ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ЕНЕРГЕТИЧНІ СПЕКТРИ ІОНІВ ПЛАЗМИ

НЕСАМОСТІЙНОГО ДУГОВОГО РОЗРЯДУ В ПАРАХ НИКЕЛЮ

 

А.Г. Борисенко, Ю.С. Подзірей

 

Інститут ядерних досліджень НАН України, Київ

 

В найбільш поширених плазмових джерелах, які створені на основі вакуумного дугового розряду в парі матеріалу катода, наявні фізичні процеси призводять до присутності крапельної фази в створюваних потоках плазми [1-4]. Несамостійний вакуумний дуговий розряд в парі матеріалу анода, який має дифузійну прив’язку розряду на аноді і забезпечує випаровування матеріалу з широкої зони електрода, дозволяє створювати безкрапельні плазмові потоки. Існування розряду в парах матеріалу анода, на відміну від такого ж розряду у газі, можливе лише за умов створення у розрядного проміжку достатнього тиску парів робочої речовини завдяки фізичним процесам у самому розряді. Відмінності фізичних та теплофізичних властивостей використовуваних робочих матеріалів у випадку несамостійного дугового розряду в парі матеріалу аноду призводять до різних чисельних значень характеристик розряду та параметрів створюваних плазмових потоків. Тому проведення досліджень даного типу розряду на різних робочих матеріалах є актуальним і доцільним.

В роботі викладені результати експериментальних досліджень основних характеристик та енергетичних спектрів іонів плазми несамостійного дугового розряду в парах нікелю при струмах розряду до 30 А. Показано, що даний тип розряду дозволяє створювати потоки нікелевої плазми без крапель робочої речовини. Доведено, що плазмові потоки мають компенсований об'ємний заряд. Тобто вони можуть бути використані для осадження плівок не лише на металеві та напівпровідникові, але й на діелектричні підкладинки. Визначені значення плаваючого потенціалу в створюваних плазмових потоках. Для різних струмів розряду наведені результати досліджень коефіцієнтів іонізації плазмових потоків, тобто частки іонів в загальному потоці. Встановлена висока ступінь іонізації і показано, що доля іонів в потоці плазми зростає при підвищені струму розряду. Наведені результати досліджень енергетичних спектрів іонів і показано, що енергія іонів нікелю в створюваних плазмових потоках може бути значно менше ніж напруга розряду. Встановлено також, що зі збільшенням струму розряду середні енергії іонів зменшуються. Визначені швидкості осадження нікелевих плівок в залежності від струму розряду.

В умовах вакууму описуваний розряд дозволяє ефективно створювати безкрапельні і високоіонізовані плазмові потоки різних матеріалів. При додатковому напуску газу у вакуумну камеру він здатен генерувати також потоки газометалевої плазми. Подібні плазмові джерела можуть бути використані при вирішенні різних завдань мікро- і наноелектроніки, а також в інших галузях промисловості.

 

1. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е. и др. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. – 1984. – Т. 54, Вып. 8. – С. 1530-1533.
2. Boxman R. L., Sanders D. M., and Martin P. J. Handbook of Vacuum Arc Science and Technology. // Noyes Publications, Park Ridge, N.J., 1995.

3.      Хороших В.М. II. Капельная фаза ээрозии катода стационарной вакуумной дуги // Физическая инженерия поверхности. – 2004. – Т. 2. - № 4. – С. 200-213.

4.      Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. — New York: Springer, 2008, ISBN 978-0-387-79107-4