Пространственно-временные и масс-спектральные характеристики ионных потоков в источниках с поверхностным током

• Автор: Мишин, Максим Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 149 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ И АППАРАТУРА
2.1 Экспериментальные приборы
2.1.1 Экспериментальный прибор (ЭП1) для исследования процессов
формирования потоков ионов при разряде по поверхности нераспыляемого диэлектрика
2.1.2 Экспериментальный прибор (ЭП2) для исследования процессов
формирования потоков ионов при разряде по поверхности распыляемого диэлектрика
2.1.3 Экспериментальный прибор (ЭПЗ) для исследования процессов
формирования потоков ионов при возбуждении поверхности металла импульсами
тока
2.2 Экспериментальная установка
2.3 Методики измерений
2.3.1 Методика измерений в приборе ЭП1
2.3.2 Методика измерений в приборе ЭП2
2.3.2.1 Методика измерения угловой расходимости ионного пучка
2.3.2.2 Методика изиерения масс-спектрального состава ионного
пучка
2.3.2.3 Методика определения характеристик формируемого ионного пучка при различной технологии обработки поверхности полиэтиленовых разрядников
2.3.3 Методика измерений в приборе ЭПЗ
2.3.3.1 Анализ токов и полей в источнике ионов
2.3.3.2 Методика изиерения масс-спектрального состава ионного
пучка
2.3.3.3 Методика анализа динамики ионного пучка
2.4 Методика обработки осциллограмм и расшифровки масс-спектров
2.5 Контрольные измерения
2.5.1 Контрольные измерения в приборе ЭП1
2.5.2 Контрольные измерения в приборе ЭП2
2.5.3 Контрольные измерения в приборе ЭПЗ
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ И ИХ АНАЛИЗ
3.1 Результаты измерений в приборе ЭП1-ЭП2
3.1.1 Изменение характеристик ионного потока в различные моменты разряда
3.1.2 Динамика свойств поверхности в процессе эксплуатации полиэтилена
3.1.3 Обработка поверхностей полиэтиленовых деталей разрядников
3.1.4 Анализ процессов формирования ионного потока при воздействии импульсов электрического тока на поверхность диэлектрических образцов
3.2 Результаты измерений в приборе ЭПЗ
3.2.1 Пороговые характеристики регистрируемого сигнала
3.2.2 Масс-спектральный состав регистрируемого сигнала
3.2.3 Зависимость характеристик регистрируемого сигнала от мощности и энергии импульса скин-тока
3.2.4 Зависимость характеристик регистрируемого сигнала от времени накопления в атмосфере остаточных газов
3.2.5 Масс-спектральные характеристики проб, содержащих крупные молекулы
3.2.6 Анализ процессов формирования ионного потока при воздействии импульсов электрического тока на поверхность металлических образцов
4. ВЫВОДЫ
5. ЛИТЕРАТУРА
1. ВВЕДЕНИЕ
Фундаментальные физические процессы, протекающие в адсорбированном на поверхности твердого тела ансамбле частиц, а также в импульсном десорбированном потоке, представляют собой актуальный объект исследования для формирования новых научных представлений и развития технологий. Обширные научные исследования связаны преимущественно с выявлением пространственно-временных, энергетических и других характеристик адсорбции и десорбции, состава адсорбированного ансамбля частиц и десорбированного потока, механизмов нейтрализации и ионизации и т.п. (например,1-15] и другие). Механизмы десорбции разнообразны как по существу, так и по используемой технике. Десорбция может происходить при нагреве поверхности, в том числе за счет бомбардировки фотонами и частицами, а также в результате возбуждения электронной подсистемы подложки в виде десорбции, стимулированной электронными возбуждениями (ДСЭВ). Хотя эти факторы и различны по своей природе, часто их бывает трудно разделить в условиях эксперимента. Значительная часть исследований и технологий десорбционных источников связана с масс-спектрометрией (например,[15]). Масс-спектрометрия занимает ведущее место в аналитических структурных исследованиях, выполняемых в самых различных областях науки, техники, производства, в том числе по приоритетной международной программе "Количество вещества" (Турин, Евромет, 1993). Развитие масс-спектрометрических методов и аппаратуры принципиально определяется совершенствованием специализированных ионных источников, из которых существенными достоинствами выделяются импульсные устройства десорбционного типа. Искровая и вторичноионная масс-спектрометрия, лазерная импульсная десорбция и бомбардировка быстрыми заряженньми частицами, термическая десорбция, в том числе лазерная и классический "метод вспышки", - могут быть отнесены к ставшим уже стандартными аналитическим методам и технологиям. Однако, развитие методов и техники масс-спектрометрии требует создания новых технологий получения ионных пакетов. Основной задачей является создание короткоимпульсных ионных источников, которые характеризуются мягкой ионизацией, незначительными ионизационной и ускорительной фрагментацией, малым значением начальник позиционного и энергетического разбросов в ансамблях частиц, эффективными и контролируемыми процессами адсорбции и десорбции, возможностью управления структурным составом потока частиц.
Постановка целей и задач данной работы была основана на предположении об актуальности и перспективности использования ионньк источников с поверхностными токами, какими являются скользящий разряд по поверхности диэлектрика [16-39] и безинерционная десорбция с поверхности металла, возбуждаемой импульсом тока [40-50]. Несмотря на значительные различия характеристик физических процессов, возникающих при воздействии поверхностных токов на диэлектрик и на металл, между этими методами и используемой аппаратурой имеется и значительная общность. Схема воздействия на поверхность, формирование, сопровождение и регистрация ионных пакетов, интерпретация спектров и использование получаемых данных близки между собой в этих двух подходах, и поэтому целесообразно их объединение в рамках одной работы. Сходство состояло также и в том, что в период времени начала данной работы оба подхода находились в ранней, предварительной стадии их подготовки к использованию в качестве объектов исследования и использования в масс-

откачивали с помощью магниторазрядного насоса, обеспечивающего давление порядка 10 6 — 10 8 торр.
2.3 МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ
2.3.1 МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ В ПРИБОРЕ ЭП1
Методика была основана на времяпролетном анализе массы ионов, который позволил вести измерения в импульсном режиме. Блок-схема измерений приведена на рис.2-17. Импульс высокого напряжения с генератора импульсов напряжения (ГИН) подавался на ИИ ЭП1. Ионы из приповерхностной плазмы ускорялись импульсом напряжения с амплитудой 300 В и длительностью 10 мкс, подаваемым на КБ ИИ с помощью модулятора (МД) и генератора (Г). Синхронизация осуществлялась с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который регистрировал интенсивный импульс света сопутствующий разряду по поверхности диэлектрика. Сигнал с ФЭУ запускал генератор Г. Сформированный ИП поступал в пространство дрейфа, где происходила сепарация ионов по массам, а затем на детектор. Сигнал с ДТ в виде единичной временной реализации записывался в память цифрового осциллографа. Импульс тока разряда и напряжения на диэлектрическом зазоре ИИ регистрировались измерительным токовым трансформатором (ИТ) и емкостным делителем (ЕД).