Автореферат диссертации (1024899)
Текст из файла
УДК 538.971На правах рукописиЙе Наинг ТунИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙПЛАЗМЫ С НЕОДНОРОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЭЛЕКТРОДОВВ ГАЗОРАЗРЯДНЫХ ПРИБОРАХСпециальность 01.04.07 – физика конденсированного состоянияАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукМосква – 2015Работа выполнена в Калужском филиале федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональногообразования «Московский государственный технический университет имениН.Э. Баумана»Научный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорКристя Владимир ИвановичОфициальные оппоненты: Волков Степан Степанович,доктор физико-математических наук, профессор,ФГБОУ ВПО «Рязанский государственныйрадиотехнический университет», профессоркафедры электронных приборов;Волков Николай Викторович,кандидат технических наук, доцент,ФГАОУ ВПО «Национальный исследовательский ядерный университет «Московский инженерно-физический институт», доцент кафедрыфизических проблем материаловедения.Ведущая организация:Федеральноегосударственноебюджетноенаучное учреждение «Научно-исследовательскийинститут перспективных материалов и технологий».Защита состоится « 23 » декабря 2015 г.
в 14 часов 30 минут на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.17, созданного на базе ФГБОУ ВПО«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» по адресу: 248000, г. Калуга, ул. Баженова, 2, МГТУ имени Н.Э. Баумана, Калужский филиал.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» и насайтах www.bmstu.ru, www.bmstu-kaluga.ru.Автореферат разослан «» _____________ 2015 г.Ученый секретарьдиссертационного советакандидат технических наук, доцентЛоскутов Сергей АлександровичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В настоящее время в различных областях человеческой деятельности используются газоразрядные приборы. Они разделяются на приборы тлеющего разряда (такие как плазменные дисплеи, газовые лазеры) и приборы дугового разряда (например, осветительные лампы).В приборах тлеющего разряда после приложения напряжения между электродами происходит пробой рабочего газа и зажигается тлеющий разряд, который и поддерживается в течение всего времени их работы.
В тлеющем разряде катодное падение напряжения составляет 100-200 В, а основным механизмом эмиссии с катода электронов, необходимых для поддержания разряда, является ионно-электронная эмиссия. В приборах же дугового разрядасначала также зажигается тлеющий разряд, а через некоторое время температура катода в результате его нагрева потоком тепла, поступающего из разряда, достигает значений, при которых возможна термоэлектронная эмиссия, иразряд переходит в дуговой с катодным падением напряжения 10-20 В. Срокслужбы таких приборов в значительной степени ограничивается процессомраспыления катода ионами, ускоряющимися в катодном слое тлеющего разряда, и быстрыми атомами, образующимися при резонансной перезарядкебыстрых ионов на атомах газа, причем этот механизм является основным идля приборов дугового разряда, так как их долговечность в непрерывном режиме работы существенно больше, чем в режиме периодических включений– выключений.
Тлеющий разряд используется также в электронике для травления микроструктур и напыления тонких пленок, поскольку плазменныетехнологии имеют ряд преимуществ перед ионно-пучковыми.Для усовершенствования указанных приборов и технологий необходимо понимание физических процессов, протекающих в катодном слое тлеющего разряда и на поверхности катода. Однако до настоящего времени остаются недостаточно изученными ряд вопросов, связанных с исследованиемвлияния рельефа поверхности катода и наличия на ней диэлектрических пленок на процессы, протекающие в катодном слое, и, в частности, на распыление катода, в значительной степени влияющее на его долговечность в приборе.
Это определяет актуальность данной работы, а также ее значение для физики взаимодействия газоразрядной плазмы с поверхностью твердого тела ифизической электроники.Целью диссертационной работы являлось исследование методамиматематического моделирования взаимодействия низкотемпературной плазмы и катода газоразрядного прибора при наличии на нем тонкой диэлектрической пленки, а также периодического поверхностного рельефа малой амплитуды.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующиезадачи:- построение стационарной модели катодного слоя тлеющего разрядапри наличии на катоде тонкой диэлектрической пленки и исследование еевлияния на характеристики разряда;1- создание нестационарной модели, описывающей динамику нагревакатода, поверхность которого покрыта диэлектрической пленкой, и изучениевлияния пленки на переход тлеющего разряда в дуговой;- нахождение энергетических спектров бомбардирующих катод ионов иатомов при наличии на нем периодического рельефа малой амплитуды иоценка его влияния на эффективный коэффициент распыления катода и степень неоднородности его распыления в разряде;- исследование неоднородности потоков ионов, бомбардирующих катод, и распыленных с катода атомов при наличии на нем тонкой диэлектрической пленки переменной толщины.Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:1.
Разработана модель катодного слоя тлеющего разряда при наличиина катоде тонкой диэлектрической пленки, учитывающая полевую электронную эмиссию из металлической подложки катода; показано, что полеваяэмиссия может приводить к существенному снижению катодного падениянапряжения разряда, а следовательно, к уменьшению энергий бомбардирующих катод частиц и эффективного коэффициента распыления материала катода в разряде.2.
Исследовано влияние диэлектрической пленки на температурныйрежим катода в разряде и установлено, что она обусловливает более интенсивный его разогрев вследствие увеличения плотности разрядного тока и более быстрый переход разряда в дуговую форму.3. Рассчитаны распределения плотностей потоков ионов и быстрыхатомов, а также эффективного коэффициента распыления и плотности потокараспыленных атомов вдоль искривленной поверхности металлического катода в тлеющем разряде; подтверждено, что эффективный коэффициент распыления катода имеет минимальную величину на вершинах рельефа из-за преимущественной фокусировки на них низкоэнергетичных ионов, плотность жепотока атомов, распыленных с поверхности катода, достигает на вершинахрельефа максимального значения вследствие большей плотности потокабомбардирующих их частиц.4.
Установлено, что основной вклад в неоднородность распыления катода с поверхностным рельефом в тлеющем разряде вносит неоднородностьионного потока, а вклад неоднородности потока быстрых атомов мал и может не приниматься во внимание, если ширина катодного слоя разряда существенно превосходит поперечные размеры элементов рельефа.5. Рассчитаны распределения плотностей потоков ионов и быстрыхатомов, а также эффективного коэффициента распыления и плотности потокараспыленных атомов вдоль катода с диэлектрической пленкой переменнойтолщины; показано, что бомбардирующий ее в разряде ионный поток максимален на участках с наименьшей толщиной пленки, а эффективный коэффициент распыления принимает на них минимальные значения в результате того, что на них преимущественно фокусируются ионы с малыми энергиями;поток же распыленных атомов с участков пленки с ее наименьшей толщинойимеет наибольшую величину вследствие большей плотности бомбардирую2щего их ионного потока, что должно приводить к увеличению неравномерности толщины пленки в процессе ее распыления и к образованию в ней порс течением времени.Теоретическая и практическая значимость работы определяетсятем, что результаты, полученные при ее выполнении, вносят существенныйвклад в понимание процессов, протекающих при взаимодействии низкотемпературной плазмы с поверхностью катода газоразрядного прибора приналичии на ней рельефа и диэлектрических оксидных пленок.
Они могутбыть использованы для:- изучения влияния неоднородности поверхности катода на характеристики катодного слоя разряда, определяющие интенсивность ее распыления;- выбора оптимального рельефа поверхности катода, снижающего интенсивность его распыления при различных разрядных режимах;- оптимизации процесса нагрева катода в тлеющем разряде с цельюускорения его перехода в дуговую форму в приборах дугового разряда.Методология и методы исследования.
Экспериментальное исследование физических процессов, протекающих в катодном слое тлеющего разряда и на поверхности катода, во многих случаях затруднительно, посколькутолщина катодного слоя при достаточно высоких давлениях газа может составлять доли миллиметра. Поэтому в данной диссертационной работе в качестве основного метода исследования использован метод математическогомоделирования, который позволяет детально изучить распределение изучаемых характеристик разряда в пространстве и во времени, а также их взаимосвязь.Основные положения и результаты, выносимые на защиту:1. Модель катодного слоя тлеющего разряда при наличии на катодетонкой диэлектрической пленки и результаты расчетов на основе этой модели, показывающие, что полевая эмиссия электронов из металлической подложки катода может приводить к существенному уменьшению энергий бомбардирующих катод частиц и эффективного коэффициента распыления материала катода в разряде.2.
Модель, описывающая динамику разогрева катода с поверхностнойдиэлектрической пленкой в тлеющем разряде; вывод о том, что диэлектрическая пленка может обеспечивать более быстрый переход тлеющего разряда вдуговой.3. Рассчитанные распределения плотностей потоков ионов и быстрыхатомов, а также эффективного коэффициента распыления и плотности потокараспыленных атомов вдоль искривленной поверхности металлического катода в тлеющем разряде; вывод о том, что эффективный коэффициент распыления металлического катода с поверхностным рельефом имеет минимальную величину на вершинах рельефа из-за преимущественной фокусировки наних низкоэнергетичных ионов, плотность же потока атомов, распыленных с3поверхности катода, достигает на вершинах рельефа максимального значениявследствие большей плотности потока бомбардирующих их частиц.4.
Рассчитанные распределения плотностей потоков ионов и быстрыхатомов, а также эффективного коэффициента распыления и плотности потокараспыленных атомов вдоль диэлектрической пленки переменной толщины наповерхности катода; вывод о том, что эффективный коэффициент распыления катода с поверхностной диэлектрической пленкой переменной толщиныпринимает на участках с наименьшей толщиной пленки минимальные значения, а поток распыленных атомов с участков пленки с ее наименьшей толщиной имеет наибольшую величину вследствие большей плотности бомбардирующего их ионного потока, что должно приводить к увеличению неравномерности толщины пленки в процессе ее распыления и к образованию в нейпор с течением времени.Достоверность полученных результатов обеспечена корректной постановкой задач с использованием классических уравнений физики, применением для их решения теоретически обоснованных методов, а также согласием результатов расчета с имеющимися экспериментальными данными.Личный вклад автора.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
