Динамика микрочастиц в плазменно-пылевых ловушках

• Автор: Рябинкин, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ

ГЛАВА 1. КОАГУЛЯЦИЯ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕ

1Л. Введение

1.2. Изучение динамики коагуляции частиц

1.2.1. Эксперимент

1.2.2. Коагуляция в рамках диффузионной модели

1.3. Коагуляция в ловушке магнетронного разряда

1.3.1. Исследование коагуляции постфактум

1.3.2. Исследование динамики коагуляции частиц в ловушке на основе анализа рассеянного частицами лазерного излучения

1.3.3. Применение поляризационной модели коагуляции

ГЛАВА 2. ОРБИТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЧАСТИЦ В ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ ЛОВУШКАХ
2.1. Введение
2.2. Изучение орбитального движения частиц в магнитном поле
2.1.1. Частицы сложной формы
2.2.2. Сферические частицы
2.2.3. Измерение скорости движения газа
2.3.4. Модель движения газа в магнетронном разряде
2.3. Изучение орбитального движения частиц в отсутствие магнитного поля
ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВОЙ ЛОВУШКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Введение
3.2. Нанесение покрытий на частицы с использованием внешнего магнетронного
распылителя
3.2.1. Описание схемы процесса и экспериментальной установки
3.2.2. Использование ДКМ для получения алмазных компактов
3.2.3. Использование ДКМ в качестве катализатора
3.2.4 ДКМ на основе порошков квазикристаллов с никелевым покрытием
3.3. Осаждение тонких металлических плёнок на поверхность сферических микрочастиц в ловушке ВЧ магнетронного разряда
3.3.1. Длина термализации

3.3.2. Эксперимент
3.3.3. Результаты и обсуждение
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Предисловие
Пылевая плазма — ионизованный газ, содержащий частицы микронного или субмикронного размера (пылевые частицы). Упоминание наблюдений пылевой плазмы в лабораторных условиях встречается ещё в работах Ленгмюра в начале прошлого века. Пылевая плазма широко распространена: она играет важную роль в образовании звёзд и планет, встречается в хвостах комет, планетарных кольцах, межзвёздных пылевых облаках, шаровой молнии, верхних слоях атмосферы, вблизи искусственных спутников земли и термоядерных реакторах [1-3].
Большой интерес, возникший к исследованию пылевой плазмы около 20 лет назад, был связан с развитием микроэлектроники, где пылевая плазма образовывалась в процессах плазменного и плазмохимического травления. Попадая в плазму, пылевые частицы очень быстро приобретают в ней большие отрицательные заряды, возникающие в связи с тем, что тепловые скорости электронов больше тепловых скоростей ионов, и могут левитировать в особой области плазмы, в которой выполняется баланс всех сил, действующих на частицу, — плазменно-пылевой ловушке (ППЛ). Известно, что в процессе плазменного или плазмохимического травления вблизи обрабатываемой поверхности возникают Г1ПЛ. Попадая в эти ловушки, продукты травления образуют высокодисперсные плазменно-пылевые структуры. Концентрация пыли в ловушках достигает 107см~3, а средний размер частиц составляет 0.1-1 мкм. В процессе травления или по его окончании эти структуры теряют устойчивость и содержащиеся в них высокодисперсные частицы осаждаются на обрабатываемую поверхность, резко снижая качество готового продукта. Плазменно-пылевое облако может находиться в различном состоянии — от квазижидкого до квазикристаллического [4, 5], в зависимости от соотношения между потенциальной энергией взаимодействия частиц и их кинетической энергией [6]. Размеры частиц и расстояния между ними таковы, что позволяют наблюдать плазменно-пылевые структуры и фазовые переходы в них невооружённым глазом. Фотография плазменно-пылевого кристалла (кластера) приведена на Рис. 1.

Рис. 17. Слева — исходное распределение частиц по размерам в нижней части ловушки, справа — распределение частиц но размерам, возникающее через 3 минуты из исходного в процессе коагуляции.
Случай высокого давления
При давлениях выше 10 Па плотное облако частиц, заполняющих ловушку, не изменяется в течение значительного времени (более 1 часа). Концентрация частиц, измеренная по ослаблению лазерного луча, составляет 105 см-3. На записи,
соответствующей более высокому давлению рабочего газа, распределение мало изменяется со временем Рис. 16-а.
Пример полученного распределения приведен на Рис. 18 (ордината отображает часть объема, которую занимают частицы соответствующего размера в процентах от общего объема). Наличие небольшого количества относительно крупных алмазных частиц может быть связано с неполным диспергированием исходного субмикронного порошка.