Исследование и моделирование процессов формирования электронных пучков и их взаимодействия с поверхностью твердых тел как основа разработки прецизионного электронно-лучевого технологического оборудования

• Автор: Филачев, Анатолий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 55 с. : ил.; 20х15 см

Содержание работы
Глава 1. Состояние проблемы и общая характеристика работы.
Глава 2. Компьютерное моделирование электронных пучков в ЭЛТУ.
2.1. Моделирование электронных пушек.
2.2. Моделирование осесимметричных фокусирующих магнитных полей.
2.3. Моделирование полей отклоняющих магнитных систем.
2.4. Некоторые особенности вычислительных алгоритмов
2.5. Назначение и возможности пакета прикладных программ “CHARGE”.
2.6. Результаты численных экспериментов.
Глава 3. Теоретические и экспериментальные исследования электронных процессов в диэлектриках при обработке их поверхности электронным пучком.
3.1. Физическая модель электронно-лучевой обработки диэлектриков.
3.2. Экспериментальное оборудование.
3.3. Экспериментальные исследования явлений, возникающих при электронно-лучевой обработке поверхностей диэлектриков.
3.4. Анализ экспериментальных результатов.
Глава 4. Новые принципы и устройства для компьютерного управления технологическими процессами в ЭЛУ.
Глава 5. Разработка электронно-лучевого технологического . шудования нового поколения.
' "А 5.1. Электронно-лучевая установка для прецизионной обработки по

л|ным контурам.
[5.2. Мобильный радиационно-технологический комплекс. г | *5.3. Электронно-лучевая установка для отжига полупроводниковых
t’-: Фиалов.
|4»чение.
Глава 1. Состояние проблемы и общая характеристикгп>аботы
Предмет исследования и актуальность темы
Предлагаемая диссертационная работа относится к области физической электроники, в частности, к исследованиям процессов формирования и взаимодействия электронных пучков с материалами в технологических процессах обработки электронным пучком. Электронно-лучевые технологии достаточно широко используются в точном приборостроении, микроэлектронике, машиностроении, медицине, экологии и т.д
Расширение спектра электронно-лучевых технологий, разработка новых видов оборудования для их реализации, существенное улучшение параметров внедренных в промышленность типов обрудования неразрывно связаны с успехами физической электроники, вакуумной техники, физики вакуума и поверхности, электронной оптики. Значительную роль играет повышение уровня автоматизации управления технологическими процессами на основании исследований вторичных электронноионизационных процессов, сопровождающих воздействие электронного пучка на объект обработки.
Процессы и установки электронно-лучевой технологии служат объектом многочисленных исследований. Однако, тщательный анализ основных наиболее значительных работ в виде монографий и обзоров [1 - 5] показывает, что практически отсутствуют исследования, направленные на установление количественных взаимосвязей между электронно-оптическими параметрами первичного электронного пучка и процессами и явлениями на поверхности обрабатываемого изделия, доведенные до уровня создания автоматизированных промышленных установок прецизионной электронно-лучевой обработки поверхности твердых тел.
К сожалению, в последние годы в России работы в области создания электронно-лучевого оборудования для прецизионной обработки приостановлены в связи с финансовыми трудностями, а предприятия, выпускающие разработанное ранее электронно-лучевое оборудование (как технологическое, так и аналитическое) оказались вне границ России.
В этих условиях исследования процессов формирования электронных пучков и их взаимодействия с веществом, связанные с повышением эксплуатационных характеристик существующих и разработкой новых типов установок для электронно-лучевой обработки, являются особенно актуальными.
Актуальность настоящей диссертационной работы подтверждается ее соответствием Федеральной программе “Критические технологии” и Президентской программе “Национальная технологическая база”.

едение тока наблюдается при облучении тех же стеклянных пластин расфокусированным электронным лучом (см. Рис. 3.7). В этом случае, радиус облучаемой поверхности был выбран ~1 см, заметно большим толщины исследованной пластины (й=3мм.). Форма кривой тока на Рис.3.7 та же, что и форма таких же кривых, полученных при облучении диэлектриков в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ) [25]. Отличают эти результаты два момента. Во-первых, типичные значения тока и времена его релаксации. В наших экспериментах ток ~10'3 А, а в СЭМ ~10 п А (т.е. отличие в 108 раз). Времена релаксации тока у нас ~10‘ 5 с, а в СЭМ ~100 с (т.е. отличие в 107 раз).). Во-вторых, на Рис. 3.7 ток в конце релаксации пренебрежимо мал, а в экспериментах с СЭМ из работы [25] ток в конце релаксации исчезает не полностью. В этой работе релаксация тока объясняли зарядкой диэлектрика, ведущей к росту потенциала его поверхности, в результате чего энергия падающих на нее электронов уменьшается. Т.к. коэффициент отраженных и вторичных электронов а зависит от энергии падающих электронов, как показано на Рис. 3.8, а энергия падающих электронов Е2> при которой их поток равен потоку отраженных и вторичных электронов, относительно невелика по сравнению с исходной энергией ускоренных электронов (как правило, энергия Е2 лежит в диапазоне от 1 до 2 КэВ), эта зарядка образца приводит к возрастанию сг, и, следовательно к уменьшению тока зарядки образца.
Интересные данные получены, когда на облучаемую поверхность стеклянной пластины помещался незаземленный проводящий образец (пластина металла или низкоомных кремния или фосфида галлия). Тогда, независимо от того облучался ли этот образец сфокусированным или расфокусированным электронным пучком, наблюдалась релаксация тока, весьма похожая на ту, что имела место при облучении самой стеклянной пластины сфокусированным пучком (см. Рис. 3.9).
3.4. Анализ экспериментальных результатов Рассмотрим релаксацию тока при расфокусированном электронном пучке (см. Рис. 3.7). Как уже отмечалось, похожие кривые, наблюдавшиеся в СЭМ, объясняли зарядкой диэлектрика и зависимостью а от энергии. Для такого же объяснения наших кривых, следует предположить, что после 30 мкс облучения потенциал нашего образца оказывается близким к величине У0~Е2/е> т.е. составляет, примерно, 48-49 КэВ. Нижеприведенный анализ показывает, что это невозможно
Оценим величину и поверхностную плотность электронного заряда, внесенного в образец. Оценка этого заряда из Рис. 3.7 дает ~ 5 Ю'8
что составляет ю11 электронов, и при радиусе пучка = 1 дает