Диссертация (1102520)

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

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М.В.ЛомоносоваФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТкафедра физической электроникиНа правах рукописиНеклюдова Полина АлексеевнаВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ УСЛОВИЙ НАФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ПАРАМЕТРЫПЛАЗМЫ ИНДУКТИВНОГО ВЧ РАЗРЯДАСпециальность 01.04.08 – физика плазмыДиссертацияна соискание ученой степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:д. ф.-м. н.Кралькина Е.А.Москва – 20132ОглавлениеВведение…………………………………………………………………...……..4Глава 1.

Обзор литературы…………………………………………………...241.1. Индуктивный ВЧ разряд...........................................................................241.2. Индуктивный ВЧ разряд с внешним магнитным полем........................411.3. Постановка задачи…………………………………………………….....47Глава 2. Методика измерений и численных расчетов…………………….482.1. Схема экспериментальной установки…………………………………..482.2.

Методика экспериментов ……………………………………………….512.3. Методика численных расчетов………………………………………….62Глава 3. Влияние внешних условий на параметры плазмы ВЧиндуктивного технологического источника плазмы……………733.1. Параметры плазмы индуктивного ВЧ разряда в области скин-слоя….733.2. Результаты измерения эквивалентного сопротивления плазмы………903.3. Результаты расчетов эквивалентного сопротивления плазмы………...973.4.

Возможности управления параметрами плазмы ВЧ индуктивноготехнологического источника плазмы путем изменения внешнихпараметров разряда……………………………………………………..102Глава 4. Влияние внешних параметров на пространственноераспределение концентрации и эффективной температурыэлектронов…………………………………………………………..1034.1. Особенности индуктивного ВЧ разряда,наблюдаемые при изменении давления и рода газа…………………..1034.2. Длины свободного пробега λи релаксации энергии λ ε электронов..………………………………...1064.3.

Пространственное распределение параметров плазмы……………...1114.4. Результаты математического моделированияиндуктивного ВЧ разряда PIC методом……………………………….1224.5. Возможности управления пространственным распределениемпараметров плазмы……………………………………………………...138Глава 5. Влияние внешнего магнитного поля на параметрыплазмы индуктивного ВЧ разряда……………………………….1395.1.

Влияние величины индукции внешнего магнитного поля наэффективность вложения ВЧ мощности в плазму……………………1395.2. Влияние величины индукции внешнего магнитного поля напространственное распределение ионного тока насыщения………...14135.3. Влияние величины индукции внешнего магнитного поля напространственное распределение концентрациии эффективной температуры электронов ……….………………….....146Основные результаты и выводы……………………………………………154Благодарности ……………………………………………………………..….156Список цитированной литературы……………………….…..…….…157Список публикаций по теме диссертации..……………………...………...1704ВВЕДЕНИЕАктуальность темыИндуктивныймногочисленныхВЧземныхразряднизкогодавленияикосмическихявляетсятехнологий.неотъемлемойРазрядчастьюиспользуетсявполупроводниковой промышленности при производстве микросхем, в качестве активнойсреды космических электрореактивных двигателей, источников света, в процессахповерхностной модификации материалов, напыления и осаждения покрытий.В последние годы одной из основных тенденций развития микроэлектроники являетсяуменьшение размеров разрабатываемых устройств.

Само название области науки и техники«микроэлектроника» все чаще заменяется словом «наноэлектроника», фиксируя изменениехарактерныхразмеровсоздаваемыхструктур.Процессминиатюризациитребуетиспользования новых материалов, гибкого и тонкого управления технологическимипроцессами производства микросхем. Кроме того предполагается, что устройства будущегобудут изготавливаться на пластинахвсё больших размеров. Таким образом, развитиетехнологий микро- и наноэлектроники требуют создания гибко управляемых плазменныхрабочих процессов, позволяющих получать протяженные участки равномерной плотнойплазмы. Актуальными задачами настоящего и будущего являются также понижение энергииионов и уменьшение потока фотонов в разряде, вызывающих повреждения создаваемыхструктур.ИспользованиеиндуктивногоВЧразрядавкачествеактивнойсредыэлектрореактивных двигателей требует реализации условий его поддержания, при которыхдостигается максимальный ток ионов при минимальных энергозатратах и расходе рабочегогаза.

Немаловажным требованием является и гибкое управление параметрами двигателя.Актуальными задачами настоящего и будущего физики и техники ВЧ индуктивных ионныхдвигателей являются: обеспечение максимального вложения ВЧ мощности, отдаваемой ВЧгенератором во внешнюю цепь, генерация плотной плазмы при минимальных энергозатратах,получение протяженного участка однородной плазмы вблизи ионно-оптической системы.Одной из важных задач нахождения энергоэффективных режимов ионных двигателейявляетсяминимизациязатратэнергиинавозбуждениеатомовпосравнениюсэнергозатратами на ионизацию атомов рабочего газа электронами.

Напротив, дляэнергоэффективных режимов горения ВЧ индуктивных источников света необходимо создатьусловия, при которых наряду с поддержанием процесса ионизации газа будет обеспечен5максимальный выход излучения. Соотношение между скоростями ионизации ивозбуждения атомов в разряде определяется видом энергетического распределенияэлектронов. В связи с этим актуальной задачей является нахождение факторов, позволяющихуправлять видом функции распределения электронов. В целом, практическое использованиеразряда, развитие и оптимизация характеристик источников плазмы (ИП), предназначенныхдля реализации плазменных технологий, ставят задачу нахождения ключевых внешнихфакторов влияния на разряд, позволяющих управлять его основными параметрами, а именно:концентрациейифункциейраспределенияэлектроновпоэнергиям(ФРЭЭ),пространственным распределением указанных величин, способностью плазмы поглощать ВЧмощность. Несмотря на повышенный интерес к исследованиям в этом направлении, наданный момент вопрос об основных внешних параметрах и механизмах, влияющих на параметрыиндуктивного ВЧ разряда, изучен далеко не полно и остается открытым, что позволяет считатьтему диссертационной работы актуальной.Цель работы•Изучение на основании экспериментальных исследований и численного моделированиявлияния давления в диапазоне (1·10-3 –1 Тор) и рода газа, мощности ВЧ генератора (0 – 500Вт), рабочей частоты (2, 4 и 13.56 МГц), величины индукции внешнего магнитного поля (0 –50 Гс), емкостной составляющей разряда на пространственное распределение и величинупараметров плазмы,закономерности энерговклада в плазму технологического ВЧиндуктивного источника плазмы, работающего на инертных газах (гелии, неоне, аргоне икриптоне).•Выделение основных внешних параметров и механизмов, влияющих на пространственноераспределение и величину параметров плазмы, энерговклад в плазму технологического ВЧиндуктивного источника плазмы, работающего на инертных газах.Научная новизна работы•Впервые выполнено комплексное систематическое исследование параметров плазмы:энергетического распределения, эффективной температуры, концентрации электронов— в технологическом ВЧ индуктивном источнике плазмы в широком диапазонедавлений 0.1—1000 мТор.

Обнаружены немонотонные зависимости концентрации иэффективной температуры электронов от давления.6•Продемонстрировано, что в индуктивном ВЧ разряде в аргоне и криптонечастота упругих столкновений электронов с атомами в диапазоне давлений 0.01 – 0.2Тор ниже, чем в гелии. Эффект является результатом того, что энергия основноймассы медленных электронов в аргоне и криптоне лежит в области локальногоминимума сечений упругого рассеяния электронов на атомах.•На основании экспериментальных данных и численного моделирования впервыепроанализировано влияние емкостной составляющей, рабочей частоты, давления ивеличины внешнего магнитного поля на эффективность поглощения ВЧ мощностиплазмой индуктивного ВЧ разряда.•Найдены области резонансного поглощения ВЧ мощности плазмой при наличиивнешнего магнитного поля.

Показано, что в области резонанса ВЧ поля проникаютвглубь плазмы и приводят к нагреву электронов в центральных частях разряда.•Выделены основные факторы, влияющие на величины концентрации, эффективнойтемпературы электронов, пространственное распределение этих параметров.Достоверность полученных результатовЭкспериментальные результаты получены на различныхэкспериментальныхустановках с привлечением нескольких независимых диагностических методик.

Измерениявыполнялись на сертифицированном оборудовании с применением современных методикобработки и сбора данных. Полученные результаты сопоставлены с результатами другихгрупп исследователей. Выполнено численное моделирование параметров разряда, котороесопоставлено с экспериментом.

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 диссертации