Нелинейные взаимодействия разрывных акустических волн в средах с распределенными в объеме и на границах случайными неоднородностями (1097762), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Наряду сэтими исследованиями сообщалось об измерениях свойств макроскопическихячеек ПДП ('макроячеек') [33*, 34*]. Макроячейки представляют собойразрядные ячейки, геометрия которых похожа на геометрию реальных ячеекПДП, однако их размеры на 1–2 порядка больше. Макроячейки являются оченьполезным инструментом для изучения разрядов в ПДП ячейках, посколькудиагностика разряда в макроячейке существенно проще, чем разряда вреальных ячейках, и в связи с тем, что конструкция электродов и геометриямогут легко быть изменены. Предполагается, что при масштабировании ячеексохраняется подобие разрядов и физика БР в макроячейках остается такой же,как и в реальных ячейках. Однако исследования выполнения законов подобия вБР к началу данной работы проведено не было.Сложившиеся на основе экспериментальных данных представления оструктуре, свойствах и динамике возникновения и погасания разряда междудиэлектрическими барьерами могут быть значительно расширены и уточнены спомощью метода численного моделирования.
Численное моделированиехарактеристик является перспективным методом оптимизации параметровэксиламп и ячеек ПДП, позволяя определить условия достижениямаксимальной излучательной эффективности при требуемой величинемощности излучения в заданном интервале длин волн. К началу данногоисследования был разработан ряд гидродинамических моделей БР в ксеноне(эксилампы) [35*–38*] и в смесях инертных газов (ячейки ПДП) [39*–42*], атакже аналитические [43*], электротехнические [44*] и кинетические модели[45*, 46*].ГД модели барьерного разряда основаны на уравнениях газовой динамики(уравнениях непрерывности в диффузионно-дрейфовом приближении) дляэлектронов, ионов и возбужденных атомов (молекул), связанных с уравнениемПуассона для электрического поля. Была продемонстрирована способность ГДмоделей успешно моделировать фундаментальные процессы, имеющие место вэксилампах и ПДП ячейках, исходя из основополагающих принципов газовойэлектроники.
В то же время систематические параметрические исследованияизлучательных характеристик ксеноновых эксиламп на момент начала даннойработы отсутствовали.Таким образом, фундаментальной проблемой при улучшениихарактеристик процессов и приборов, использующих ВЧЕ и барьерныеразряды, является недостаток информации о протекающих в них физкохимических процессах и их влиянии на характеристики разрядов. В связи сэтим,исследованиефизико-химическихпроцессоввемкостныхвысокочастотных и барьерных разрядах является своевременным и актуальнымкак для улучшения существующих, так и для разработки принципиально новыхтехнологий и приборов, основанных на их использовании.7Цель и задачи диссертационной работыЦелью работы было экспериментальное и теоретическое исследованиефизико-химических процессов в неравновесной плазме емкостныхвысокочастотных и барьерного разрядов и их электрических и оптическиххарактеристик.Достижение цели работы предполагало решение следующих задач:- Создание диагностического комплекса для исследования электрических иоптических характеристик плазмы ВЧЕ разрядов.- Обоснованиеспектральныхметансодержащей плазмы.методовдиагностикигалоген-и- Экспериментальноеисследованиеэлектрическихиоптическиххарактеристик и внутренних параметров традиционного и активированногомагнитным полем ВЧЕ разрядов в аргоне, трифторбромметане и метане.- Моделирование плазмохимических процессов и расчет состава плазмы ВЧЕразряда в CF3Br.- Разработку одномерных гидродинамических моделей БР в ксеноне и смесяхксенона с неоном.- Численное исследование влияния физико-химических процессов вбарьерном разряде в ксеноне и смесях ксенона с неоном на электрические иоптические характеристики разряда.- Масштабирование барьерных разрядов.Методы исследованийПри исследовании ВЧЕ разрядов использовались экспериментальные ичисленные методы, исследование барьерных разрядов проводилось расчетнымпутем.
Для экспериментального измерения параметров плазмы использовалисьэлектротехнический, термопарный, зондовый и спектральные методы.Зондовые измерения осуществлялись с помощью двойного Ленгмюровскогозонда с использованием стандартных схемы и методики обработки ВАХ зонда.Применение спектральных методов основывалось на использованииотносительных интенсивностей спектральных линий и молекулярных полос,измеряемых с помощью современного спектрального оборудования.Использование конкретных спектральных методик измерения параметровплазмы обосновывалось с помощью кинетического анализа.
Для численногоисследования параметров плазмы использовались нольмерные кинетические иодномерные гидродинамические модели. Для моделирования параметровэлектронной компоненты плазмы решалось кинетическое уравнение Больцманав двучленном приближении.8Положения, выносимые на защиту1.Результаты измерений и расчетов внутренних параметров ВЧЕ разрядов варгоне и CF3Br. Модель плазмохимических процессов и результаты расчетасостава плазмы ВЧЕ разряда в CF3Br.2.Методы и результаты исследований концентраций атомарного имолекулярного водорода, колебательных и вращательных температур молекулН2 и радикалов СН*; представления о механизмах формирования атомов H,молекул H2 и радикалов СН* и их распределений по энергетическим уровням вВЧЕ разряде в магнитном поле в метане и смесях метана с аргоном.3.Закономерности влияния магнитного поля на электрические и оптическиехарактеристики и внутренние параметры плазмы ВЧЕ разрядов.4.Одномерная гидродинамическая модель БР в ксеноне; результатычисленного исследования влияния параметров БР в ксеноне на его оптическиехарактеристики.
Анализ физико-химических процессов в БР разряде в ксенонепри формировании коротких импульсов тока.5.Одномерная гидродинамическая модель БР в смеси Ne/Xe; результатычисленного исследования параметров БР в смеси 0.95Ne/0.05Xe.Масштабирование БР, законы преобразования для концентрации эксимерныхмолекул и эффективности излучения при масштабировании БР в смеси Ne/Xe .Достоверность защищаемых положенийДостоверность полученных результатов обеспечивается использованиемметрологически поверенного оборудования, статистической обработкойэкспериментальных данных, воспроизводимостью основных результатовизмерений, тщательным обоснованием спектральных методов диагностикиплазмы, использованием зарекомендовавших себя физических моделей ичисленных методов, тестированием разработанных программ, согласиемэкспериментальных и теоретических результатов и согласием с результатамидругих исследователей.Новизна полученных результатов1.Впервые спектральными методами измерены концентрации атомов Br и Fв ВЧЕ разряде в CF3Br с высоким пространственным разрешением.
Показано,что концентрация атомов брома в десятки раз превышает концентрацию атомовфтора. Разработана кинетическая модель газофазных реакций в CF3Br плазме.Рассчитан состав CF3Br плазмы.2.Впервые изучены характеристики ВЧЕ разряда в метане и смеси метана саргоном в магнитном поле:9- Спектральными методами измерены концентрации атомов и молекулводорода, исследованы распределения молекул водорода и радикалов СН* поколебательным и вращательным уровням энергии;- Показано, что в смеси аргона с метаном (1¸10% CH4 + Ar) в диапазонедавлений 1¸10 Па атомарный водород образуется в процессе диссоциациимолекул метана при столкновениях с метастабильными атомами аргона:Arm* + CH 4 ® CH 3 + H + Ar ;- Установлено, что в ВЧЕ разряде в метане реализуется неравновесноераспределение атомов водорода по энергетическим уровням, к формированиюкоторого приводит диссоциативная рекомбинация молекулярных ионовводорода H 2+ + e ® H + H * .3.Получены новые данные о влиянии параметров БР в ксеноне и физикохимических процессов в нем на формирование импульсов тока БР:- Показано, что гидродинамические модели БР в ксеноне в приближенияхлокального электрического поля и локальной энергии электронов даюткачественно близкую картину развития физических процессов;- Показано, что в плазме БР в Xe быстрая конверсия ионов Xe2+ в Xe3+ ипоследующая диссоциативная рекомбинация приводят к быстрому распадуплазмы после прохождения импульса тока, что влечет за собой появлениевторого (обычно более слабого) импульса тока на полупериод напряжения;- Обнаружено явление стратификации энергии электронов при прохожденииимпульсов тока в БР в ксеноне;- Показано, что рост перенапряжения приводит к появлению вслед заоднопиковым режимом горения БР двух пикового режима и затем кумножению периода напряжения.4.В результате систематических численных исследований получены новыеданные о влиянии внешних параметров БР в ксеноне на его оптическиехарактеристики.5.Численно в рамках гидродинамической модели проведен анализ подобияБР в смеси 0.95Ne/0.05Xe.
Впервые получены законы преобразования дляэффективности ВУФ излучения атомов и эксимерных молекул в БР в смесяхNe/Xe. Показано, что теоретически полученные законы выполняются дляизлучения резонансных атомов и молекул ксенона, на излучение которыхприходится большая часть излучения БР в смеси 0.95 Ne/0.05 Xe.Научная ценность и практическая значимость работы1.Разработанная кинетическая модель газофазных реакций в ВЧЕ разряде вCF3Br и результаты исследования абсолютных концентраций атомарныхрадикалов и расчета состава CF3Br-плазмы в дальнейшем могут использоваться10при разработке гидродинамических моделей ВЧЕ разряда в CF3Br ипредставляютпрактическоезначениедляразработкитехнологийанизотропного травления кремния и его оксидов.2.Полученные данные о концентрациях атомов и молекул водорода,распределениях молекул водорода и радикалов СН* по колебательным ивращательным уровням энергии, результаты анализа физико-химическихпроцессов в ВЧЕ разряде в метане и смесх метана с аргоном могутиспользоватьсяприисследованииплазмохимическихмеханизмовформирования углеродсодержащих покрытий и роста наноструктур вметансодержащей плазме и представляют практический интерес для разработкии оптимизации технологий, связанных с напылением углеродсодержащихпленок.3.Выявленные закономерности влияния поперечного магнитного поля нахарактеристики ВЧЕ разряда могут быть использованы при разработкетехнологий травления и осаждения тонких пленок.4.Созданная модель БР и полученные сведения о влиянии параметров БР вксеноне на его характеристики позволяет оптимизировать параметры Xe2эксиламп на практике.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
