Разработано устройство для рафинирования металлургического кремния в плазме электронного пучка в сверхзвуковом потоке газа. Представлено описание и демонстрация возможностей электронно-пучкового метода и плазмы на его основе для удаления примесей из металлургического кремния в условиях форвакуумного диапазона давлений. На лабораторном оборудовании получены образцы кремния в варианте окислительного рафинирования с использованием паров воды.
Рекордная теплопроводность алмаза (до 24 Вт/см К) делает его предпочтительным материалом теплоотводов в электронике. Для практического решения таких задач слои поликристаллического алмаза (ПКА) должны быть синтезированы на подложках диаметром не менее 2 дюймов методом химического осаждения из газовой фазы. Типичными проблемами для таких ПКА пленок являются неоднородность и высокие значения механических напряжений, связанных с различием коэффициентов теплового расширения алмаза и кремния. В данной работе на основе моделирования электронного поля был разработан, изготовлен и затем испытан в СВЧ-реакторе ARDIS-100 держатель пьедестальной геометрии. С использованием такого держателя на подложке кремния толщиной 0,35 мм и диаметром 2 дюйма был синтезирован слой ПКА толщиной 80 мкм. Структура и фазовый состав синтезированного образца изучались методами растровой электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Прогиб двухдюймовой пластины «Алмаз-на-Si», измеренный с помощью интерферометра белого света, составлял ~50 мкм. Полученные результаты могут быть использованы для изготовления теплоотводящих ПКА слоёв для применения в электронике.
Представлена экспериментальная установка, созданная на базе СВЧ-плазмотрона волноводного типа, для исследования плазменной модификации дисперсных материалов (сыпучих порошков) в безэлектродном СВЧ-разряде атмосферного давления в газовом потоке. Разработаны устройства (модули установки) для формирования вихрево-го потока плазмообразующего газа и управляемой инжекции дисперсных частиц в СВЧ-разряд. Проведены предварительные эксперименты по обработке микрочастиц SiO2, MgO и политетрафторэтилена (ПТФЭ) в СВЧ-разряде в потоке аргона. Анализ частиц проводился методом сканирующей электронной микроскопии. На примере оксидов было показано, что СВЧ-плазменное воздействие может приводить к агломерации частиц и их сфероидизации. Созданный экспериментальный комплекс с использованием разнообразных рабочих газов предоставляет универсальные возможности для задач плазменной модификации дисперсных частиц в широком диапазоне размеров и материалов.
Представлена количественная оценка качества радиографического контроля с учетом особенностей формирования системами глубокой коллимации рабочих пучков проникающего излучения в портативных средствах радиографического контроля затворного типа, оснащённых источниками на основе радионуклида 192Ir, генерирующими потоки ионизирующего излучения фокальными пятнами поверхностей «дно» и «бок» цилиндрической капсулы. Проведено математическое моделирование взаимодействия гамма-излучения с элементами систем глубокой коллимации различной геометрии с использованием программных комплексов MCNP5 и Geant4. Установлено, что применение пирамидальной системы глубокой коллимации позволяет улучшить соотношение «сигнал/шум» примерно в два раза по сравнению с прямоугольно-пирамидальной, что способствует повышению качества регистрируемого изображения и снижению массогабаритных характеристик оборудования. Кроме того, ориентация капсулы излучателя относительно «зоны интереса» фокальным пятном излучающей области «дно» незначительно увеличивает вклад шумового эффекта и ухудшает параметры фактора «сигнал/шум» не более, чем на 1 %.
Спроектирован стенд для проведения ресурсных испытаний в форсированных режимах фотомодуля (ФМ) инфракрасного диапазона (ИК) с режимом временной задержки и накопления (ВЗН) из состава фотоприемного устройства космического базирования. Особенностью разработки является возможность получения экспериментальных данных об отказах, возникающих при длительном функционировании ФМ, которые оказывают влияние на пороговые характеристики устройства. Стенд позволяет подтвердить достаточность мер для обеспечения долговечности и безотказности работы фотомодуля, а также оценить надежность всей аппаратуры применения в целом. Апробация стенда будет проведена посредством запланированных испытаний.
Однородность свойств полупроводниковых монокристаллов является одним из главных трендом развития отросли в последнее время. Однако на данный момент не существует единого представления о мере неоднородности свойств и методах ее оценки. Предложен метод анализа неоднородности размещения дислокационных ямок травления на основе решения задачи о близости объектов бинарного изображения разбиением пространства на полиэдры Вороного. Фильтрацию объектов по размерам проводили с учетом известной природы объектов измерения. На основе гистограммы распределения площадей темных объектов был рассчитан «статистический» порог фильтрации, величина которого составила 585 мкм2. Уточнение природы шумов на изображении проводилось на основе прямого наблюдения ямок травления методами сканирующей электронной микроскопии, что позволило оценить величину «физического» порога фильтрации – 16 мкм2. Установлено, что группам темных объектов, выделяемых «статистической» и «физической» фильтрацией, в координатах «площадь объекта S – его периметр P» отвечали различные значения тангенсов углов наклона аппроксимирующих кривых: 0,33 и 0,85 соответственно. Показано, что для получения объективных результатов при цифровой обработке изображений необходимо накопление представительной статистики измерений. Так, для исследуемого в работе панорамного изображения ямок травления в GaAs размер площади измерений должен быть не менее 0,42 мм2.
Проведена экспериментальная оценка количества заряда, выносимого из коаксиально-го плазменного реактора с микрополым катодом в зависимости от напряжения питания и скорости прокачки газа через активную зону реактора. Показано, что количество заряда, выносимого из реактора, определяется не только прокачкой газоразрядного промежутка и расстояния до мишени, но и от режима горения разряда. Сравнительный анализ режимов питания реактора выявил значительную разницу в эффективности генерации и транспорта заряда: при использовании источника постоянного высокого напряжения выносимый заряд превышает аналогичный показатель в импульсном режиме в 5 раз. Данное различие обусловлено как повышенной частотой зажигания разряда, так и увеличенной длительностью ионизационных процессов в непрерывном режиме. В то же время установлено, что комбинация регулируемого импульсного высоковольтного питания и управляемой скорости газового потока позволяет гибко контролировать динамику выноса заряда, обеспечивая возможность дозированного и локализованного плазменного воздействия.
Методами цифровой трассерной визуализации (PIV) и скоростной фотосъёмки исследован разряд с жидким электролитным катодом при атмосферном давлении в воздухе. Определено поле скоростей газовых потоков, создаваемых разрядом. Показано, что газовый поток, создаваемый разрядом, движется вниз вдоль разрядного канала к поверхности раствора, достигая максимальной скорости вблизи его поверхности. Встречаясь с поверхностью раствора газ начинает растекаться вдоль неё в тонком слое толщиной около двух миллиметров. Таким образом, установлено, что компоненты раствора, перенесённые из раствора в газовую фазу под действием разряда с жидким катодом, выносятся из зоны разряда в горизонтальном направлении, вдоль поверхности раствора.
Исследовано формирование диффузной плазмы в трубках с внутренними диаметрами 8,4 и 14,2 см при скорости роста напряжения V 35 кВ/мкс и 100 В/мс. Приводятся фотографии свечения разряда в различных режимах. Показано, что при V 100 В/мс и давлениях воздуха p = 0,4 и 1 Торр пробой промежутка инициируется за счёт распро-странения стримера от плоского электрода положительной полярности. Установлено, что после прохождения стримером промежутка плоскость – остриё и образования плазменной диффузной струи красного цвета, происходит формирование тлеющего разряда, который может поддерживаться как в импульсном, так и в стационарном режиме. Показано, что наибольшую мощность излучения из плазмы разряда в этих условиях даёт фронт стримера, а наибольшие энергии излучения первой и вто-рой положительных систем азота достигаются за счёт увеличения длительности импульса возбуждения при переходе в режим тлеющего разряда. Подтверждено, что при p = 0,4 и 1 Торр спектр излучения положительного столба тлеющего разряда соответствует спектру излучения красных столбчатых спрайтов.
Проведены исследования влияния плазмы коронного разряда на окислительно-восстановительные реакции почвы, а именно на образцы низинного торфа (капилляр-но насыщенного водой) и чистого кварцевого песка (воздушно сухого) в чистом виде и в смесях при разном соотношении торфа и песка. Параметры разряда: время действия до 60 мин, напряжение на разряде U = 10–20 кВ, ток в разряде I = 20–100 мкА. Максимальный эффект обработки коронным разрядом образцов был получен в отношении окислительно-восстановительного потенциала. Процесс окисления органического вещества идет под влиянием озона и отрицательных ионов, образующихся в плазме коронного разряда. Эффективность воздействия отрицательной короны в 2–5 раз выше, чем положительной, что связано с более эффективной наработкой отрицательных ионов.