Источники широких пучков ионов газов на основе тлеющего разряда для технологических применений

• Автор: Емлин, Даниил Рафаилович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Проблемы разработки источников широких пучков ионов газов для технологических применений

1.1. Создание однородного плазменного газоразрядного эмиттера ионов с большой

площадью поверхности

1.2. Влияние эмиссии ионов на условия существования самостоятельного тлеющего

разряда
1.3. Повышение энергетической эффективности генерации ионов в плазме несамостоятельного разряда
1.4. Формирование широких ионных пучков многоапертурными ионно-оптическими системами

1.5. Выводы по главе

Г лава 2. Ионные источники на основе самостоятельного тлеющего разряда
2.1. Разряд в электродной системе типа обращенный магнетрон в слабом магнитном поле
2.2. Разрядная система с широкоапертурным полым катодом и полым анодом
2.3. Влияние потенциала экранного электрода на формирование ионного пучка
2.4. Источник низкоэнергетичных ионных пучков с широкоапертурным полым катодом и полым анодом в магнитном поле
2.5. Выводы по главе
Глава 3. Генерация плазмы в несамостоятельном разряде с плазменным катодом
3.1. Особенности применения несамостоятельного разряда с плазменным катодом для генерации больших объемов однородной плазмы
3.2. Плазменный катод на основе тлеющего разряда с расширенной анодной частью

3.3. Применение крупноструктурных сеток в плазменном катоде на основе разряда с расширенной анодной частью
3.4. Условие стабилизации плазменного катода
3.5. Эффективность двухступенчатого ионного источника
3.6. Выводы по главе 99 Глава 4. Ионные источники на основе несамостоятельного разряда с плазменным катодом

4.1. Применение многополюсной магнитной системы для повышения однородности
плазмы в разряде с сеточным плазменным катодом
4.2. Влияние конфигурации системы экранирующего многополюсного магнитного поля на характеристики генератора плазмы
4.3. Низкоэнергетический ионный источник с анодом, экранированным многополюсным магнитным полем
4.4. Применение электростатической ловушки во второй ступени разряда для создания плазменного эмиттера значительной протяженности
4.5. Источник ленточного пучка
4.6. Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение 1.
Приложение 2. Список публикаций по теме диссертации

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время для изменения свойств и характеристик поверхности материалов и изделий широко используется воздействие высокоэнергетичных потоков ионов, электронов, плазмы, лазерного излучения и т.д. [1]. В результате использования технологий ионной имплантации или ионно-ассистируемого нанесения покрытий открываются широкие возможности создания соединений и сплавов методом, изменяющим параметры и функциональные свойства поверхности, как правило, без изменения объемных свойств материалов [1, 2, 3]. К достоинствам метода относят возможность формирования пучков ионов практически любых материалов, независимость состава от растворимости компонентов, возможность легирования при низких температурах и отсутствие прямой связи результатов легирования с диффузионными процессами; сохранение исходных размеров изделий, возможность управления энергией ионов в широких пределах, глубиной воздействия и формой легированного профиля и т.д. Пучки ионов низких энергий (менее нескольких кэВ) применяются для чистки, полировки, травления поверхности, для нанесения покрытий ионным распылением мишеней, синтезом пленок из пучков ионов т.п. [1, 5, 4, 6, 7, 8]. Воздействие пучка ионов с энергией в десятки кэВ позволяет, в частности, легировать поверхностный слой, изменять структурный и фазовый состав, залечивать дефекты кристаллической решетки. [1, 2, 9]. При ассистированном осаждении покрытий пучок ионов термомеханически активирует поверхность, обеспечивает термостимулированное ионное насыщение поверхности, ионнолучевое перемешивание осаждаемых атомов, изменение структуры покрытия и т. д. [8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16]. Метод позволяет модифицировать металлы, сплавы, диэлектрические материалы, полупроводники как при низких, так и высоких температурах [2,9].
Толщина модифицированного слоя складывается из двух составляющих - легированного слоя, и слоя модифицированного в результате рассеяния энергии иона, пластических деформаций, образования радиационных дефектов, движения вторичных выбитых атомов, ионно - стимулированной диффузии и т. д. [1, 9]. При энергиях ионов до 50 кэВ проективная длина пробега ионов несколько десятков нанометров. Повышение температуры и радиационно -стимулированная диффузия увеличивают легированный слой до ста нм. Полная толщина слоя с модифицированной структурой, фазовым состоянием, измененными внутренними напряжениями достигает десятков микрон [9]. В некоторых случаях радиационно-динамическое воздействие ионного пучка на метастабильные среды приводит к увеличению глубины модифицированного слоя до единиц миллиметров [9, 17].
При легировании полупроводников и, например, изменении оптических свойств поверхности достаточна доза ионно-лучевой обработки 1015 - 1016 см'2 [1, 2], для модификации

Рис. 2.1.3. Электрическая схема. БПР - блок питания разряда, ВИП - высоковольтный источник, ИНС — источник напряжения отсечки плазменных электронов, ИПС - источник питания соленоида.
Рис. 2.1.4. Эмиссионные характеристики ионного источника с цилиндрическим {1,2) и коническим (3, 4) полым катодом тлеющего разряда. Расход газа 30 (1, 2) и 40 см3/мин (3, 4). Магнитная индукция В =1 (1, 2) и 1,5 мТл (3, 4). Ускоряющее напряжение 30 (1, 3) и 20 кВ (2, 4).
индукции магнитного поля ~>2 мТл. Зажигание разряда достигается увеличением магнитного поля до 3 - 4 мТл. Создание разности потенциалов в ускоряющем промежутке ионной оптики приводит к существенному (на 100 - 300 В) (до 30%) снижению величины Ц^. и облегчает зажигание разряда (рис. 2.1.5, кривые 2, 4, 6). Следует отметить, что для катода цилиндрической формы этот эффект несущественен: изменение напряжения горения разряда не превышает 50 В. С увеличением тока разряда различия в ходе вольтамперных характеристик для цилиндрического и конического катода возрастают (рис. 2.1.4).