Моделирование переноса и переосаждения вещества, распыляемого с электродов в тлеющем разряде

• Автор: Бонк, Ольга Григорьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Калуга
• Количество страниц: 116 с. : ил

Содержание

Введение
Г лава 1. Перенос и переосаждение распыленного вещества в тлеющем разряде и методы их моделирования (обзор литературы)
1.1. Распыление поверхности электродов
1.2. Движение распыленных атомов в разрядном объеме
1.3. Переосаждение распыленных атомов на электроды и
стенки разрядного объема
1.4. Модели переноса и переосаждения распыленного вещества
в тлеющем разряде
Выводы к главе
Глава 2. Диффузионный перенос и переосаждение распыленного вещества в цилиндрическом разрядном объеме
2.1. Влияние величины коэффициента конденсации распыленных атомов на стенках на их перенос в цилиндрической полости
2.2. Перенос распыленных атомов в цилиндрической разрядной камере с полым катодом
2.3. Влияние неравномерности распыления полого катода на перенос распыленных атомов
2.4. Влияние переосаждения распыленного вещества на динамику распределения плотности тока вдоль поверхности
полого катода
Выводы к главе
Г лава 3. Переосаждение распыленного вещества на катод с рельефной эмиссионной поверхностью

3.1. Постановка задачи о диффузионном переносе распыленных
атомов в разрядном объеме с сетчатым катодом
3.2. Алгоритм численного расчета переноса распыленных атомов
в разрядном объеме с сетчатым катодом
3.3. Переосаждение распыленного вещества на сетчатый катод
3.4. Переосаждение распыленного вещества на катод со
ступенчатым поверхностным рельефом
Выводы к главе
Глава 4. Перенос и переосаждение распыленного вещества в разряде переменного тока
4.1. Переосаждение распыленных атомов на электрод в разряде
с большим межэлектродным расстоянием
4.2. Перенос распыленных атомов в симметричном разряде
4.3. Перенос распыленных атомов в асимметричном разряде
Выводы к главе
Заключение
Литература
Приложение

Введение
Актуальность темы. Распыление поверхности твердого тела плазмой тлеющего разряда имеет место в различных газоразрядных приборах, таких как газовые лазеры, газоразрядные лампы и дисплеи и т.д., которые в настоящее время широко используются в различных областях науки и техники [1-4]. Срок службы этих приборов определяется процессом распыления эмиссионной поверхности их электродов ионами, ускоряемыми электрическим полем в катодном слое разряда [5-8]. Распыление в плазме тлеющего разряда также используется для нанесения тонких пленок [9-11] и является одним из эффективных способов модификации поверхности твердого тела, в частности, создания на ней нужного рельефа [12,13].
При распылении поверхности электродов в плазме, в отличие от ионного травления твердого тела в вакууме, распыленные атомы (РА), сталкиваясь с атомами заполняющего разрядный объем газа, теряют энергию и изменяют направление движения, причем некоторая их доля возвращается на распыляемую поверхность [14]. Переосаждение распыленного вещества может приводить к ухудшению эмиссионных свойств электродов, а следовательно, к сокращению срока службы прибора. Кроме того, РА, осаждаясь на стенках разрядного объема, сорбируют рабочий газ и уменьшают прозрачность оптических элементов прибора. Поэтому для создания долговечных газоразрядных приборов и усовершенствования плазменных технологий обработки материалов необходимо детальное изучение механизмов переноса распыленного вещества в разрядном объеме.
Одним из методов исследования процессов переноса и осаждения распыленного вещества в газоразрядной плазме является математическое моделирование. Оно осуществлялось как аналитическими, так и численными методами в ряде работ, где показано, что энергия РА постепенно уменьшается до средней тепловой энергии атомов газа, после чего они начинают двигаться в диффузионном режиме (такие РА называются терма-

уг = _£)^(г,1) = М.у ЗгМЬМ ----------------------------- (2.27)
э2 я ^ ДгтсЬ(^)[;г2(^„/г) -ь
Если ог = 1 и г» Я, выражения для у) и у7 совпадают с соответствующими соотношениями, полученными в работе [98].
В предельном случае а = 0 (у/= 0) условие (2.17) принимает форму

= 0, (2.28)

^(кЯ) = 0. (2.29)
Решение уравнения (2.29) определяется выражением ктЯ = /ит, где /лт -
нули функции }х(кЯ). При этом соотношение (2.18) можно записать в виде “ •
X ктстсНктЬУо(ктг) = &-е. (2.30)
т=1 и
Используя формулу для коэффициентов разложения функции у0 / П - £ в ряд Фурье-Бесселя по функциям .Го(&,„г) [109], из (2.30) получим

(2.31)
я%{ктя)Ко
Я-Ц(ктЯ)Е> )кт и, следовательно, сп =0. В этом случае, согласно условию (2.30),
§ = ^ (2-32)
Таким образом, концентрация РА в разрядном объеме описывается выражением
п = ^(Ь-2), (2.33)
а плотности потоков РА у) и у) на боковую стенку и основание г = Ь равны
Л = 0» Л = 7 о-' (234)
т.е. все РА осаждаются на основание цилиндра.