Технологические источники широких пучков газовых ионов на основе дугового и тлеющего разрядов в магнитном поле

• Автор: Гаврилов, Николай Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 171 с. : ил.

1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ДУГИ
С КАТОДНЫМ ПЯТНОМ В ИСТОЧНИКЕ ИОНОВ ГАЗОВ
1.1 .Концепция плазменного эмиттера ионов газов на основе
дуги низкого давления с катодным пятном
1.2.Устойчивость контрагированной сужением дуги с катодным пятном
1.3.Инициирование дуги вспомогательным разрядом
1.4.Генерация плотной однородной плазмы в анодной части дуги 32 Выводы
2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ И ИОННО-ЭМИССИОННЫЕ СВОЙСТВА ГЕНЕРИРУЕМОЙ В РАЗРЯДЕ ПЛАЗМЫ
2.1 Свойства разряда в электродной системе типа обращенный магнетрон
2.2.Исследование разряда в электродной системе с многополюсным магнитным полем, локализованным у поверхности
полого катода
2.3.Тлеющий разряд в электродной системе с широкоапертурным полым катодом и полым анодом в магнитном поле
Выводы
3. ОСОБЕННОСТИ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ БОЛЬШИХ РАЗМЕРОВ
В ИМПУЛЬСНО-ПЕРИОДИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ
3.1.Экспериментальное исследование характеристик разряда в импульсно-периодическом режиме
3.2.Механизм появления начальных электронов в разрядном промежутке

З.З.Условия перехода от одноэлектронного к многоэлектронному зажиганию разряда
Выводы
4. ФОРМИРОВАНИЕ ПУЧКА ИОНОВ, ИЗВЛЕКАЕМЫХ ИЗ ПЛАЗМЫ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА И ДУГИ
4.1 .Формирование низкоэнергетичных (0,5 - 2 кВ) ионных пучков
4.2.Формирование высокоэнергетичных (20-50 кэВ) ионных пучков
4.3.Влияние приэлектродного слоя на эффективность извлечения ионов из плазмы и угловую расходимость пучка
4.4.Ионная оптика для формирования широких и сходящихся
ионных пучков
Выводы
5. МАССОВЫЙ СПЕКТР И ЗАРЯДОВЫЙ СОСТАВ ПЛАЗМЫ ТЛЕЮЩЕГО
И ДУГОВОГО РАЗРЯДОВ
5.1. Методика проведения эксперимента
5.2.Измерения масс-зарядового спектра плазмы тлеющего разряда
5.3. Процессы в плазме и на электродах, определяющие
уровень содержания примесей в плазме тлеющего разряда
5.4.Измерения масс-зарядового спектра плазмы дуги
Выводы
6. ИСТОЧНИКИ ИОННЫХ ПУЧКОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ
6.1.Высоковольтный дуговой источник ионов газов «Пульсар»
6.2.Источник ионов газов на основе тлеющего разряда
в электродной системе типа обращенный магнетрон
6.3. Источники на основе тлеющего разряда для формирования низкоэнергетичных ионных пучков
6.4.Некоторые применения ионных источников
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Развитие физики и техники генерации плазмы и интенсивных пучков заряженных частиц [1-8] создало предпосылки для возникновения одного из наиболее перспективных направлений современного материаловедения: обработки материалов с применением ионных пучков и плазмы. Ионная имплантация приводит к изменениям элементного состава и структурнофазового состояния поверхности, создает большое количество дефектов структуры и значительные механические напряжения в приповерхностных слоях, что обеспечивает существенное изменение определяемых состоянием поверхности физико-химических свойств материалов [9-11]. Низкоэнергетичные ионные пучки широко используются для травления и очистки поверхностей [12].
Другим методом изменения характеристик поверхности является нанесение покрытий [13]. В последнее время интенсивно развиваются методы ионно-ассистируемого нанесения, в которых использование ионных пучков на различных стадиях процесса обработки обеспечивает существенное улучшение свойств покрытий. Ионные пучки используются для предварительной подготовки поверхности (очистка, активация, изменение механических свойств ионной имплантацией), формирования переходного слоя на начальной стадии нанесения покрытия (миксинг, имплантация отдачей), обработка пленки ионами в процессе ее роста обеспечивает снятие напряжений в пленке и изменение состава пленок. В лабораторных исследованиях показана высокая эффективность ионно-ассистируемых методов нанесения покрытий.
Для промышленной реализации технологий, основанных на использовании ионных пучков, необходимы ионные источники, обладающие высокими физико-техническими параметрами, простые и надежные в эксплуатации. В наиболее распространенных технологических источниках несепарированных пучков ионов газов с большим поперечным сечением

1, см
Рис. 11. Радиальные профили плотности тока. Ток разряда 15 А. Газ - аргон, расход 1 л атм/час.
Рис. 12. Зондовые характеристики.
Ток разряда 15 А. Газ-азот, расход 1 л атм / час.