Диссертация (1024900), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

3.6.Зависимость времени горения тлеющего разряда до его переходав дуговой разряд от давления рабочего газа при  f =0,17, H f =1×10-8 ми двух значениях коэффициента ионно-электронной эмиссиикатода  i : 0,05 (1) и 0,2 (2)61Если пленка достаточно тонкая ( H f <(3÷5)×10-8 м), то при увеличении еетолщины H f величина  a растет [35,41,84] и время до возникновения дуговогоразряда снижается (см. Рис. 3.1, б и г). Для более толстых же пленок коэффициент  a убывает при увеличении H f из-за уменьшения энергий электронов навнешней границе пленки вследствие их рассеяния при движении в ней [35], поэтому время горения тлеющего разряда должно возрастать.При всех рассмотренных условиях в случае 0  0,01 рассчитанное времяперехода разряда в дуговую форму для катода с оксидной пленкой не превосходит 1 с, что согласуется с экспериментальными данными [89,110], в то времякак для разряда с металлическим катодом оно может быть значительно большим. Это подтверждает важную роль оксидных пленок на электродах в обеспечении перехода приборов дугового разряда в рабочий режим.Выводы к главе 31.

Построена модель катодного слоя тлеющего разряда у катода с тонкойдиэлектрической пленкой, учитывающая нагрев катода и рабочего газа потокомтепла, поступающего из разрядного объема. Наряду с ионно-электронной и полевой эмиссией электронов в ней принимается во внимание также термическаяэлектронная эмиссия, возникающая при нагреве катода до достаточно высокойтемпературы.2. Рассчитано изменение характеристик катодного слоя разряда и температуры поверхности катода в течение времени горения тлеющего разряда до егоперехода в дуговой при различных величинах коэффициента ионноэлектронной эмиссии катода и толщины пленки.3.

Показано, что после зажигания тлеющего разряда, вследствие полевойэлектронной эмиссии из металлической подложки в пленку под действием возникающего в ней сильного электрического поля, увеличивается разрядный токи интенсивность нагрева катода. Это обеспечивает более быстрое возникновение дугового разряда, т.е. ускоренный переход прибора в рабочий режим.624. Данная модель позволяет оценить влияние характеристик диэлектрической пленки на катоде и параметров тлеющего разряда на время его горения доперехода в дуговой разряд.63ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГОРЕЛЬЕФА КАТОДА НА ЕГО РАСПЫЛЕНИЕ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕНаличие на катоде поверхностного рельефа может приводить к искривлению силовых линий электрического поля в приэлектродном слое разряда, оказывающему влияние на движение заряженных частиц [1, 8].

В результате этого,как показано в работах [101, 111, 112], может происходить фокусировка ионовна вершинах поверхностного рельефа катода. В [52] установлено, что наличиерельефа может влиять также на энергетический спектр ионов, поскольку преимущественной фокусировке на вершинах рельефа подвергаются низкоэнергетичные ионы, т.е. наряду с пространственной сепарацией возможна также иэнергетическая сепарация ионов на элементах рельефа, наблюдавшаяся в работах [53-55].Движение ионов в катодном слое разряда сопровождается их перезарядкой на атомах рабочего газа, в результате чего образуются быстрые атомы,имеющие ту же энергию и направление движения, что и ионы в момент перезарядки, а также ионы с нулевой энергией [42, 47-49, 51, 69, 79, 113, 114, 115].При этом, в случае неоднородности ионного потока в приэлектродном слоеразряда, поток быстрых атомов также содержит неоднородную компоненту,влияние которой на его энергетический спектр до настоящего времени не изучалось.Вследствие наличия пространственной и энергетической сепарации ионови быстрых атомов на элементах рельефа поверхности нарушается равномерность ее распыления в разряде.

В частности, основная характеристика процессараспыления – коэффициент распыления, определяемый как среднее число атомов катода, распыляемых одним падающим на него ионом, в который вносятвклад как сами ионы, так и образующиеся при их перезарядке быстрые атомы,и существенно зависящий от энергии этих частиц, может отличаться на различных участках катод даже в случае, если истинный коэффициент распыленияматериала катода во всех его точках имеет одинаковую величину.64В данной главе рассчитана функция распределения быстрых атомов у поверхности катода с периодическим рельефом малой амплитуды. Получены выражения, описывающее распределения плотностей потоков ионов и быстрыхатомов, а также эффективного коэффициента распыления катода вдоль его поверхности, и исследовано влияние параметров разряда и характеристик рельефана степень неоднородности указанных величин.4.1.

Функции распределения по энергии потоков ионов и быстрых атомов уповерхности электрода с периодическим поверхностным рельефомПусть катодный слой тлеющего разряда расположен между плоскостьюz  0 и катодом с рельефной поверхностью, определяемой уравнениемzc  d c  hc cos kx , где k  2 / lc , d c - ширина катодного слоя разряда, hc и lc -амплитуда и период рельефа (рис. 4.1).Рис. 4.1.Катодный слой тлеющего разряда у катода с периодическим поверхностнымрельефом65Ионы рабочего газа, двигающиеся в катодном слое, подвергаются резонансной перезарядке на атомах газа, интенсивность которой характеризуетсясредней длиной пробега иона между перезарядками l c , называемой длиной перезарядки, а между перезарядками ускоряются электрическим полем в направлении катода. Вследствие искривленности поверхности катода, в приповерхностном слое разряда толщиной порядка lc электрическое поле имеет ненулевую x - компоненту, величина которой периодически изменяется вдоль оси x .В результате происходит отклонение траекторий ионов в направлении вершинрельефа, приводящее к нарушению однородности бомбардирующего катодаионного потока.

Для случая, когда искривленность поверхности катода мала,т.е. выполняется условиеhc  lc ~ l c  d c ,(4.1)а следовательно, мала и неоднородность ионного потока вблизи него, в [52, 60]найдено приближенное решение системы, состоящей из кинетического уравнения для функции распределения потока ионов по энергиям и уравнения Пуассона для потенциала электрического поля, и получено выражение для функциираспределения потока ионов по энергиям в приэлектродном слое в виде:fi ( x, z , e)  fi 0 ( z , e)  fi1 ( z , e)cos kx ,(4.2)где fi 0 ( z , e) и fi1 ( z , e) - функция распределения потока ионов по энергиям угладкого катода и поправка к ней, обусловленная искривленностью поверхности катода, определяемые выражениями:f i 0 ( z , e) fi1 ( z , e)  1 z ( z , e)  z Ji0M iz0 ( z , e)   exp  0   z0 ( z , e)   exp    ,e 0 lc  lc  lchc0 (d c )fi 0 ( z , e) exp  k ( z  d c )   exp  k ( z0 ( z , e)  d c )  ,lc0 ( z0 ( z , e))(4.3)(4.4)причем J i 0 и 0 ( z ) - плотность ионного потока и распределение потенциалаэлектрического поля в катодном слое у гладкого катода, e и M i - заряд и массаиона, z0 ( z , e) - координата последней перезарядки иона, имеющего в точке скоординатой z энергию e , определяемая соотношением e  e[0 ( z0 )  0 ( z )] .66При l c  d c зависимость электрического поля от координаты z в катодномслое близка к линейной, а зависимость 0 ( z ) - к квадратичной вида0 ( z )  U c z 2 d c2 [1, 8, 85], где U c - катодное падение напряжения разряда, по-этому z0 ( z , e)  d c z 2 / d c2  e / eU c , и из (4.3) следует dcfi 0 ( z , e)  J i 0 M i  2eU c l cz2edc2 eU c d  zz2e eU c z 2  c    e  exp    .2 dc2 eU c  d l c  dcc(4.5)При z  d c это выражение совпадает с выражением для функции распределения потока ионов по энергиям у поверхности гладкого катода, полученным в[68].Из (4.2) и выражения (4.4) для fi1 ( z , e) видно, что имеет место увеличениеплотности ионного потока, т.е.

его частичная фокусировка, на вершинах рельефа (при x  lc / 2  nlc , где n - целое число) вследствие искривления траекторийионов, обусловленного нарушением однородности электрического поля у катода. При этом степень фокусировки возрастает с увеличением z0 ( z , e) , т.е. дляионов, претерпевших последнюю перезарядку ближе от катода и имеющих уего поверхности меньшую энергию. Следовательно, наряду с пространственнойпроисходит также и энергетическая сепарация ионов на элементах рельефа,вклады которых в изменение функции распределения потока ионов по энергиямописываются первым и вторым слагаемыми в выражении для fi1 ( z , e) .Быстрые атомы, образующиеся в катодном слое при перезарядке ионов наатомах рабочего газа, двигаясь в направлении катода, испытывают упругиестолкновения с атомами рабочего газа (медленными атомами), теряя при этомэнергию, в результате чего часть из них перестает быть быстрыми в процесседвижения [46].

Характеристики

Список файлов диссертации