Автореферат (1102519)
Текст из файла
На правах рукописиНеклюдова Полина АлексеевнаВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НА ФИЗИЧЕСКИЕПРОЦЕССЫ И ПАРАМЕТРЫ ПЛАЗМЫ ИНДУКТИВНОГОВЧ РАЗРЯДАСпециальность 01.04.08 – физика плазмыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква - 2013Работа выполнена на кафедре физической электроники физического факультетаМГУ имени М.В.Ломоносова.Научный руководитель:докторфизико-математическихКралькина Елена Александровнанаук,Официальные оппоненты:Руденко Константин Васильевич,доктор физико-математическихбюджетное учреждение наукиакадемии наукнаук, в.н.с., Федеральное государственноеФизико-технологический институт РоссийскойАрсенин Алексей Владимирович,кандидат физико-математических наук, доцент, Федеральное государственноеавтономное образовательное учреждение высшего профессионального образования«Московский физико-технический институт (государственный университет)»Ведущая организация:Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей физикиим.
А.М. Прохорова Российской академии наукЗащита состоится «5» июня 2014г в 15-00 на заседании диссертационного советаД 501.001.66 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносовапо адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 2, Физический факультет МГУ,ауд. СФА.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке МГУ имениМ.В.Ломоносова и на сайте phys.msu.ru/rus/research/disser/sovet-D501-001-66/.Автореферат разослан «» апреля 2014г.Ученый секретарь диссертационного совета Д 501.001.66,кандидат физико-математических наукИ.Н.КарташовОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темыИндуктивный ВЧ разряд низкого давления является неотъемлемой частьюмногочисленных земных и космических технологий.
Разряд используется вполупроводниковой промышленности при производстве микросхем, в качествеактивной среды космических электрореактивных двигателей, источников света, впроцессах поверхностной модификации материалов, напыления и осажденияпокрытий.В последние годы одной из основных тенденций развития микроэлектроникиявляется уменьшение размеров разрабатываемых устройств. Само названиеобласти науки и техники «микроэлектроника» все чаще заменяется словом«наноэлектроника», фиксируя изменение характерных размеров создаваемыхструктур. Процесс миниатюризации требует использования новых материалов,гибкого и тонкого управления технологическими процессами производствамикросхем. Кроме того предполагается, что устройства будущего будутизготавливаться на пластинах всё больших размеров.
Таким образом, развитиетехнологий микро- и наноэлектроники требуют создания гибко управляемыхплазменных рабочих процессов, позволяющих получать протяженные участкиравномерной плотной плазмы. Актуальными задачами настоящего и будущегоявляются также понижение энергии ионов и уменьшение потока фотонов в разряде,вызывающих повреждения создаваемых структур.Использование индуктивного ВЧ разряда в качестве активной средыэлектрореактивных двигателей требует реализации условий его поддержания, прикоторых достигается максимальный ток ионов при минимальных энергозатратах ирасходе рабочего газа.
Немаловажным требованием является и гибкое управлениепараметрами двигателя. Актуальными задачами настоящего и будущего физики итехники ВЧ индуктивных ионных двигателей являются: обеспечение максимальноговложения ВЧ мощности, отдаваемой ВЧ генератором во внешнюю цепь, генерацияплотной плазмы при минимальных энергозатратах, получение протяженного участкаоднородной плазмы вблизи ионно-оптической системы.Одной из важных задач нахождения энергоэффективных режимов ионныхдвигателей является минимизация затрат энергии на возбуждение атомов посравнению с энергозатратами на ионизацию атомов рабочего газа электронами.Напротив, для энергоэффективных режимов горения ВЧ индуктивных источниковсвета необходимо создать условия, при которых наряду с поддержанием процессаионизации газа будет обеспечен максимальный выход излучения. Соотношениемежду скоростями ионизации и возбуждения атомов в разряде определяется видомэнергетического распределения электронов.
В связи с этим актуальной задачейявляется нахождение факторов, позволяющих управлять видом функциираспределения электронов. В целом, практическое использование разряда, развитиеи оптимизация характеристик источников плазмы (ИП), предназначенных дляреализации плазменных технологий, ставят задачу нахождения ключевых внешнихфакторов влияния на разряд, позволяющих управлять его основными параметрами,а именно: концентрацией и функцией распределения электронов по энергиям(ФРЭЭ), пространственным распределением указанных величин, способностьюплазмы поглощать ВЧ мощность.
Несмотря на повышенный интерес кисследованиям в этом направлении, на данный момент вопрос об основных внешних3параметрах и механизмах, влияющих на параметры индуктивного ВЧ разряда, изучендалеко не полно и остается открытым, что позволяет считать тему диссертационнойработы актуальной.Цель работы••Изучение на основании экспериментальных исследований и численногомоделирования влияния давления в диапазоне (1·10-3 –1 Тор) и рода газа,мощности ВЧ генератора (0 – 500 Вт), рабочей частоты (2, 4 и 13.56 МГц), величиныиндукции внешнего магнитного поля (0 – 50 Гс), емкостной составляющей разрядана пространственное распределение и величину параметров плазмы,закономерности энерговклада в плазму технологического ВЧ индуктивногоисточника плазмы, работающего на инертных газах (гелии, неоне, аргоне икриптоне).Выделение основных внешних параметров и механизмов, влияющих напространственное распределение и величину параметров плазмы, энерговклад вплазму технологического ВЧ индуктивного источника плазмы, работающего наинертных газах.Научная новизна работы•Впервые выполнено комплексное систематическое исследование параметровплазмы: энергетического распределения, эффективной температуры,концентрации электронов — в технологическом ВЧ индуктивном источникеплазмы в широком диапазоне давлений 0.1—1000 мТор.
Обнаруженынемонотонные зависимости концентрации и эффективной температурыэлектронов от давления.•Продемонстрировано, что в индуктивном ВЧ разряде в аргоне и криптонечастота упругих столкновений электронов с атомами в диапазоне давлений0.01 – 0.2 Тор ниже, чем в гелии.
Эффект является результатом того, чтоэнергия основной массы медленных электронов в аргоне и криптоне лежит вобласти локального минимума сечений упругого рассеяния электронов наатомах.На основании экспериментальных данных и численного моделированиявпервые проанализировано влияние емкостной составляющей, рабочейчастоты, давления и величины внешнего магнитного поля на эффективностьпоглощения ВЧ мощности плазмой индуктивного ВЧ разряда.Найдены области резонансного поглощения ВЧ мощности плазмой приналичии внешнего магнитного поля. Показано, что в области резонанса ВЧполя проникают вглубь плазмы и приводят к нагреву электронов вцентральных частях разряда.Выделены основные факторы, влияющие на величины концентрации,эффективной температуры электронов, пространственное распределение этихпараметров.•••Достоверность полученных результатовЭкспериментальные результаты получены на различных экспериментальныхустановках с привлечением нескольких независимых диагностических методик.4Измерения выполнялись на сертифицированном оборудовании с применениемсовременных методик обработки и сбора данных.
Полученные результатысопоставлены с результатами других групп исследователей. Выполнено численноемоделирование параметров разряда, которое сопоставлено с экспериментом. Этопозволяет считать полученные результаты полностью обоснованными идостоверными.Практическая и теоретическая ценность работыПолученные результаты могут служить основой для объяснения физическихсвойств индуктивного и гибридного ВЧ разрядов в инертных газах, построенияполной физической модели разрядов. Кроме того, результаты работы позволяютвыделить основные внешние параметры, влияющие на характеристики плазмытехнологических ВЧ индуктивных источников плазмы.
Результаты, представленные вдиссертации, могут быть востребованы при разработке и оптимизации плазменныхреакторов для полупроводниковой промышленности, ВЧ электрореактивныхдвигателей, источников ионов и света.Основные положения диссертации, выносимые на защиту•••Результаты систематического экспериментального исследования влияния внешнихусловий разряда на величины и пространственное распределение параметровплазмы (концентрации, эффективной температуры электронов, эквивалентногосопротивления плазмы) технологического индуктивного ВЧ источника плазмы вдиапазонах давления 1·10-3 – 1 Тор инертных газов (гелия, неона, аргона иликриптона), мощности ВЧ генератора 0 – 500 Вт при частотах 2, 4 и 13.56 МГц,индукции внешнего магнитного поля 0 – 50 Гс.Результаты численного моделирования физических процессов в индуктивном ВЧразряде.Результаты анализа влияния емкостной составляющей, рабочей частоты,давления и рода инертного газа, величины внешнего магнитного поля навеличины и пространственное распределение параметров плазмы, эффективностьпоглощения ВЧ мощности плазмой индуктивного ВЧ разряда.Апробация диссертацииОсновные результаты работы обсуждались на семинарах кафедры физическойэлектроники физического факультета МГУ и докладывались на следующих конференциях:1.
Международная конференция «Физика высокочастотных разрядов». Казань,2011.2. XXXVIII международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы иУТС. Звенигород, 2011.3. XXXIX международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС.Звенигород, 2012.4. 11-ая международная конференция «Авиация и космонавтика – 2012». Москва,2012.5. XL международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС.Звенигород, 2013.6. Научная конференция «Ломоносовские чтения –2013».
Москва, 2013.7. 4th Workshop on Radio frequency Discharges. La Presqu'île de Giens, France, 2013.5ПубликацииОсновные результаты диссертации опубликованы в 8 статьях в рецензируемыхнаучных журналах из перечня ВАК России и 12 тезисах в сборниках трудов конференций.Личный вклад автораВсе представленные в диссертационной работе оригинальные результатыполучены лично автором, либо при его непосредственном участии. Авторомосуществлялись проведение эксперимента, обработка, анализ экспериментальныхданных, численное моделирование. При участии автора проводилась интерпретациярезультатов численного моделирования эксперимента.Структура и объем диссертацииДиссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Первая глава носит вводныйхарактер и содержит обзор литературы, вторая глава содержит описание установки, основныхиспользованных экспериментальных методов и математических моделей, использованныхдля численного моделирования физических процессов в индуктивном ВЧ разряде.
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}
