Лекции5 (1055165)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАДисциплина:Физические основы электронных приборовМихайлов Валерий ПавловичЛекция № 7Газовый разряд в вакууме, основные явленияГазовыйразрядввакууме наиболее легкозажигается при низком и среднем вакууме (P=103…10-1 Па)и, как правило, в среде инертных газов (аргона, неона,криптона), водорода или паров ртути.Схема подключения баллона для формированиягазового разрядаПусть баллон содержит дваэлектрода: анод и катод (холодныйненакаливаемый) и заполнен газомпри давлении P=103…10-1 Па.К электродам через переменныйрезистор R подключен источникпостоянного напряжения U.Рассмотрим различные начальные условия:1.R®¥, UA = 0.

В разрядном промежутке всегда существуетнебольшое количество электронов и ионов, возникающих врезультате ионизации газа за счет естественной радиоактивности,светового или другого электромагнитного излучения.Наряду с процессом ионизации протекает и обратный процесс- рекомбинация свободных электронов и ионов. Эти два процессанаходятся в динамическом равновесии и число заряженных частицнеизменно, система в целом нейтральна, ток отсутствует.2. R¯, UA>0.Под действием небольшого анодного напряжения UAв межэлектродном пространстве протекает ток в результатедрейфа электронов и ионов, равный:| I |=| I e | + | I ион |Из-за различия в массах скорость ионов намногоменьше скорости электронов и | I ион |<| I e | .Поэтому из межэлектродного пространства вединицу времени уходит больше электронов, чем ионов и вбаллоне образуется объемный положительный заряд.При небольших скоростях и энергиях электроновпроисходят их упругие соударения с молекулами газа иэнергия частиц не изменяется.3.

R¯¯,ПриUA³ UВОЗБ.большойскоростиэлектроноввозможнынеупругие соударения, в результате которых изменяетсявнутренняя энергия атомов и электроны могут перейти науровни возбуждения (более высокие энергетические уровни).НапряжениевозбужденияUВОЗБ.–анодноенапряжение, при котором электроны приобретает энергию,достаточную для возбуждения атомов, соударяющихся с ними.Возбужденное состояние неустойчиво и электронвозвращается на прежний энергетический уровень, испускаяквант энергии.4. R¯¯¯, UA³UИОН.При дальнейшем повышении энергии электроновпроисходит ионизация атомов газа.Напряжение ионизации UИОН. – анодное напряжение,при котором электроны приобретает энергию, достаточную дляионизации атомов газа.Объемная ионизация – ионизация атомов газа при ихстолкновении с электронами.Коэффициентсвободныхэлектронов,первичного электрона.объемной ионизацииполученныхнаa - числоединицепутиПоверхностнаяионизация–ионизацияатомовповерхности движущимися ионами газа.Коэффициент поверхностной ионизации g - числосвободных электронов, полученных одним ионом.Состояние сильно ионизированного газа, при которомплотностиотрицательныхзарядовэлектроновиположительных зарядов ионов почти равны, называетсягазовой плазмой.Вольтамперная характеристика газового разряда в вакууме1.

Область соответствует несамостоятельному разряду. Числоэлектронов, уходящих с катода, мало, ионизация незначительна (a иg - небольшие), через прибор протекает незначительный ток.2. Область начальной стадии самостоятельного разряда –область темного разряда.

Ток, a, g - небольшие.3. Переходная область от темного разряда к тлеющему.Приэтомионизациянапряжениигаза.происходитПоскольку ионыболеедвигаютсяинтенсивнаямедленнееэлектронов, вблизи катода скапливается большое число ионови формируется положительный объемный заряд (ПОЗ),который уменьшает потенциальный барьер и способствуетдальнейшей эмиссии электронов с катода. Для поддержанияразряда теперь требуется меньшая разность потенциалов U.4. Область тлеющего разряда. Газ в приборе начинаетинтенсивно светиться в результате излучения энергии припереходеэлектроновизвозбужденныхсостоянийвстационарные.При тлеющем разряде процесс формирования ПОЗстабилизируется. У катода образуется катодная область скатодным падением потенциала UK.Затем увеличение I происходит за счет увеличенияплощади сечения ионизированного столбика газа, т. е.плотность тока и U остаются постоянными.

Это свойство(U=const)тлеющегостабилитронов.разрядалежитвосновеработы5. Область аномального тлеющего разряда. После того,как сечение ионизированного столбика газа будет равноплощади катода для увеличения I необходимо увеличить U,т. е. увеличить a и g.6. Переходная область от аномального тлеющего разрядак дуговому разряду. Напряжение велико, скорость ионоввозрастает, катод разогревается и возникает термоэлектроннаяэмиссия. Кроме того, при напряженности поля E=106…108В/см возникает электростатическая эмиссия электронов. Врезультате число электронов резко возрастает.7.Областьдуговогоразряда.Дляэтогоразрядахарактерны малое напряжение U и большой ток I. Различаютдвеформыдуговогонесамостоятельный.разряда:самостоятельныйСамостоятельныйдуговойиразрядподдерживается за счет явлений, происходящих в самомразряде.

Несамостоятельный дуговой разряд поддерживаетсяпосторонним источником электронной эмиссии (например,термокатодом).Основными участками тлеющего разряда являютсякатодная область I, столб разряда (плазма) II, анодная областьIII.Катодная область с катодным падением потенциала UКявляется источником электронов (за счет поверхностнойионизации).Столб разряда представляет собой плазму, в которойконцентрацииэлектроновиионовравны,ападениенапряжения мало. В анодной области наблюдается небольшоепадение U.Газоразрядная плазма, состоящая из электронов, ионови электрически нейтральных атомов, молекул и радикалов,генерирующая различные виды излучений, также можетслужить инструментом для обработки материалов.С ее помощью можно осаждать металлические идиэлектрическиепленки,вытравливатьматериалчерезрезистивную маску после операций микролитографии, а также,получатьионныеинтенсивности.иэлектронныеПлазменнаяпучкиобработка,большойзаменившаяжидкостное травление, получила название "сухое травление".Ионноетравлениеобрабатываемогоматериалавзаимодействияинертногогаза–разрушениеизафизическогосчетускоренных(бомбардировки)споверхностьюудалениематериалаионов(например,полупроводниковой кремниевой подложки).

Энергия ионовсоставляет при этом 0,5…10 кэВ.Давление инертного газа (Ar) P=1…100 Па, напряжениекатода UK=-1…10 кВ, катод – холодный.Плотность ионного тока на мишени невелика IИОН=1…5мА/см2, поэтому скорость травления материала обычно малаV=1нм/с.Установка ионноготравления диодного типа1 – катод – мишень; 2 – корпус – анод; 3 – натекатель;4–полупроводниковая подложка; 5 – газовый разряд (тлеющий)Ионное распыление для осаждения тонких пленокПри осаждении тонких пленок в вакууме существуютразличные методы генерации потока частиц: методтермического испарения, метод распыления материаловэлектронной бомбардировкой или ионной бомбардировкой.Газовый разряд (тлеющий или аномально тлеющий)зажигается при напуске рабочего инертного газа и активныхгазов (O2, N2 и др.) до давления P=1…100 Па и подаченапряжения на катод – мишень UK=-1…5 кВ (катод –холодный).Выбиваемые с поверхности мишени атомы и молекулыпокидают её и осаждаются в виде тонкой пленки наповерхности подложек.

Активные газы, взаимодействуя сосаждаемым материалом, образуют нужные химическиесоединения (окислы, нитриды и др.).Схема установки ионногораспыления диодного типа1 – катод; 2 – анод; 3 – полупроводниковая подложка; 4 – атомыи молекулы материала мишени; 5 – ионы инертного газа; 6 –натекательПлазменная обработка осуществляется при давленииниже атмосферного ипоэтому совместима с другими"вакуумными" процессами - электронно- и ионнолучевыми,лазерными, рентгеновскими и др.Формирование микротопологии или микрорельефа наобрабатываемых изделиях осуществляется повторением цикла,включающего три группы операций: 1) получение тонкихпленок и слоев; 2) микролитография (фото-, электроно-, ионои рентгенолитография); 3) травление топологического рисункаилимикрорельефа.Благодаряиспользованию"сухоготравления” геометрические размеры рисунка могут бытьполучены с погрешностью менее 0,1 мкм.Использование газоразрядной плазмы дляформирования ионных пучковГазоразрядная плазма при давлениях P=103…10-1 Паможет быть использована для формирования ионных пучковбольшой интенсивности.

Рассмотрим различные типыионных источников.Ионный источник с горячим катодом состоит изразрядной камеры 5, источника электронов - накаливаемогокатода 1, анода 2, экстрактора 3 (устройства для вывода ионовиз разрядной камеры и их ускорения), системы подачи газа придавлении P=103…10-1 Па (Ar, N2, O2 и т.д.).Основным достоинством таких источников являетсявозможность получения высокоинтенсивных пучков ионов (сэнергией до 105 эВ), главным недостатком – быстроеразрушение термокатода при использовании химическиактивных газов.Ионный источник с горячим катодом1 – накаливаемый катод; 2 – анод; 3 – экстрактор; 4 –система подачи газа; 5 – разрядная (ионизационная)камераИонный источник с холодным катодоми разрядом ПеннингаИсточник ионов с холодным катодом и разрядомПеннинга содержит соленоид для повышения эффективностиионизацииэлектронов).счет(заИонысамостоятельногоудлинениятраекториидвиженияизплазмы«вытягиваются»газовогоразрядачерезотверстиевантикатоде и ускоряются системой экстракции.Срокслужбыкатодапревышает1000часов.Недостатками источника являются малая величина ионноготока IИОН пучка (до 100 мкА), большие пульсации тока ивозможностьиспользованиягазообразных веществ.дляионизациитолькоИонный источник с холодным катодоми разрядом Пеннинга1 – катод; 2 – антикатод; 3 – анод; 4 – соленоид; 5 – системаэкстракцииПараметрамигазоразряднойплазмыявляются:состав и концентрация частиц, температура электронов иионов, плазменное давление и др.В плазменных технологиях в качестве рабочего газадля обработки материалов чаще других используются Ar, O2,N2, H2, CF4, CCl4, SiH4, различные углеводородные соединенияCxHy при давлении от 0,65 до 250 Па; концентрация ионов вплазме составляет порядка 1010 ион/см3, а электронов - 108 1010 эл/см3; энергия электронов может составлять 1,2 - 30 эВ,а частота ВЧ-плазмы может изменяться в диапазоне 3,5 - 27МГц.Явления в газоразрядной плазмеи ее энергетические характеристикиU0kTe1 2e e3+Плазма4-eene»ni8+ne<<ni5+e6+7ehe+++Æ-UмU0 – прикатодный потенциал; h – толщина прикатодной области– темного катодного пространства; ne и ni – концентрациясоответственно электронов и ионов; kTe – энергия электрона; Um –потенциал мишени.Виды плазменной обработки материалов зависят отэнергетических характеристик плазмы и доминирующеговлияния одного из эффектов в пространстве между областьюгазового разряда и электродами:1 – уход быстрого электрона; 2 – отражение медленногоэлектрона; 3 – инжекция иона; 4 – отражение отрицательногоиона; 5 – рассеяние на нейтральной частице; 6 – обмен зарядаиона с нейтральной частицей; 7 – эмиссия вторичногоэлектрона; 8 – ионизация электронным ударом.Распределение энергии электронов в плазмеи вероятность образования ионов аргонаf(Ee)lg f (Ee > E иониз .

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.

Список файлов лекций