ВЧ токов и магнитных полей н методики зондовой диагностики. Обоснован выбор условий проведения экспериментов в предположении, что основной вклад в поддержание разряда должна вносить косая ленгмюровская волна, Указаны возможные источники и приведены опенки погрешности измерений. Эта глава диссертации убедительно показывает, что полученные автором экспериментальные резучп таты надежны, поскольку все основные характеристики используемых методик тщательно контролировались.

Третья глава диссертации посвящена экспериментальному изучению влияния внешних условий (под которыми в данном разделе понимается давление рабочего газа, мощиость, чйстОта Геиерйторй и величина и рйспрелеление индукции ВнешнеГО мйГнитнОГО пОлЯ) ий параметры плазмы двъ хкйме1»ИОГО ВЧ индуктиВноГО разряда„ усиленного магнитным полем, Основное внимание уделено изучению закономерностей изменения прострйнствениых распределений параметров плйзмьь Результагы исследований представлены в виде 50 графиков различных зависимостей. Определены условия при которых плотность плазмы в технологической камере становится выше, чем в газоразрядпой камере. Определены режимы в которых наблюдается наличие быстрых ионов, при Гпом максимальное значение разности потенциалов в газоразрядной и технологической камерах составляло величину порядка 50 В.

Определены режимы срыва разряда при увеличении иидукции внешнего мйгнитио О поля Продемонст'рировйло чго использование диэлектрического соединительного фланца приводит к увеличению концептрации плазмы в гйзоразрядной камере вследствие исключения паразнтного емкостного канала разряда. В целом результаты демонстрируют существенную зависимость распределений концентрации и зффективной температуры злектронов от величины индукции и конфигурации виешнего магнитного поля, давления рабочего газа, мощности ВЧ генератора и его частоты, а также наличия емкостной составипощей разряда, В четвертой Глйве диссе1ггйции предстййлеиы результйты по изучеиик» йлияния Внешних пйрамет1К»В 1»йз1»ядй ий йксийльнОС и радиальное рйспрелелеиие продольньгх компонент ВЧ полей и токов. Также проанализирована связь простраи стае нного распределения полей и концентрации злектронов и оценена зффективиость вложения ВЧ мощности.

Результаты исследований предсгавлень» в виде 48 графикон рйзличиых зйвисимостей, Расчет зффективиости вложеииЯ ВЧ мопгности ПОзВолил связать срыйы разряда с падением зквивалеитного сопротивления плазмы по причине выхода разряда из области резоиансного возбуждения воли 1Алексйндров А.Ф., Бугров Г.Э..

Вавилин К.В. и д«р. СЙМОсОГЯВООВйнная модель ВЧ иидукгивиОГО источника плазмы„помещениОГО ВО внешнее магнитное поле / Физика плазмы. — 2004. — Т.З0. — С.434-4491. В пятой главе представлены пионерские результаты численного моделирования ВЧ индуктивного источника плазмы двухкамерного типа, усилеиного магнитным полем. Счетная модель представляет собой уменыпеинун» копию реальной двухкамерной системы. Предварительные результаты получены для однокймериого источника. Рассматривается режим слабых магиитных полей от 20 до 70Гс гс шагом 10ГС).

В качестве метода моделирования в~бран Р1С метод, хорошо зарекомепдовавший себя при моделировании физики газовых разрядов низкого давления. Результаты исследований представлены в виле 64 рисунков и графиков различных зависимостей. Сам по себе факт отладки метода представляет собой значимое достижение, Режимы моделирования ограничены низкой концентрацией газа (3 10 ' см ) и плазмы (до 5 10" см ), 1з -э щ Представленные в диссертации результаты моделирования хорошо согласуются с полученнььми экспериментальными даннымн.

Моделирование позволило определить влияние плотности намотки витков индуктора на распределение плотности плазмы, влияние тока антенны на перераспределение конценграции электронов н влияние емкостной составляк~гцей на перераспределение концентрации электронов. В заклгоченин диссертации сформулированы основные результаты и выводы.

Приводится с~~с~~ цитируемой литературы и список публикаций по теме днссе1этацин. По теме диссертации имеется 7 публикаций в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций' на соискание ученой степени доктора н кандидата наук. Основные выводы диссертации обсуждались на российских и международных нау~ных конференциях (16 докладов). Ре~ультаты диссертации имеьэт важное научное значение и могут найти применение при разработке технологических нонно-плазменных установок.

Из недостатков по существу работы считао нужным отметить следукнцее, При моделировании выбрана частота отличная от набора частот на которых проводились экспериментальные исследования (12,5 МГц вместо 2, 4 илн 13,56 МГц). Сформулированы ограничения на счетные параметры моделп (размер сетки, число частиц в ячейке), но не указаны конкретные параметры счетной модели для представленных расчетов. Отсутствует сравнение и анализ различий или нх обоснование в температуре плазмы для результатов экспериментальных и чпсленных исследований. Кроме того, в диссертации не обосновывается выбор вычислнтельноемкого Р1С-метода для моделирования индуктивного ВЧ разряда, усиленного магнитным полем, Например, известны работы, где для моделирования ВЧ индуктивного разряда, усиленного магнитным полем, использовались гибридные методы, сочетаощие преимущества кинетической и гидродинамической моделей (Я.-Н, Бопй, У. Уапй, Р, СЬаЬег( апд М.

КизЬпег 0 РЬуяся оГ Р1азтаз, 21, 093512 (2014) или более ранняя работа К.1.. К1пдег апо МЗ. КцзЬпег,у 3. Ъ'ас. Вой ТесЬпо1. А 19, 76 (2000)). Отмеченные вьппе недостатки, безусловно, ни в чем не умаляьот важных и достоверных результатов, полученных в диссертационной работе. Диссертация представляет собой законченнуьэ работу, выполненнукэ на высоком научном уровне. Представленные в работе результаты достоверны, выводы и рекомендации обоснованы.