Диссертация (1150443)
Текст из файла
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГОПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙМИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»На правах рукописиАинов Мацак АлексеевичФУНКЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИОНОВ ПОСКОРОСТЯМ В ПЛАЗМЕ СОБСТВЕННОГО ГАЗАСпециальность 01.04.08 —«Физика плазмы»Диссертация на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорМустафаев Александр Сеит-УмеровичСанкт-Петербург — 20162ОглавлениеСтр.Введение . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Глава 1. Обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.1Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.2Анализ работ по определению ФРИ в разрядах различного типа .12Выводы к главе 1.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18Глава 2. Экспериментальное определение ФРИ в плазметлеющего газового разряда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.1Введение и постановка задачи2.2Метод измерения ФРИ с помощью плоского одностороннего зонда 192.3. . . . . . . . . . .
. . . . . . . . .192.2.1Теоретические основы метода . . . . . . . . . . . . . . . . .192.2.2Описание установки, конструкции зондов и зондового узла242.2.3Восстановление полной ФРИ ионов в положительномстолбе газового разряда в He, Ar и парах Hg . . . . . . . .30Обсуждение результатов главы 2 . . . . .
. . . . . . . . . . . . . .36Выводы к главе 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Глава 3. Расчет ФРИ в плазме собственного газа в условиях,когда основным процессом является резонанснаяперезарядка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423.1Введение и постановка задачи. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . .3.2ФРИ в случае сильного поля с учетом только резонанснойперезарядки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .433.2.1Получение основных соотношений . . . . . . . . . . . . . .433.2.2Сравнение с экспериментальными данными по ФРИ иобсуждение результатов для случая сильного поля . . . .
.3.34251ФРИ в случае произвольного поля с учетом только резонанснойперезарядки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .613.3.161Получение основных соотношений . . . . . . . . . . . . . .33.3.2Сравнение с экспериментальными данными по ФРИ иобсуждение результатов для случая произвольного поля .3.467Учет упругих столкновений при расчете ФРИ в собственном газе773.4.1Получение основных соотношений . . . . . .
. . . . . . . .783.4.2Обсуждение результатов по учету упругих столкновенийи сравнение с данными других авторов . . . . . . . . . . .Выводы к главе 384. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95Приложение 3.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96Приложение 3.2. . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98Приложение 3.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102Приложение 3.4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104Глава 4. PIC моделирование . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 1074.1Введение и постановка задачи4.2Моделирование движения ионов в собственном газе . . . . . . . . 1094.2.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107Выбор модели для описания столкновения иона ссобственным атомом с учетом упругих столкновений . . . 1094.2.2Выбор модельного дифференциального сечениярассеяния при столкновении иона с собственным атомом .
1164.3Расчет ФРИ для ионов + , + и + в собственных газах. . 1214.4Обсуждение полученных результатов и сравнение расчетов ФРИметодом Монте-Карло с результатами аналитической теории иданными эксперимента . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 124Выводы к главе 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152Список сокращений и условных обозначений . . . . . . . . . . . . . 154Список литературы . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155Список рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167Список таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1744ВведениеАктуальность работыФункция распределения ионов (ФРИ) по скоростям представляет особыйинтерес в связи с тем, что процессы с участием ионов играют важнейшую рольво многих явлениях. К ним относятся: плазмохимические реакции, идущие сучастием ионов в различных видах газового разряда; процессы, протекающие вионосфере под влиянием солнечного ветра; процессы взаимодействия потоковионов с поверхностями твердых и жидких веществ; влияние ионов на свойствапылевой плазмы, и ряд других. Важные технические приложения: современныеплазменные нанотехнологии; тонкая очистка ионами поверхности материалов;технологии создания рельефов на поверхности за счёт избирательного травления при бомбардировке потоками ионов; ионные двигатели малой тяги длякосмических аппаратов и др.
Вполне понятно, что основные характеристикипроцессов, протекающих в вышеперечисленных явлениях (и в большом числедругих), определяются именно ФРИ.Несмотря на то, что первые попытки нахождения ФРИ предпринималисьеще в середине прошлого века, можно с уверенностью утверждать, что задачанахождения ФРИ в плазме газового разряда, далека от своего решения как сэкспериментальной, так и с теоретической точки зрения. Действительно, какбудет видно из материала Гл. 1 данной работы, успехи в экспериментальномопределении ФРИ, в основном, связаны с применением масс - спектрометрии вразрядах, перспективных для плазмохимических технологий травления поверхностей с применением индуктивно связанного разряда, различных модификаций емкостных разрядов и т. п. Кроме того, основной интерес исследователейздесь связан с ФРИ, бомбардирующих поверхность образца.
ФРИ же в объемеплазмы может кардинально отличаться от таковой вблизи мишеней установокдля ионного травления, поскольку, как правило, вблизи поверхностей этих мишеней, либо из технологических соображений, либо по естественным причинамобразуются двойные слои нескомпенсированных зарядов, при движении в полекоторых ионы изменяют свою функцию распределения.Аналогично, теоретическое исследование ФРИ началось тоже примерно всередине прошлого века (см. Гл.1). Здесь также основные успехи в исследовании5ФРИ связаны с распределением ионов, бомбардирующих различные типы мишеней в разрядах, которые применяются для плазменной модификации свойствповерхностей материалов. Надо отметить, что ФРИ в большинстве газовых разрядов является сильно анизотропной, что затрудняет ее исследование. В последнее время появляются единичные работы по численному моделированию ФРИв объеме плазмы, однако, среди исследователей существуют серьезные разногласия в вопросах описания процессов столкновения ионов с атомами, особенноионов с собственными атомами, когда велика вероятность процесса резонанснойперезарядки.
В частности, как будет видно из дальнейшего, нет единого мнения по поводу концепции учета упругого рассеяния иона при его столкновениис собственным атомом.Таким образом, можно констатировать, что тема работы является весьмаактуальной, с одной стороны, по причине ее важности для многочисленныхобластей науки и техники, с другой - по причине ее недостаточной изученности.Цель настоящей работы - экспериментальное и теоретическое исследование ФРИ в DC - плазме газового разряда собственного газа в широкомдиапазоне параметров плазмы. При этом теоретическое рассмотрение будетпроводиться с применением как аналитических методов исследования, так иметодов численного моделирования методом Монте - Карло.Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:1.
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}
