Численно исследован процесс формирования сильного электрического поля на металле, частично покрытом диэлектрической пленкой, в потоке плазмы с учетом автоэлектронной эмиссии с поверхности металла и вторичной электронной эмиссии с поверхности диэлектрика. Показано, что при отрицательном потенциале на металле порядка нескольких сотен вольт, плотности плазмы ~1012 см3, температуре электронов плазмы ~10 эВ и толщине пленки d 1 мкм напряженность электрического поля вблизи края пленки достигает нескольких МВ/см, что на два порядка превышает напряженность поля на открытой металлической поверхности в плазме. При умеренном дополнительном усилении поля на микронеровностях поверхности металла на уровне ~10 такая напряженность является достаточной для генерации автоэмиссионного тока с вершин выступов металла с плотностью порядка 108 МА/см2, необходимой для развития взрывной электронной эмиссии с последующим формированием микроплазменного (микродугового) разряда на краю пленки. Исследовано влияние генерируемого пучка автоэмиссионных электронов на формирование электрического поля вблизи края диэлектрической пленки при различных углах наклона среза пленки. При углах наклона < 85 эмитированные электроны не попадают на пленку и практически не влияют на величину формируемого поля. При 90 пучок эмитированных электронов попадает на торец пленки, вызывая вторичную электронную эмиссию с поверхности диэлектрика. В этом случае напряженность электрического поля оказывается недостаточной для развития взрывной электронной эмиссии с поверхности металла, однако под действием пучка ускоренных автоэмиссионных электронов с энергией ~50 эВ и плотностью тока ~105 А/см2 торец пленки нагревается до температуры ~1000 C, что может приводить к интенсивному газовыделению с поверхности диэлектрика. Развитие микроплазменного разряда в этом случае может быть связано с формированием плотного сгустка плазмы вблизи торца пленки в результате ионизации выделившегося газа автоэмиссионным электронным пучком.
The process of formation of a strong electric field on a metal partially covered with a dielectric film in a plasma flow is investigated by numerical simulation with allowance for field emission from the metal surface and secondary electron emission from the dielectric surface. It is shown that, at a negative voltage on the metal on the order of several hundred volts, plasma density of ~1012 cm3, plasma electron temperature of ~10 eV, and film thickness of d 1 m, the electric field strength near the film edge reached several MV/cm, which is two orders of magnitude higher than that on the open metal surface in plasma. With a moderate additional field amplification on the microroughnesses of the metal surface at a level of ~10, such a field strength is sufficient for the generation of the field-emission current from the peaks of metal microprotrusions with a density on the order of 108 MA/cm2, required for the development of explosive electron emission and the subsequent formation of a microarc (microplasma) discharge at the film edge. The influence of the generated fieldemission electron beam on the formation of the electric field near the film edge is studied for different inclination angles of the film edge. At inclination angles of < 85, the emitted electrons do not fall onto the film and practically do not affect the magnitude of the formed electric field. At 90, the beam of emitted electrons hits the film edge, thereby causing secondary electron emission from the dielectric surface. In this case, the electric field strength turns out to be insufficient for the development of explosive electron emission from the metal surface; however, under the bombardment of accelerated field-emission electrons with energies of ~50 eV and a current density of ~105 A/cm2, the film edge is heated to a temperature of ~1000 C, which may lead to intense gas release from the dielectric surface. The development of a microplasma discharge in this case may be related to the formation of a dense plasma bunch near the film edge as a result of ionization of the released gas by the field-emission electron beam.
Предпросмотр статьи
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- eLIBRARY ID
- 26005011
