Автореферат (1097946), страница 9

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

Текст из файла (страница 9)

Из излучающих состояний 3GK 1g , 3I 1 g и3 D1 u , которые часто применяются для спектральной диагностики водородной плазмы,предпочтительно использовать состояния 3I 1 g и 3 D1 u . Поскольку, в заселение состояния3GK 1g молекулы водорода следует ожидать вклад каскадных излучательных процессов.Ступенчатое возбуждение и дезактивация электронным ударом синглетных состояний N 1молекулы водорода компенсируют нарушение динамического равновесия между колебательнойи электронной (в пределах группы состояний N 1 g ) степенями свободы молекулы водорода,вызванного радиационными переходами H 2  N '1  g  N 1 u  и H 2  N 1 u  N 1 g  .

Рольпроцессов столкновительной дезактивации H 2  2 B1u  , H 2  3B1u  , H 2  3D1u  H 2  3GK 1g  ,H 2  3HH 1g  , H 2  3I 1 g  и H 2  4 R1 g  при соударениях с молекулами водорода несущественнапосравнениюсупомянутымивышестолкновительно-излучательными37процессами. Для состояний 2C1u , 4 B1u , 2 EF 1g и 4 P1 g необходимо принимать вовнимание каскадное заселение состояний 2C1u и 4 B1u в результате столкновительнойдезактивации состояний 2 EF 1g и 4 P1 g , соответственно, молекулами водорода.В предыдущих главах 1–4 диссертации представлены СИМ для оптической диагностикимолекулярной НТП.

В последней главе 5 рассмотрена уровневая СИМ для оптическойдиагностики атомарной НТП - титаносодержащей ЛИП. Испарение материала мишенилазерным излучением находит все большее практическое применение, например, выращиваниетонких пленок из оксидов титана (TiO, TiO2 и т.д.). Несмотря на ряд преимуществ этого методапо сравнению с традиционными способами получения пленок, одним из главных егонедостатков - образование в ЛИП частиц с размерами до десятков микрон, что ухудшаеткачество пленок.

Другим примером, иллюстрирующим негативное влияние подобного явленияна качество пленок и покрытий, является образование кремниевых наночастиц в ВЧ разрядах.Оно создает трудности при нанесении пленок и покрытий посредством ионного плазменноготравления материалов и реактивного ионного плазменного распыления. Важным этапомперехода от эмпирического метода проб и ошибок к модельным методам оптимизациитехнологий осаждения пленок является исследование механизмов плазмохимических процессовв ЛИП и ВЧ разрядах. В данной главе создан новый метод выращивания тонких пленок изоксидов титана, который позволяет: устранить образование в ЛИП частиц с размерами додесятков микрон; улучшить оптические свойства осаждаемых пленок. Приведены результатыисследований методами ЭС и численного моделирования титаносодержащей ЛИП приосаждении тонких пленок методом испарения мишени из оксидов титана под действиемлазерного излучения в ВЧ разряде в кислороде O2 .

Методами лазерного рассеяния ипоглощения впервые исследовано образование наночастиц кремния в ВЧ разряде в смесяхSiF4  H 2 и SiH 4  H 2 .В параграфе 5.1 создана установка для исследований ЛИП методами ЭС, а такжесвойств выращенных пленок из оксидов титана различными методами (PLD и PA-PLD).Выращивание пленок из оксидов титана основываются на испарении мишени под действиемлазерного излучения, в вакууме либо в атмосфере кислорода (метод PLD). В диссертациивпервые: реализован метод (PA-PLD) выращивания пленок, который позволяет устранитьобразование частиц в пленках: при осаждении пленок методом PA-PLD используется ВЧ разрядв кислороде.

Для оптической диагностики ЛИП развита уровневая полуэмпирическая СИМ.Модель описывает уровневую кинетику атомов (TiI) и ионов (TiII) титана на различных стадияхразлета ЛИП во время и после окончания действия лазерного излучения.Экспериментально установлено, что в исследуемом диапазоне задержек (100–300 нс), в38спектре испускания ЛИП преобладают интенсивности линий TiI и TiII. КонцентрацияэлектроновNe ,определенная из измерений штарковского уширения линий TiII, впредположении, что температуры электронов и ионов атома титана совпадают ( Te  Ti ), слабо-3меняется в диапазоне (3.5–1)  1015 см . Измеренные функции распределения по возбужденнымэлектронным состояниям атомов и ионов титана удовлетворительно аппроксимируютсяраспределениями Больцмана.С ростом плотности лазерного излучения температуравозбуждения TiII заметно увеличивается.

При плотности лазерного излучения 1.75 Дж×см-2диапазон изменения температуры ионизованных атомов титана Ti составляет 25×103–11×103 K(погрешность < 20%), а при 6 Дж∙см-2 - 31×103–14×103 K (погрешность <20%). Температуранейтральных атомов Ta возрастает незначительно. Температуры Ta и Ti слабо зависят отдавления кислорода и на различных расстояниях от мишени различаются во всем диапазонепараметров.Выполненосравнениерезультатовспектральныхизмеренийирасчетовконцентрации электронов, функций распределений по возбужденным электронным состоянияматомов и ионов титана в ЛИП.

Измеренные и рассчитанные значения N e , Ta и Ti находятся всогласии. В результате численного моделирования показано, что эволюцию состояния ЛИПможно разделить на две стадии: раннюю, соответствующую временам задержки вплоть до 10нс, и позднюю 100–300 нс. Наблюдаемое в эксперименте различие температур TiI и TiIIвозникает на поздней стадии вследствие нарушения локально-термодинамического равновесияв плазме. Установлено, что параметры Ne, Te, Ta и Ti достигают значений, соответствующихусловиям локального термодинамического равновесия, за время задержки td  1 нс. ЗначенияTe, Ta и Ti совпадают.

Это свидетельствует о том, что за формирование функции распределенияпо возбужденным электронным состояниям атомов и ионов титана отвечают столкновенияатомов и ионов с электронами. Ионизация атомов титана электронным ударом и трехчастичнаярекомбинация с участием электрона в качестве третьей частицы доминируют в установленииионизационного равновесия в ЛИП. Предсказанное моделью значение Ne варьируется впределах 1018–1020 см-3 и совпадает с её значением, рассчитанным по формуле Саха, призначениях Te, Ta и Ti в диапазоне 25×103–30×103 K.

Различие Ta и Ti на поздней стадииобъясняется тем, что формирование функции распределения по возбужденным состоянияматомов титана определяется возбуждением и де-возбуждением состояний TiI электроннымударом, а также их радиационным распадом. В формировании функций распределения повозбужденным электронным состояниям атомов и ионов титана наряду с указаннымипроцессами важную роль играют процессы стимулированного излучения и реабсорбции.Установлено, что свойства пленок, приготовленных методами PLD и PA-PLD, зависят отплотности лазерного излучения и способа возбуждения ВЧ разряда в камере. В пленках,39осажденных методом PLD, содержаться частицами с размерами от 0.2 мкм до 20 мкм и выше.Метод PA-PLD, развитый в диссертации, полностью исключает из пленок частицы размерамидо 20 мкм и выше.

Он позволяет: уменьшить в пленки содержание частиц размерами 0.8 – 2мкм (при плотности лазерного излучения <2 Дж/см2); улучшить их стехиометрию, увеличиваяпроцентное содержания кислорода; повысить скорость осаждения пленок до 2.5 Å/с; увеличитьвеличину показателя преломления и коэффициента пропускания. Таким образом, частицы,образованные в результате взаимодействия лазерного излучения с мишенями частичноустраняются при использовании ВЧ разряда.

Противоположная ситуация возникает в ВЧразряде, в котором, напротив, наблюдается образование кремниевых частиц в объеме плазмы.Последующий параграф посвящен описанию этого явления.В параграфе 5.2 выполнены исследования образования наночастиц кремния в ВЧразряде в смесях SiF4  H 2 и SiH 4  H 2 (в диапазоне времени горения разряда от 3 до 40 с).Результаты образования наночастиц в смеси SiF4  H 2 приводятся впервые. Экспериментывыполнены на установке, созданной итальянскими коллегами из лабораторий института IMIPCNR (Istituto di Metodologie Inorganiche e dei Plasmi, Consiglio Nazionale delle Ricerche) г. Бари(Италия). Для измерений размеров R p и концентрации N p наночастиц кремния, авторомдиссертации, разработаны и созданы методы рассеяния и поглощения лазерного излучениянаночастицами, основанные на теории Лоренца-Мие.

Установлено, что начало образованиячастиц в ВЧ разряде в SiF4  H 2 и SiH 4  H 2 происходит не ранее, чем через 3 с послевключения разряда. Процесс образования частиц оказывается чувствительным к полномудавлению смеси газов. Образование частиц наблюдается визуально при давлениях >0.5 Тор.Распределение интенсивности рассеянного лазерного излучения частицами однородно посечению разрядной камеры в смеси газов SiH 4  H 2 , в то время как, в смеси газов SiF4  H 2наблюдаютсяотдельныеобластирассеиванияизлучения,илокализованноевблизизаземленного электрода. Измеренные N p и R p лежат в диапазонах 1010 – 106 см-3 и 20 – 300 нм,соответственно, в смесях газов SiH 4  H 2 и SiF4  H 2 в диапазоне давлений 1.5–3.5 Тор.

Характеристики

Список файлов диссертации