Диссертация (1102520), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Экспериментально показано, что частота столкновений электронов с атомами вдиапазоне 3•106 – 3•107с-1 однозначно определяет эквивалентное сопротивлениеплазмы, которое при фиксированной плотности электронов не зависит от родаинертного газа. При частотах столкновений более 1•108с-1 значительный вклад вэквивалентное сопротивление вносит емкостная составляющая разряда, влияниекоторой зависит от рода инертного газа. Наибольший вклад при одной и той жечастоте столкновения наблюдается в тяжелых инертных газах.3.
Рост мощности ВЧ генератора приводит к увеличению концентрации электронов,понижениюактивногосопротивленияплазмы,усилениюиндуктивнойсоставляющей разряда и уменьшению эффективной температуры электронов. Припадении эффективной температуры до величин, близких к 1эВ, в аргоне и криптоневследствие эффекта Рамзауэра уменьшается частота упругих столкновенийэлектронов с атомами, растут длина свободного пробега и длина релаксацииэнергии электронов. Так, при мощностях ВЧ генератора более 300 Вт в диапазоне155давлений 0.01 – 0.2 Тор частота упругих столкновений электронов с атомами вразряде в газах, где проявляется эффект Рамзауэра, становится ниже, чем в гелии.4.
Основным внешним параметром, влияющим на пространственное распределениеконцентрации и эффективной температуры электронов, является давлениенейтрального газа, от которого зависит соотношение между геометрическимразмером источника плазмы, длиной свободного пробега и длиной релаксацииэнергии электронов. При давлениях, не превышающих 10 мТор, функциираспределения электронов по энергиям, полученные зондовым методом, являютсянеравновесными. Данные, полученные с помощью стандартной спектральнойдиагностики определения эффективной температуры электронов по отношениюинтенсивностей спектральных линий, указывают на присутствие в области скинслоявысокоэнергетичныхэлектронов.Предположениеосуществованиивысокоэнергетичных электронов в индуктивном ВЧ разряде подтвержденорезультатами численного моделирования, которые показали, что при низкихдавлениях под действием азимутальных ВЧ полей в области скин-слояформируется направленное азимутальное осцилляторное движение электронов.При давлении 0.2 Тор, когда длина релаксации энергии электронов становитсясравнимой с толщиной скин-слоя, в центральной части разряда эффективнаятемпература электронов становится ниже, чем на периферии.
Наиболее однородноерадиальное распределение ионного тока насыщения удается получить придавлении аргона порядка 0.1 Тор. Максимальная область однородности плазмы,полученная в настоящих экспериментах, составляет величину порядка 20 см.5. При наложении внешнего магнитного поля экспериментально были обнаруженыобласти резонансного поглощения ВЧ мощности, соответствующие условиямрезонансноговозбуждениясвязанныхмеждусобойгеликоновикосыхленгмюровских волн. В области резонансов эффективная температура электронов вцентральных областях источника плазмы выше, чем на периферии.
Вне областирезонансаэффективнаятемпературавышевблизистенок.Численноемоделирование показывает, что в области резонанса ВЧ поля проникают вглубьплазмы и приводят к нагреву электронов в центральных областях разряда.Максимальная область однородности плазмы получена при давлениях аргона 0.1 –4 мТор и составляет величину порядка 30 см.156БлагодарностиВзаключениехочувыразитьглубокуюблагодарностьмоемунаучномуруководителю, ведущему научному сотруднику Кралькиной Елене Александровне, завнимательноеруководство,предложеннуютему,многократныеплодотворныеобсуждения работы и доброе отношение,профессору Александрову Андрею Федоровичу за внимание к работе, за многочисленныеобсуждения результатов работы и полезные замечания, сделанные им при выполненииработы,доценту Карташову Игорю Николаевичу за многочисленные полезные замечания,сделанные им при выполнении работы,Павлову Владимиру Борисовичу за помощь при освоении экспериментальногооборудования и проведении экспериментов,ВавилинуКонстантинуВикторовичузапомощьприпроведениичисленногомоделирования и обсуждении результатов,Тараканову Владимиру Павловичу, создателю кода KARAT, за помощь в адаптациипрограммы для моделирования индуктивного ВЧ разряда,ЧжаоЧэнюзапереданныйопытвпроведенииэкспериментовиосвоенииэкспериментального оборудования,аспирантам и студентам лаборатории физики ВЧ разрядов, плазменных ВЧ технологий икосмических движителей кафедры физической электроники МГУ за поддержку и помощьпри выполнении работы,а также всему коллективу кафедры физической электроники физического факультетаМГУ за внимание к моей работе.Работа выполнена на оборудовании, приобретенном в рамках программы развития МГУПНР–5, при финансовой поддержке Росийского фонда фундаментальных исследований(грант РФФИ № 12–02–31760мол_а).157Список цитированной литературы1.
Lieberman M. A., Lichtenberg A. J. Principles of plasma discharges and materialsprocessing, second edition. — Hoboken. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2005. —757 p.2. Chamber P., Braithwaite N. Physics of Radio-frequency Plasmas. N. Y. 2011. 383 p.3. Donnelly V.M. and Kornblit A. Plasma etching: Yesterday, today, and tomorrow // J.Vac. Sci. Technol. A. — 2013.
— V.31. — N.5. — P. 050825—050825-48.4. Chen F.F. High Density Plasma Sources / edited by Oleg A.Popov. — Park Ridge, NewJersey: Noyes Publications, 1996. — P.1 – 75.5. Conrads H. and Schmidt M. Plasma generation and plasma sources // Plasma SourcesSci. Technol. — 2000. — V.9. — P.441–454.6.
Hopwood J. Review of inductively coupled plasmas for plasma processing // PlasmaSources Sci.. Tech. — 1992. — V.1. — P.109-116.7. Орликовский А.А., Руденко К.В., Аверкин С.Н. Прецизионные плазмохимическиепроцессы микроэлектроники на базе серии пилотных установок с масштабируемымICP-источником плазмы // Химия высоких энергий. — 2006. — Т.
40. — № 3. —С.220-232.8. Goebel D. M. and Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters.John Wiley & Sons, 2008. — 508 p.9. H.W.Loeb, K.-H.Schartner, B.K.Meyer, D.Feili,St.Weis, D.Kinnse. Forty Years ofGiessen EP-Activities and the Recent RIT-Microthruster Development // IEPC 2005 –031. — Princeton, 2005. — P.1-11.10. Groh K. H. and Loeb H.
W. State-of-the-Art of Radio-Frequency Ion Thrusters // J.Propulsion. —1991. —V.7. — N.4. — P.573—579.11. Abgaryan V. K., Loeb H. V., Obukhov V. A., Shkarban I. I. High-frequency ion sourcesof inert and chemically active gases // Journal of Surface Investigation. X-ray,Synchrotron and Neutron Techniques. — 2012. — V.6. — N.4. — P.693-698.12. Попов О.А. Индукционные источники света. Учебное пособие. — М: Изд. домМЭИ, 2010. — 64 c.13. Plasma Surface Modification of Polymers: Relevance to Adhesion / edited by Strabel M.,Lyons C. S., Mittal K.L. VSP. Utrecht. The Netherlands.
1994. — 290 p.15814. Bisten M., Freisinger J., Heland J., Krempel-Hesse J., Krumeich J., Loeb H., andNeumann P. The RF-ion Sources 'RIM' and 'PRIS' for material processing and surfacemodification // IEPC. — 1991. — N.91-066.15. Uchiba T.Application of Radio-Frequency Discharged Plasma Produced in ClosedMagnetic Neutral Line for Plasma Processing // Jpn. J. Appl. Phys.
— 1994. — V.33. —P.L43-L44.16. Tsuboi H., Itoh M., Hayashi T., Uchiba T. Usefulness of Magnetic Neutral LoopDischarge Plasma in Plasma Processing // Japan J. Appl. Phys. —1995. — V.34. —P.2476–2481.17. Yoshida Z. and Uchiba T. Plasma Production Using Energetic Meandering Electrons //Japan J. Appl. Phys. — 1995.
— V.34. — P.4213–4216.18. Uchiba T. Magnetically neutral loop discharged plasma sources and system // J. Vac. Sci.Technol A. — 1998. — V.16. — P.1529.19. UchidaT. and Hamaguchi S. Magnetic neutral loop discharge (NLD) plasmas for surfaceprocessing // J. Phys. D: Appl. Phys. — 2008. — V.41. — P.083001-1–083001-21.20. АрсенинА.В.,ЛейманВ.Г.,ТаракановВ.П.Численноемоделированиевысокочастотного индукционного разряда с нейтральным контуром (NLD) //Краткие сообщения по физике ФИАН.
— 2003. — Т.4. — С.19 – 29.21. Roderick W. B.Method and apparatus for producing large volume magnetoplasmas.United States Patent 4,810,935. 1989.22. Y.Ye et al. Plasma reactor with internal inductive antenna capable of generating heliconwave. United States Patent 6,178,920. 2001.23. Quick A. K., Chen R. T. S.
and Hershkowitz N. Etch rate and plasma density radialuniformity measurements in a cusped field helicon plasma etcher // J. Vac. Sci. Technol.A. —1996. — V.14. — P.1041―1045.24. Hittorf W. Ueber die Electricitätsleitung der Gase //Ann. Phys. Chem. — 1884. — V.21.— P.90-139.25. Thomson J.J.
On the Illustration of the Properties of the Electric Field by Means of Tubesof Electrostatic Induction // Phil. Mag. — 1891. — V.31. — N.190. — P.149–171; —V.32. — P.321–336.26. Eckert H.U. Proc. 2nd Ann. Int. Conf. On Plasma Chemistry and Technology / edited byH. V. Boenig. Technomic Pub.Co., 1986. — 202 p.15927. Pippard A.B. The Surface Impedance of Superconductors and Normal Metals at HighFrequencies.
II. The Anomalous Skin Effect in Normal Metals// Proc. R.Soc. A. — 1947.— V.191. — P.385.28. Kolobov V.I. and Economou D.J. The anomalous skin effect in gas discharge plasmas //Plasma Sources Sci. Technol. — 1997. — V.6. — P.R1-R17.29. Reuter G.E.H., Sondheimer E.H. The Theory of the Anomalous Skin Effect in Metals //Proc. R. Soc. A. — 1948. — V.195.
— P.336-364.30. Силин В.П., Рухадзе А.А. Электромагнитные свойства плазмы и плазмоподобныхсред.— М.: Госатомиздат, 1961. — 244с.31. Thomson J.J. The electrodeless discharge through gases // Phil. Mag. 4. — 1927. —N.25. — P.1128 – 1160.32. Piejak R.B., Godyak V.A., and Alexandrovich B.M.
A simple analysis of an inductive RFdischarge// Plasma Sources. Sci.Technol. — 1992. — V.1. — P.179―186.33. Godyak V.A., Piejak R.B., and Alexandrovich B.M. Electrical characteristics andelectron heating mechanism of an inductively coupled argon discharge // Plasma Sources.Sci.Technol. — 1994. — V.3. — P.169―176.34. Godyak V.A., Piejak R.B., and Alexandrovich B.M. Experimental setup and electricalcharacteristics of an inductively coupled plasma // J. of Appl. Phis. — 1999.
— V.85. —N.2. — P.703―712.35. Gudmundsson J.T. and Liberman M.A. Magnetic induction and plasma impedance in acylindrical inductive discharge // Plasma Sources Sci. Tech. — 1997. — V.6. — P.540550.36. Гинзбург В.Л., Рухадзе А.А. Волны в магнитоактивной плазме. — М.: Наука, 1975.— 256с.37. Кралькина Е. А. Индуктивный высокочастотный разряд низкого давления ивозможности оптимизации источников плазмы на его основе // УФН. — 2008. —Т.178. — №5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
