Публикации автора

Кремний-углеродные пленки приготовлены путем электронно-лучевого испарения карбида кремния в азоте, кислороде, гелии и пропане. Электронный пучок создавался источником электронов с плазменным катодом. Измерены удельное сопротивление, энергия активации проводимости, ширина оптической запрещенной зоны, а также содержание элементов в пленках, осажденных при различных температурах. Показано, что изменение свойств пленок с температурой осаждения коррелирует с изменением соотношения элементов в пленках. Результаты проведенных исследований имеют важное значение для создания технологии электронно-лучевого синтеза кремний-углеродных пленок.

Проведены исследования масс-зарядового состава ионов плазмы импульсного дугового разряда, реализуемого в разрядной системе широкоапертурного форвакуумного плазменного источника электронов. Показано, что давление рабочего газа и ток разряда оказывают существенное влияние на соотношение ионов металла (материала катода) и газа в плазме. Характерной особенностью форвакуумного диапазона давлений является появление в дуговой плазме заметной доли ионов газа без использования магнитного поля, причем при определенных условиях плазма дугового разряда содержит только газовые ионы.

Представлены результаты численного анализа и экспериментальных исследований по формированию форвакуумным плазменным источником электронов непрерывного ленточного пучка. Определена оптимальная геометрия электродов ускоряющей системы электронного источника, обеспечившая формирование слаборасходящегося ленточного электронного пучка в отсутствие продольного магнитного поля и специальной фокусирующей системы. Результаты численного моделирования подтверждаются данными эксперимента.

Показана возможность получения ионов бора в плазме, создаваемой электронным пучком форвакуумного плазменного источника. Генерация ионов бора осуществлялась в результате электронно-лучевого испарении бора с последующей ионизацией атомов бора этим же пучком ускоренных электронов. Приведены результаты измерения состава пучковой плазмы, полученные с применением модифицированного квадрупольного масс-спектрометра RGA–100. Масс-спектры ионов плазмы при испарении бора демонстрируют появление однозарядных ионов бора, доля которых росла с увеличением плотности мощности пучка. Элементный состав покрытия, осажденного на титановую подложку, показывает присутствие доли атомов бора порядка 30—35 % ат. Постоянство элементного состава покрытия по его толщине свидетельствует о стабильности и равномерности процесса его нанесения. Фотография поверхности титанового образца с осажденным покрытием демонстрирует наличие гладкого сплошного поликристаллического слоя с плоской поверхностью. Результаты свидетельствует об успешном применении форвакуумного электронного источника для испарения бора и осаждения однородного борсодержащего покрытия.

С использованием форвакуумного плазменного источника электронов осуществлен процесс электронно-лучевого испарения алюмооксидной керамики в диапазоне давлений 5—15 Па. При плотности мощности электронного пучка 103 Вт/см2 скорость испарения керамики составляла 4 г/ч. Полученные результаты открывают возможность эффективного нанесения керамических покрытий на основе электронно-пучковых методов.

Представлены результаты исследования вольт-амперной характеристики и оптических спектров тлеющего разряда атмосферного давления, функционирующего в воздушной струе с расходом до 1 л/мин. Показано, что в диапазоне токов до 100 мА и при средней мощности разряда до 50 Вт наблюдаются колебания напряжения и тока с периодом около 200 мкс, обусловленные перемещением по поверхностям электродов и изменением протяженности положительного столба разряда в потоке воздуха. В диапазоне токов от 100 до 200 мА, на фоне практически постоянного напряжения горения около 600 В, наблюдаются спонтанные переходы к режиму разряда с достаточно низким, на уровне 100 В, напряжением горения и временем жизни от нескольких сотен микросекунд, до нескольких секунд. Основной причиной появления и прекращения этого нестационарного низковольтного режима является нагрев локальных участков электродов разрядной системы в области катодного и анодного свечений до температуры плавления их материала и последующее охлаждение в результате его испарения. При токах разряда более 800 мА наблюдается появление катодных пятен и переход разряда в дуговую форму.

Обзор посвящен анализу преимуществ и недостатков существующих реактивных методов осаждения пленок оксида титана. Особое внимание уделено традиционным методам – магнетронному распылению в атмосфере активных газов и вакуумно-дуговому осаждению, а также обсуждаются возможности реактивного электронно-лучевого испарения, в том числе альтернативного электронно-лучевого испарения титана в форвакууме (1–15 Па) в атмосфере кислорода с последующим осаждением паров на подложку. Показано, что к преимуществам электронно-лучевого испарения в форвакууме следует отнести простоту реализации и возможность получения стехиометрических пленок TiO2, причем при более высокой скорости осаждения и меньшем энергопотреблении.

Процесс генерации трёхатомных ионов дейтерия D3 + в дейтериевой плазме отражательного разряда с полым катодом исследован в широком диапазоне токов разряда в непрерывном и импульсном режимах. Показано, что при оптимальном токе разряда и давлении дейтерия (100 мА и 110-4 Торр, соответственно) максимальная доля ионов D3 + в плазме может достигать 70 %. При извлечении ионов из плазмы максимальный ток эмиссии ионов D3 + составлял 12 мА.

Представлены результаты исследований особенностей процессов отклонения и развертки сфокусированного электронного пучка, генерируемого плазменным источником электронов в области повышенных давлений форвакуумного диапазона. Показано, что во всех исследуемых диапазонах давлений и расстояний от отклоняющей системы в пределах угла отклонения электронного пучка в 20 градусов плотность мощности пучка снижается лишь на 20 %. На примере фрезеровки кварцевого стекла продемонстрирована возможность эффективной прецизионной электронно-лучевой обработки диэлектриков.

Проведены экспериментальные исследования импульсного вакуумного дугового разряда с катодом из чистого бора. Поскольку в нормальных условиях бор имеет высокое удельное сопротивление (1,8×106 Ом см), инициирование дугового разряда требует нагрева катода до температур выше 600÷650 С, при которых бор приобретает заметную проводимость. Представлены результаты, касающиеся зажигания дугового разряда с катодом из бора и обеспечения стабильности его горения, а также результаты измерения параметров разряда, оптического эмиссионного спектра и масс-зарядового состава дуговой плазмы. Практически на 100 % плазма, сформированная разрядом, состоит из одно- и двухзарядных ионов бора, в соотношении 1:1.

Описано устройство и приведены характеристики модернизированного экспериментальнодиагностического стенда, разработанного в Институте сильноточной электроники СО РАН (г. Томск). Стенд оснащен вакуумно-дуговым источником ионов металлов, и системой диагностики, включающей времяпролетный спектрометр масс-зарядового состава ионного пучка. Обозначены перспективы применения экспериментально-диагностического стенда в исследованиях плазмы вакуумного дугового разряда с композитными и газонасыщенными катодами.

Проведены измерения потенциала изолированного коллектора и параметров пучковой плазмы, генерируемой вблизи коллектора при давлении рабочего газа (аргон) в несколько Па. Установлена связь концентрации плазмы с потенциалом коллектора. Показано, что характер этой связи не зависит от способа изменения потенциала. В установлении потенциала изолированного коллектора решающее значение имеет материал коллектора. При изменении энергии электронов в пучке от 2 до 7 кВ потенциалы коллекторов из меди, титана и нержавеющей стали изменяются от десятков до нескольких сотен вольт, в то время как потенциал алюминиевого коллектора не превышает 100 В. Сформулировано предположение о существенной роли вторично-эмиссионных процессов как в установлении потенциала коллектора, так и в формировании пучковой плазмы.