Публикации автора

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.

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.

В обзоре приводится сравнительный анализ результатов экспериментов по исследованию параметров и характеристик плазмы, создаваемой различными способами в диэлектрическом сосуде: при инжекции непрерывного электронного пучка током 10–40 мА и энергией 2–8 кэВ в цилиндрическую кварцевую полость, а также безэлектродным индуктивным ВЧразрядом, генерируемым внешней квадрупольной антенной, причем в форвакуумном диапазоне давлений (1–15 Па) рабочих газов (Ar, N2). Приводятся сравнения продольных и радиальных профилей концентрации, а также величин температуры электронов и потенциала, характерных для упомянутых видов плазмы. Показано, что оба способа позволяют осуществить генерацию однородной плазмы в диэлектрической полости с концентрацией 109–1011 см-3 и температурой электронов 2–4 эВ.

Представлены результаты экспериментов по исследованию взаимодействия электронного пучка с поверхностью непроводящей мишени в форвакуумной области давлений (1–10 Па). Показано, что распределение потенциала существенно зависит от энергии пучка, давления газа и плотности тока электронного пучка на мишень. На основе численного моделирования анализируется эволюция распределения потенциала на поверхности мишени при изменении профиля распределения плотности тока пучковых электронов.

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.

Предложена оригинальная методика оценки коэффициента вторичной электронной эмиссии металлических и диэлектрических мишеней в области давлений в единицы и десятки паскаль. Методика основана на измерении потенциала мишени в зависимости от тока электронного пучка и сопоставлении результатов измерений с расчетными значениями, полученными с использованием модели, основанной на уравнениях баланса заряда на мишени и баланса ионов в пучковой плазме.

В статье представлены результаты измерения потенциала изолированного коллектора, облучаемого электронным пучком в среднем вакууме, при различных значениях  – коэффициента вторичной электронной эмиссии электронов (ВЭЭ). Изменение  обеспечено плавным перемещением относительно электронного пучка коллектора, составленного из двух металлов (алюминия и титана) с резко различающимися значениями коэффициента ВЭЭ. Предложена модель, удовлетворительно описывающая измеренную зависимость, и методика, позволяющая по установившемуся потенциалу изолированного коллектора оценивать коэффициент ВЭЭ различных материалов, в том числе и диэлектриков.

Представлены результаты исследований, направленные на решение проблемы создания диэлектрических покрытий на поверхности проводников для придания им электроизоляционных свойств. Для создания покрытий применялось электронно-лучевое испарение керамики с помощью форвакуумного плазменного источника электронов. Измерены относительная диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь, полное сопротивление осажденного электроизоляционного покрытия.

Представлены результаты по исследованию масс-зарядового состава ионов пучковой плазмы, генерируемой при испарении твердотельной керамической мишени диоксида циркония частично стабилизированного оксидом иттрия в среде инертных и химически активного газов электронным пучком в форвакуумном диапазоне давлений. Мониторинг массзарядового состава ионов пучковой плазмы осуществлялся с использованием модернизированного масс-анализатора остаточной атмосферы RGA-300. Показано влияние состава рабочего газа на масс-спектры ионов материала испаряемой мишени.

Приводятся результаты экспериментального исследования и численного моделирования долевого содержания ионов аргона и меди в плазме, генерируемой в планарном магнетроне постоянного тока с медной мишенью в газовом режиме (при давлении аргона уровня 0,1 Па), и в вакуумном режиме (при давлении остаточного газа 0,004 Па). Показано, что доли ионов меди в газовом и вакуумном режимах при токе разряда, достаточном для поддержания режима самораспыления (10 А), достаточно близки и
составляют 97 % и 100 %, соответственно. Результаты экспериментов и численных оценок свидетельствуют о возможности осуществления стабильного функционирования непрерывного разряда и получения потока металлических ионов в высоком вакууме в планарном магнетроне без эффектов термического испарения или сублимации
медной мишени.

В статье приведен обзор последних достижений в области генерации и исследования пучковой плазмы, получаемой при ионизации газа стационарным низкоэнергетичным пучком электронов в форвакуумном диапазоне давлений (1–100 Па). Представлены особенности взаимодействия стационарного электронного пучка c создаваемой им плазмой при его транспортировке в вакуумной камере большого объема, а также результаты исследования параметров плазмы, создаваемой при инжекции электронного пучка в сосуд с диэлектрическими стенками. Показано, что в зависимости от параметров электронного пучка, давления и рода газа возможно создание условий коллективного взаимодействия с зажиганием пучково-плазменного разряда, отличающегося повышенным значением концентрации и температуры плазменных электронов.

Выполнено численное моделирование влияния отражательного электрода на ионный состав плазмы планарного магнетрона, в разрядную область которого инжектируется электронный пучок с независимыми током и энергией электронов. Результаты численного моделирования свидетельствуют о том, что в такой конфигурации, более высокие значения концентрации ионов рабочего газа (аргона) и катода-мишени (меди) магнетрона достигаются за счет более высокой степени удержания в области гене-рации плазмы инжектированных электронов вследствие их частичного отражения и отклонения в тормозящем поле отражательного электрода. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с экспериментальным масс-зарядовым составом ионов плазмы такого магнетрона.