Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий

Кожевников, Владимир Изосимович

Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий

кандидата технических наук: Кожевников, Владимир Изосимович
город: Ижевск
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.11.13

Диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам на тему «Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий»

Автореферат диссертации по теме "Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий"

004610152

На правах рукописи

Кожевников Владимир Изосимович

Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий (на базе электростатического энергоанализатора ЭС-2401)

Специальность 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 7 ОКТ 2010

Ижевск 2010

004610152

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Физико-технический институт Уральского отделения РАН

Научный руководитель: профессор, доктор технических наук

Трапезников Виктор Александрович

Научный консультант: доктор физико-математических наук

Канунникова Ольга Михайловна

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

Алексеев Владимир Александрович

доктор технических наук Кузнецов Вадим Львович

Ведущая организация: Институт аналитического приборостроения РАН

Защита состоится 19 октября 2010 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 004.013.02 при Институте прикладной механики УрО РАН по адресу: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, д.34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института прикладной механики УрО РАН.

Автореферат разослан " 10_"_сентября_ 2010 г.

Ученый секретарь ----

диссертационного совета, В.В.Тарасов

д.т.н. и

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Интенсивное развитие современной техники требует создания и широкого использования конструкционных материалов со специальными свойствами. Повышение качества продукции, увеличение ее надежности и долговечности зависят от надлежащего контроля на всех этапах производства от заготовок и полуфабрикатов из исходного материала и далее, на последовательных стадиях технологической обработки. Экспериментальные исследования в материаловедении, особенно в тех областях, которые связаны с изучением изменений химического состава поверхностных слоев под влиянием различных внешних воздействий, немыслимы без использования фотоэлектронных спектрометров.

Фотоэлектронная спектроскопия позволяет проводить: элементный и химический анализ неорганических и органических образцов, анализ электронной структуры образца, глубинный профильный анализ элементного и химического состава образца. Преимуществами метода являются: широкий диапазон измеряемых концентраций, разработанность теории количественного анализа, возможность проведения количественного анализа при отсутствии стандартных образцов. Благодаря этому фотоэлектронная спектроскопия находит многообразные применения в материаловедении конструкционных материалов, в исследовании явлений катализа, адсорбции, явлений на гетерофазных границах, углеродсодержащих неорганических и органических материалов и структур, включая фуллерены, полимеры и биологические объекты.

Промышленное производство сверхвысоковакуумного оборудования всегда было чрезвычайно дорогостоящим, поэтому его приобретение может позволить себе не каждый потребитель. Вследствие этого старение используемого научного сверхвысоковакуумного оборудования, к которому относятся фотоэлектронные спектрометры, является проблемой не только российских, но и многих зарубежных исследовательских институтов. В этой ситуации профессиональная модернизация, проведенная на высоком техническом уровне, является альтернативой приобретению нового оборудования. За рубежом фирмы, занимающиеся изготовлением фотоэлектронных спектрометров, широко практикуют модернизацию устаревших моделей собственного производства, т.е. активно развивается вторичный рынок вакуумных систем. Техническим результатом модернизации является создание установки, по своим характеристикам не уступающей современным промышленным образцам и приспособленной к технологическому процессу, необходимому потребителю. Финансовым результатом модернизации является увеличение рыночной стоимости установки в несколько раз по отношению к затратам на модернизацию.

В 70-80 гг. в нашей стране в Институте Аналитического Приборостроения (г. Ленинград) были разработаны [1] и серийно выпускались на Экспериментальном Заводе Научного Приборостроения (г. Черноголовка) фотоэлек-

тронные спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201. Оба спектрометра были оснащены электростатическими энергоанализаторами высокого разрешения с трехэлек-тродной линзой на входе и различались источниками возбуждения и устройствами ввода пробы: спектрометр ЭС-3201 был предназначен для исследования газов и паров легколетучих веществ и имел источник ультрафиолетового излучения; спектрометр ЭС-2401 представлял собой стандартный для того времени рентгеноэлектронный спектрометр для исследования твердотельных образцов. Источник рентгеновского излучения обеспечивал получение характеристического излучения MgKa- и AlKa- достаточно хорошей интенсивности. По своим параметрам спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201 не уступали зарубежным аналогам [1, 2]. В настоящее время спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201 не могут быть использованы для проведения научных исследований вследствие отсталости конструкции вакуумных систем, ненадежности периферийных узлов, отсутствия или крайней примитивности систем контроля над технологическими процессами. В то же время энергоанализатор типа полусферического дефлектора, установленный на отечественных спектрометрах, по своим характеристикам соответствует энергоанализаторам зарубежных спектрометров, которые после модернизации вакуумной системы и оснащения приставками для осуществления внешних воздействий на образец выставляются на вторичный рынок вакуумного научного оборудования для проведения исследований в области материаловедения (например, РН1 5600 LS XPS, SSX-100). На основании выше изложенного сформулирована цель данной работы.

Цель работы: создание установки на базе электростатического энергоанализатора фотоэлектронного спектрометра ЭС-2401 и разработка методик контроля влияния внешних воздействий на поверхностные слои веществ и материалов.

Для достижения цели были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Анализ исходных данных для проектирования специализированного фотоэлектронного спектрометра на базе ЭС-2401 для проведения экспериментальных исследований электронной структуры поверхности, термостимулирован-ных процессов в поверхностных слоях материалов, температурной зависимости адсорбционных и топохимических процессов.

2. Разработка методик экспериментальных исследований и узлов спектрометра:

2.1. Выбор и расчет модели вакуумной системы, удовлетворяющей следующим требованиям: получение и поддержка безмасляного сверхвысокого вакуума в камерах спектрометра; небольшое время выхода на режим, отключения и смены образца.

2.2. Выбор и расчет моделей устройств термического воздействия на образец в вакууме до температур фазовых переходов и в газовых средах с контролем температуры исследуемой поверхности.

2.3. Расчет и разработка устройства для механического удаления поверхностного слоя образца в вакуумной камере спектрометра.

2.4. Расширение диапазона возбуждающего излучения в область мягкого рентгена и ультрафиолета.

2.5. Разработка конструкции и изготовление вакуумной системы, технологических устройств для обработки образцов и расширения диапазона возбуждающего излучения.

2.6. Разработка методик проведения экспериментальных исследований с использованием вновь установленных узлов спектрометра.

3. Апробация экспериментальных возможностей спектрометра для решения конкретных задач материаловедения. Исследование формирования поверхностного слоя рабочих стенок каналов микроканальных пластин на последовательных стадиях изготовления. Анализ тонких алюминиевых пленок на силикатном стекле, полученных магнетронным распылением.

Научная новизна работы заключается в создании качественно нового фотоэлектронного спектрометра на базе отечественного энергоанализатора спектрометра ЭС-2401 для проведения исследований в области материаловедения, связанных с влиянием внешних воздействий (термообработка в вакууме и газовой среде, взаимодействие с газами) на поверхностные слои материалов. Отличительными особенностями спектрометра являются: использование метода индукционного нагрева для термообработки образцов в газовой среде, расширение функциональных возможностей устройства электронного нагрева образцов (ионная очистка внутренних поверхностей камеры, ионное травление поверхности образцов), исключение дополнительных манипуляторов для фиксации образца в вакуумных камерах.

Получена новая информация о процессах формирования поверхностного слоя многокомпонентных свинцово-силикатных стекол при внешних воздействиях. Впервые определена зависимость состава тонких алюминиевых пленок и границ раздела пленка-подложка, полученных методом магнетронного распыления на силикатном стекле, от состава остаточной атмосферы.

Практическая значимость работы

Впервые разработано многофункциональное устройство для нагрева образцов в вакуумной камере спектрометра до температуры 1000°С, ионной очистки внутренней поверхности вакуумной камеры (шлюзовой реакционной) от адсорбированных газов после проведения экспериментов с химически активными газами, ионного травления образца.

Впервые для уменьшения газовыделения с поверхности устройства перемещения образца, влияющего на условия проведения экспериментов, предложено транспортировку образца осуществлять одним штоком - манипулятором, который одновременно перемещает и фиксирует образец в камере подготовки с дальнейшим захватом и перемещением в камеру анализатора, в отличие от известных устройств, в которых для транспортировки образца между камерами и фиксации образца в камерах используются дополнительные манипуляторы.

Впервые разработано и проведен расчет устройства скрайбирования для механического удаления поверхностного слоя образцов в сверхвысоком вакууме.

Результаты исследования состава поверхностных слоев свинцово-силикатных стекол МК020 и 6Ва4 при внешних воздействиях могут быть использованы для разработки новых и усовершенствования известных технологических методов изготовления микроканальных пластин из свинцово-силикатных стекол.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Конструкция вакуумной системы спектрометра включающая:

- высоковакуумную шлюзовую реакционную камеру с реечным механизмом транспортировки образца;

- сверхвысоковакуумную шлюзовую камеру с магнитным механизмом транспортировки образца;

- сверхвысоковакуумную систему дозированного напуска газов в камеру подготовки образцов.

2. Конструкции и методики использования устройств воздействия на образец в камерах спектрометра:

- механической чистки поверхности образцов нестойких к нагреву и ионной бомбардировке;

- индукционного нагрева с контролем температуры поверхности исследуемого образца, позволяющего нагревать образец до температуры 500°С в газовой среде;

- многофункционального устройства, позволяющего проводить: 1) электронный разогрев образца до 1000°С с контролем температуры поверхности и защитой поверхности вакуумной камеры от перегрева; 2) ионную очистку внутренней поверхности вакуумной камеры от адсорбированных газов; 3) ионное травление поверхности образца.

3. Методика расширения диапазона возбуждающего излучения в область мягкого ультрафиолета в спектрометре ЭС-2401.

4. Результаты исследования состава поверхностного слоя стекол 6Ва4 и МКО 20, сформированного в результате воздействий, используемых при изготовлении микроканальных пластин, и результаты исследования состава тонких алюминиевых пленок на силикатном стекле, полученных магнетронным распылением, в зависимости от состава остаточной атмосферы и режимов получения.

Достоверность результатов исследований подтверждена воспроизводимостью результатов экспериментов, проведенных с использованием разработанных систем, узлов и технологических устройств, в одних и тех же условиях. Технические характеристики созданных устройств подтверждены экспериментальными исследованиями эталонных образцов, сравнением с данными других авторов, опубликованными в литературе.

Работа выполнена в соответствии с тематическими планами НИР Физико-технического института Уральского отделения РАН по направлению «Физика и химия поверхности» по темам: «Комплексные исследования методами электронной спектроскопии связи энергетической структуры, потерь энергии и состава поверхности некоторых стекол и металлов с их эмиссионными свойствами» (УНЦ АН СССР №Х58460); «Исследование связи сегрегационных процессов с электронной структурой Зс1-металлов после термического и механического воздействий» (ФТИ УрО РАН № гос. регистрации 01.9.90 002475), «Исследование процессов межфазных взаимодействий при формировании нанострук-турных композиционных материалов» (ФТИ УрО РАН, № гос. регистрации 01.2.003 05811).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: XXI Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике, Ленинград, 1990 г.; XV Всесоюзное совещание по рентгеновской и электронной спектроскопии, Ленинград, 1988 г.; Всесоюзная конференция «Анализ-90», Ижевск, 1990 г.; XI Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и экономики», Сочи, 2008 г.; XX Всерос. конф. «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь», Новосибирск, 2010 г.

Публикации. Основные результаты работы изложены в учебном пособии (два издания), 13 статьях в журналах из списка ВАК, 1 статье в сборнике конференции, 4 тезисах Всесоюзных и Всероссийских конференций и 4 патентах, список которых приведен в конце автореферата.

Личный вклад автора. Автором предложены пути решения поставленной цели работы, сформулированы и обоснованы вынесенные на защиту положения.

Автором выбрана и рассчитана модель, разработаны блок-схемы и конструкция вакуумной системы, выбраны модели и разработаны конструкции технологических устройств, разработаны методики экспериментальных исследований с использованием новых вакуумной системы и технологических устройств.

Автор принимал непосредственное участие в изготовлении конструкций вакуумной системы и технологических устройств, проведении экспериментов и обсуждении результатов.

Автор выражает благодарность к.ф.-м.н. Ф.З. Гильмугдинову и гл. конструктору П.Г. Мерзлякову за многолетнее и плодотворное сотрудничество.

Автор благодарен светлой памяти к.ф.-м.н. М.Ф.Сорокиной, по инициативе и при непосредственном участии которой была начата эта работа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, содержащего 172 ссылки, и приложения. Материалы изложены на 158 страницах машинописного текста, содержат 48 рисунков и 22 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи работы; приведены положения, выносимые на защиту; отмечена научная новизна и практическая ценность работы; приведен список конференций, на которых были обсуждены основные результаты работы; указан личный вклад автора; кратко изложено основное содержание диссертации по главам.

Первая глава носит обзорный характер. Изложены принципы и возможности метода фотоэлектронной спектроскопии, описаны конструктивные особенности современных рентгеноэлектронных спектрометров и спектрометров устаревших моделей, которые в настоящее время используются за рубежом для решения проблем материаловедения. Подробно описана конструкция отечественного серийного спектрометра ЭС-2401. Анализ литературы показал, что энергоанализатор отечественных спектрометров по своим характеристикам соответствует энергоанализаторам зарубежных спектрометров, которые после модернизации вакуумной системы и оснащения приставками для осуществления внешних воздействий на образец выставляются на вторичный рынок вакуумного научного оборудования для проведения исследований в области материаловедения. Поэтому представляется целесообразным проведение реконструкции вакуумной системы спектрометра ЭС-2401 и оснащение его необходимыми приставками для расширения экспериментальных возможностей.

Вторая'глава посвящена: 1) выбору блок-схемы (рис.1) и расчету вакуумной системы;' 2) разработке блок - схем и расчетам технологических приставок для осуществления внешних воздействий на образец; 3) разработке конструкций вакуумной Системы и. технологических приставок.

Рис.1. Блок-схема вакуумной системы:

ФВМ - форвакуумная магистраль; ФБ - форбаллон; ВМ -высоковакуумная магистраль; ШЛЮЗ - шлюзовое устройство с механизмом транспортировки; СВМ - сверхвысоковакуумная магистраль; КП - камера подготовки образца; ЭА- камера энергоанализатора; СНГ - система напуска газов.

Вакуумная система обеспечивает: 1) давление остаточных газов в камере анализатора не хуже 1.3'10'7Па; 2) давление в камере подготовки образца не хуже 1.3'Ю"6 Па; 3) инертный состав остаточной атмосферы в камерах; 4) плавную регулировку давления в камере подготовки образца в диапазоне от 1.3'Ю"6 Па до 1 Па; 5) прогреваемость системы до 150°С в течение 24 ч.

Вакуумная система включает шлюзовую камеру с системой транспортировки образца в камеры подготовки и энергоанализатора и систему напуска газов.

Система напуска газов (рис.2) обеспечивает высокую чистоту напускаемых газов, позволяет создавать и хранить смеси газов в вакуумном объеме. Магистрали отбора газов в камеры спектрометра и магистраль подачи газов в вакуумные объемы для хранения разделены. Система обеспечивает плавную регулировку давления напускаемых газов в широком диапазоне давлений (10"7 - 1 Па).

Для поддержания сверхвысокого вакуума в камере подготовки образца и уменьшения времени смены образца установлена отдельная (шлюзовая) камера для загрузки образца с системой транспортировки в камеры подготовки и энергоанализатора.

На рис.3, приведена блок-схема шлюзовой камеры с реечной системой транспортировки образцов. Шлюзовая камера (5) оснащена системой напуска

Подача газов

Рис.2. Схема системы напуска газов: 1 - заполняющая магистраль; 2,3,4 - клапаны; 5 - баллоны;

6 - вакуум ные объемы;

7 - площадные натекатели; ВВО - магистраль высоковакуумной

откачки;

ФВО - магистраль форвакуумиой откачки.

газов, датчиком контроля давления и фланцем с высоковольтными сильноточными токовводами для установки устройства нагрева, т.е. является реакционной камерой, в которой может проводиться обработка образцов в газовой среде при нагреве.

На рис.4 представлена схема шлюзовой реакционной камеры с реечной системой транспортировки образцов.

Рис.3. Блок-схема шлюзовой камеры с реечным механизмом перемещения образцов: 1-корпус; 2- шток (рейка); 3- зубчатые колеса;

4-образцедержатель с образцом;

5-шлюзовая камера; 6-затвор;

7-камера подготовки образца;

8-камера энергоанализатора.

Рис.4. Схема шлюзовой (реакционной) камеры с реечным механизмом транспортировки образца: 1,4,5-фланцы; 2-камера загрузки; 3-проходной клапан; 6-образцедержатель; 7-камера подготовки; 8- рейка; 9- вводы вращения; 10-фиксатор рейки; 11-подшипниковые блоки; 12-шестеренка; 13-буртик.

Шлюзовая камера устанавливается на фланец (1), предназначенный для установки системы ввода пробы на камере подготовки образца. Камера загрузки (2) при смене образца отсекается от камеры подготовки образца проходным клапаном (3). Откачка шлюзовой камеры на высокий и сверхвысокий вакуум производится через фланец (4). Замена образца осуществляется через фланец (5). Образец устанавливается на съемный образцедержатель (6), который устанавливается на рейку через керамический изолятор. Изолятор необходим для подачи напряжения развертки на образец.

Для перемещения образца из камеры загрузки (2) в камеру подготовки образца (7) и далее в камеру энергоанализатора использована реечная передача, состоящая из рейки (8), двух вводов вращения (9), фиксатора рейки (10) и пяти подшипниковых блоков (11). Все подвижные узлы в вакууме герметизируются через сильфоны. При смене образца рейка находится в крайнем левом положении. Шестеренка (12) установлена на оси ввода вращения, находится в зацеплении с зубьями рейка. С помощью ввода вращения рейка начинает перемещаться по подшипникам блоков (11). При достижении левого ввода вращения рейка перехватывается и перемещается в камеру подготовку образца, далее перекрывается проходной клапан (3), открывается проходной клапан между камерой подготовки и камерой энергоанализатора и образец переводится в камеру энергоанализатора. Рейка фиксатором рейки (10) подпирается буртиком (13) к резиновой прокладке проходного клапана между камерами энергоанализатора и подготовки. В результате происходит вакуумное отделение камеры подготовки от камеры энергоанализатора.

На рис.5, приведена блок-схема шлюзового устройства, в котором для перемещения образцов в камеры спектрометра используются постоянные магниты.

Рис.5. Блок-схема шлюзовой камеры с магнитным механизмом перемещения образца: 1 - блок магнитный; 2 - шток с ферромагнитным наконечником; 3 - корпус; 4 - образцедер-жатель с образцом; 5 - шлюзовая камера; 6 - затвор; 7 - камера подготовки образца; 8 - камера энергоанализатора; 9-фиксаторы.

Конструктивной особенностью блок-схемы, приведенной на рис.5, является то, что транспортировка образца осуществляется одним штоком - манипулятором (2), который одновременно перемещает и фиксирует образец в камере подготовки образца (7) с дальнейшим захватом и перемещением в камеру анализатора (8), в отличие от известных устройств, в которых для транспортировки образца между камерами и фиксации образца в камерах используются дополнительные манипуляторы. В отличие от известных ранее устройств, в которых между камерами транспортируется шток с держателем, в устройстве магнитного перемещения образца между камерами перемещается только держатель образца, что приводит к уменьшению газовыделения с поверхности устройства перемещения образца.

На рис.6 приведена схема шлюзовой камеры с магнитным механизмом перемещения образцов.

Рис. 6. Схема шлюзовой камеры с магнитным механизмом перемещения образцов:

1 - магнитная система;

2 - подшипники;

3 - образцедержатель;

4 - шлюзовая камера;

5 - проходной клапан,-

6 - захваты образцедержателя;

7 - камера подготовки образца;

8 - камера энергоанализатора.

Шлюзовая камера (4) и камера подготовки разделены проходным клапаном с медным уплотняющим элементом (5). Откачная система шлюзовой камеры выполнена по сверхвысоковакуумному варианту. Образец, установленный на съемный образцедержатель (3), перемещается с помощью магнитной системы (1) по подшипникам (2). В камерах подготовки образца (7) и энергоанализатора (8) установлены захваты (6) образцедержателя. В захватах образцедержатель с образцом фиксируется для обработки в камере подготовки (7) или для

анализа в камере анализатора (8). После фиксации образцедержателя в захватах система перемещения возвращается в шлюзовую камеру, угловой клапан (5) и проходной клапан между камерами подготовки образца и энергоанализатора перекрывается.

На рис.7 (а) приведена блок-схема устройства механической чистки образцов.

Для расчета напряженных состояний держателя резца (6) и упора (5) использована программа Design Space 6.0. Расчет напряженных состояний проводился по схеме, представленной на рис.8.

Вертикальный цилиндр - система поджима резца, двойной горизонтальный цилиндр - рейка с образцом и направляющая. Расчеты для образца никеля показали, что величина максимальных напряжений составляет 49.8 МПа, что существенно меньше предела текучести стали, из которой изготовлен держатель (150 МПа). В области максимальных напряжений находится первая группа подшипников, по которым перемещается рейка с резцедержателем (два подшипника сверху, два - снизу). На расстоянии 70 мм расположена вторая группа подшипников. По расчету радиальная нагрузка на подшипник в области максимальных напряжений составляет 22 кГс (левый подшипник). На правый подшипник - 11 кГс. Осевая нагрузка на подшипник составляет 7.5 кГс. По соотношению осевых и радиальных нагрузок, по статической и динамической гру-зоподъемностям выбран подшипник серии 1000095.

а) блок-схема устройства;

б) счема фиксации penia на рейке;

в) схема устройства;

Рис. 7. Схема устройства механической чистки:

(б)

I- камера; 2,3-фланцы; 4,13,19 - оси;

5- упор;

6- резец;

7- рейка;

8- образец;

9- держатель образца; 10 - корпус;

II-подшипники; 12 - ограничители;

14 -балка;

15 - направляющая; 16,20,21 - маховики;

17 - сильфрны;

18 - шток.

(в)

Рис.8. Схема нагружения и закрепления держателя резца устройства механической чистки образца.

Схема устройства механической чистки приведена на рис.7 (6, в). В камере (1) расположены: упор (5), предотвращающий излом изолятора образцедер-жателя при срезе поверхностного слоя; резец (6), установленный на рейке (7) с возможностью его самоориентации относительно поверхности образца (8), установленного на держателе (9). Самоориентация достигается путем качания корпуса (10) С резцом (6) на подшипниках (11) при касании резца поверхности образца (8). Угол качания определяется двумя ограничителями (12). Резец (6) может быть изготовлен из сплава ВК8. Рейка (7) соединена с устройством перемещения и взаимодействует с устройством поджима. На фланце (3) собраны устройства перемещения и поджима резца (6). Устройство поджима выполнено в виде качающейся на оси (13) балки (14), соединенной с направляющей (15). В направляющей (15) на подшипниках установлена рейка (7). Поджим резца (6) осуществляется качанием направляющей (15). Устройство перемещения выполнено в виде штока (18), шарнирно соединенного с рейкой (7) (соединены осью 19). Перемещение штока (18) осуществляется вращением маховика (20). На фланце (2) собран упор, предотвращающий излом изолятора держателя (9) образца (8) во время чистки образца. Качание упора (5) осуществляется вращением маховика (21). Для обеспечения герметичности и подвижности соединений устройство перемещения и устройство поджима собраны на металлических сильфонах (17).

Для термообработки образцов в камере подготовки в газовой среде разработано и изготовлено устройство индукционного нагрева (рис.9).

Рис.9. Блок-схема устройства индукционного нагрева:

1- индуктор;

2- образец;

3- термопара;

4- держатель образца.

Расчет температурного поля образцедержателя с образцом проводился с использованием программы Design Space 6.0. Размеры нагреваемого образцедержателя: длина 40 мм, диаметр 13.5 мм. Материал - сталь нержавеющая 12X18Н9Т. Размеры образца 7x7x3 мм. Материал тепловых экранов - тантал толщиной 0.1 мм. Образцедержатель закреплен на керамическом цилиндре длиной 50 мм. Потери за счет теплопроводности керамики незначительны, поэтому при расчете не учитываются.

Расчетная температура на образце при индукционном нагреве с колебательной мощностью в индукторе 300 Вт, при частоте 66 кГц составляет 553°С. Данный способ нагрева не создает градиента температуры поверхности образца, т.к. за счет наводимых вихревых токов разогревается одновременно вся поверхность образцедержателя. Благодаря отсутствию накальных элементов устройство позволяет проводить термообработку образца в газовых средах.

Устройство индукционного нагрева представляет собой резонансный контур, состоящий из катушки и вакуумного конденсатора. Образец заводится в центр катушки. Разогрев происходит за счет наводимых токов Фуко. Образец нагревается до температуры порядка 550°С за 50 секунд.

На рис.10 представлена блок-схема многофункционального устройства, которое позволяет проводить: 1) нагрев образцов в вакуумной камере спектрометра с контролем температуры исследуемой поверхности (рис. 10,а); 2) ионное травление поверхности образца (рис.10,б); 3) ионную чистку внутренней поверхности вакуумной камеры (шлюзовой реакционной) от адсорбированных газов после проведения экспериментов с химически активными газами (рис. 10,в).

1 2 3

Рис.10. Блок-схема многофункционального устройства:

а) устройство электронного нагрева образцов; б) устройство для ионного травления поверхности образцов; в) устройство для ионной чистки внутренних поверхностей камеры;

1 ^ корпус; 2 - тепловые экраны; 3 - катод; 4 - образцедержатель с образцом; 5 - термопара; 6 - высоковольтный электрод.

На рис.11 представлено температурное поле образцедержателя при нагреве образца электронным пучком с двумя тепловыми экранами. Мощность нагревателя составляет 150 Вт (30 шА, 5 кВ). Зона воздействия потока электронов изображена в виде пятна диаметром 7 мм, расположенного на расстоянии 20 мм от острого конца образцедержателя.

При нагреве образца за счет теплового излучения неизбежно должны разогреваться внутренние поверхности камеры подготовки образца, что приведет к газовыделению с этих поверхностей и загрязнению поверхности образца. Для устранения этого эффекта устанавливаются тепловые экраны. Расчетная температура на образце составляет 1277°С. Нагрев поверхности образца равномерный. При этом температура первого экрана составляет 465°С.

Рис.11,а. Температурное поле образцедержа-теля при электронном нагреве с двумя тепловыми экранами.

Рис.11,б. Температурное поле в держателе образца при смещении зоны воздействия пучка электронов.

Изменение положения зоны воздействия пучка электронов приводит к появлению градиента температур в держателе и на поверхности образца (рис.11,6).

Рис. 12. Схема устройства электронного нагрева: I - камера; 2,3 - фланцы; 4,5 - сильфоны; 6,7 - то-ковводы; 8,9 — маховики; 10 - катод; 11 - высоковольтный электрод; 12 - термопара; 13 - образце-держатель; 14 - образец; 15 - ось перемещения; 16 - тепловой экран.

Схема устройства электронного нагрева представлена на рис.12. Устройство включает камеру (1) с фланцами (2, 3), на которых установлены механизмы перемещения, выполненные на металлических сильфонах (4, 5), соединенных с маховиками (8, 9). На фланцах (2,3) вварено по 3 высоковольтных токоввода (6, 7), расположенных по окружности через 120°. Натоковводах собраны катод (10), высоковольтный электрод (11), термопара (12), тепловые экраны (16). Образец (14) уста-йовлен на держателе (13). Механизм приводится в движение вращением маховиков (8,9).

Контроль температуры образца проводится хромель-алюмелевой термопарой с диапазоном рабочих температур (- 200°С) (+1300°С). При длительном измерении высоких

температур верхний предел опускается до +1000°С в связи с окислением алюминиевого электрода. В вакууме окисления алюминия не наблюдается, и термопара может использоваться для измерения температуры, вплоть до +1300°С. Градуировка термопары проводилась по известным температурам фазовых превращений веществ на установке ВТА-983.

Для расширения диапазона возбуждающего излучения в область ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в камере энергоанализатора установлена проточная газоразрядная лампа постоянного тока, которая используется в качестве источника вакуумного ультрафиолетового излучения в спектрометре ЭС-3201 и модифицирован рентгеновский источник: одна анодная плоскость магниевого источника заменена на циркониевую. Изготовлен и установлен механизм смены фильтров без срыва вакуума: фильтры, закрепленные на металлической пластине, устанавливаются над окном ионизационной камеры. Смена фильтра осуществляется с помощью механизма перемещения с силь-фонным уплотнением. При возбуждении спектров ZтMС,- излучением устанавливается Ве-фильтр или окно без фильтра; при возбуждении М§Ка- или ггЬа-излучением устанавливается А1-фильтр.

В третьей главе описаны методики проведения исследований с использованием вновь установленных устройств. Разработаны методики исследования: электронной структуры поверхностных слоев новых материалов; процессов взаимодействия исследуемой поверхности с газовой средой; термостимулирован-ных процессов в поверхностных слоях. Приведены примеры апробации экспериментальных возможностей спектрометра.

Изложены результаты исследования моделирования процесса формирования поверхностного слоя рабочих стенок каналов микроканальных пластин из свинцово-силикатных стекол МК020 и 6Ва4 на последовательных стадиях изготовления: спекание с растворимым стеклом и химическое вытравливание растворимого стекла; полировка; термообработка в атмосфере водорода.

При спекании с растворимым стеклом наблюдается восстановление части свинца до металлического состояния. Раствор соляной кислоты (0.1М) позволяет полностью удалить слой растворимого боратного стекла с поверхности свинцово-силикатного стекла, при этом в поверхностном слое свинцово-силикатного стекла остаются следы хлора в виде комплексов НС1 • пН20 и хлорида свинца РЬС12. В процессе полировки наблюдается изменение состава поверхностного слоя стекол и изменение химического состояния свинца: при использовании глицерина наблюдается обогащение поверхности алюминием и натрием, и образование гидроксида РЬ(ОН)2 и восстановленного до металлического состояния свинца. При использовании для полировки воды поверхность обогащается алюминием, свинец образует гидроксид РЬ(ОН)2.

Нагрев стекла 6Ва4 в водороде при температурах 375 - 450°С приводит к восстановлению свинца до металлического состояния; доля восстановленного свинца растет с повышением температуры: при температурах выше 400°С доля восстановленного свинца составляет - 100%. Барий и натрий до металлического состояния не восстанавливаются.

Исследовано влияние состава остаточной атмосферы на состав алюминиевых пленок, полученных магнетронным распылением, на силикатном стекле. На границе раздела подложка-пленка в атмосфере аргона образуются оксид и силикаты алюминия, причем с увеличением толщины пленки наблюдается увеличение относительного количества алюмосиликатов. В пленке, напыленной в остаточной атмосфере воздуха, образуется A1N. На границе раздела пленка-подложка, кроме оксида и силиката алюминия, образуется нитрид кремния S13N4. По всей толщине пленок, напыленных в атмосфере, содержащей углеводороды, содержится углерод, причем его концентрация возрастает по мере удаления от внешней поверхности к границе раздела пленка - подложка. На пленках появляются дефекты в виде мутных пятен.

Приложение. Описана конструкция механизма изменения положения образца относительно ионной пушки в камере подготовки или относительно источника рентгеновского излучения в камере энергоанализатора.

Основные результаты и выводы

Выполнен комплекс работ, который привел к созданию качественно нового фотоэлектронного спектрометра (на базе отечественного энергоанализатора спектрометра ЭС-2401), и разработаны методики контроля и проведения исследований в области материаловедения, связанных с влиянием внешних воздействий на поверхностные слои веществ и материалов.

1. Рассчитана и изготовлена вакуумная система по модели, включающей: шлюзовую камеру и сверхвысоковакуумную систему дозированного напуска газов в камеру подготовки образцов.

Сверхвысоковакуумная система напуска газов оснащена емкостями для хранения газов и позволяет осуществлять одновременный напуск нескольких газов в камеру подготовки и ионную пушку с плавной регулировкой в диапазоне давлений 10"9 -10'1 мм рт.ст.

Разработаны конструкции шлюзовой камеры с реечным и магнитным механизмами перемещения образца.

Шлюзовая камера с реечным механизмом перемещения образца оснащена системой напуска газов, датчиком контроля давления и фланцем с высоковольтными сильноточными токовводами для установки устройства нагрева.

Впервые для уменьшения газовыделения с поверхности устройства перемещения образца, влияющего на условия проведения экспериментов, предложено транспортировку образца осуществлять одним штоком - манипулятором, который одновременно перемещает и,фиксирует образец в камере подготовки с дальнейшим захватом и. перемещением в камеру анализатора, в отличие от известных устройств, в которых для транспортировки образца между камерами и фиксации образца в камерах используются дополнительные манипуляторы.

В отличие от известных ранее устройств, в которых между камерами транспортируется шток с держателем, в устройстве магнитного перемещения образца между камерами перемещается только держатель образца.

2. Разработаны с учетом проведенных расчетов конструкции и методики использования устройств механической чистки и контролируемого нагрева образца в вакууме и газовой среде.

Впервые разработано и изготовлено устройство индукционного нагрева для термообработки образцов в газовой среде в вакуумной камере спектрометра с контролем температуры исследуемой поверхности.

Впервые разработано многофункциональное устройство, которое позволяет проводить: I) нагрев образцов в вакуумной камере спектрометра до температуры 1000°С с контролем температуры исследуемой поверхности; 2) ионную очистку внутренней поверхности вакуумной камеры (шлюзовой реакционной) от адсорбированных газов после проведения экспериментов с химически активными газами; ионное травление поверхности образца.

Впервые разработано устройство скрайбирования для механического удаления поверхностного слоя образцов в сверхвысоком вакууме.

3. Для расширения диапазона возбуждающего излучения модернизирован источник рентгеновского излучения и разработан механизм перемещения экранирующих окон ионизационной камеры спектрометра ЭС-2401.

4. На модельных образцах исследованы процессы формирования состава поверхностного слоя свинцово-силикатных стекол МК020 и 6Ва4 на последовательных стадиях формирования рабочей поверхности каналов микроканальных пластин. Показано: спекание с боратным стеклом приводит к частичному восстановлению свинца; обработка соляной кислотой приводит к появлению на поверхности комплексов НС1 ' пН20 и образованию хлорида свинца РЬС12; в результате полировки с использованием воды поверхность стекла 6Ва4 обогащается алюминием, свинец образует гидроксид РЬ(ОН)2; в результате полировки с использованием глицерина наблюдается обогащение поверхности алюминием и натрием, образование гидроксида РЬ(ОН)2 и восстановленного до металлического состояния свинца.

Исследовано влияние состава остаточной атмосферы на состав пленок алюминия, полученных магнетронным распылением, на силикатном стекле: при напылении пленок в инертной атмосфере (аргон) на границе раздела подложка-пленка образуются оксид и силикаты алюминия; в составе пленок, напыленных в остаточной атмосфере воздуха, образуется AIN, на границе раздела пленка-подложка кроме оксида и силикатов алюминия, образуется нитрид кремния Si3N4; по всей толщине пленок, напыленных в атмосфере, содержащей углеводороды, содержится углерод, причем его концентрация возрастает по мере удаления от внешней поверхности к границе раздела пленка - подложка.

Цитируемая литература

1. Гапль Р.Н. Масс-спектрометры и электронные спектрометры для научных исследований : дис.... докт. техн. наук, Ленинград. 1981.

2. Белов В.Д., Мамро H.B. История и предпосылки развития отечественных инструментальных средств рентгено-фотоэлектронной спектроскопии // Научное приборостроение. - 2002. - Т.12. - №4. - С. 35-41.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

1. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Экспериментальные возможности модернизированных электронных спектрометров ЭС-2401 и ЭС-3201 //Деп. ВИНИТИ № 1505. - В90. - 27 с.

2. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Антонов A.B., Мерзляков Д.В. Использование нетрадиционных источников рентгеновского излучения для анализа поверхности в спектрометрах ЭС-2401 и ЭС-3201 // Тез. док. Всесоюз. конф. «Анализ-90». Ижевск. - 1990. - С.293.

3. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Антонов A.B., Мерзляков Д.В. Модернизация отечественных электронных спектрометров ЭС-2401 и ЭС-3201 // Тез. док. XXI Всесоюз. конф. по эмиссионной электронике, Ленинград. 1990. - Т.2. - С.52.

4. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Устройство механической очистки образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента. -1991. - №2. - С. 199 - 200.

5. Кожевников В.И., Мерзляков Д.В., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Индукционный нагрев образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента. -1991. - №2. - С.200 - 201.

6. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников В.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов. Учебное пособие. - Изд-во Удм. ун-та, 1992. - 249 с.

7. Вотяков В.А., Валеев Г.Р., Кожевников В.И. Механизм поворота образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента. - 1993. - №4. -С.221 -222.

8. Вотяков В.А., Мерзляков П.Г., Кожевников В.И. Шлюзовая камера для электронных спектрометров // Заводская лаборатория. - 1994. - №2. - С.24 - 25.

9. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Трапезников В.А., Антонов C.B. Расширение диапазона возбуждающего излучения электронного спектрометра ЭС-2401 // Приборы и техника эксперимента. - 1995. - №4. - С. 159 -161.

10. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Сорокина М.Ф. Влияние обработки на состав поверхностного слоя и результаты восстановления свинцово-силикатных стекол // Стекло и керамика. - 1995.-№8.-С. 11 -13.

11. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников

B.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов. Учебное пособие. Изд-е 2-е, дополненное и переработанное.- Изд-во Удм. ун-та (по федеральной программе книгоиздания России), 1995. - 392 с.

12. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Сорокина М.Ф. Термостимулированная сегрегация элементов в поверхностном слое свинцово-силикатных стекол // Физика и химия обработки материалов. - 1996. - №4. -

C.70 - 73.

13. Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Канунникова О.М. Дефекты алюминиевых покрытий на силикатных стеклах // Стекло и керамика. - 2001. - №5. - С. 23 - 25.

14. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Исследование причин брака алюминиевых зеркал на силикатных стеклах // Стекло и керамика. - 2002. - Т.8. - С.27 - 28.

15. Канунникова О.М., Кожевников В.И., Гончаров О.Ю. Состав и строение тонких алюминиевых пленок на силикатных стеклах // Химическая физика и мезоскопия. - 2008. - №1. - С.63 - 68.

16. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г., Вотяков В.А. Разработка фотоэлектронного спектрометра на базе серийного спектрометра ЭС-2401 // Материалы XI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и экономики». Сочи. 6-10 октября 2008 г. -С.118-124.

17. Кожевников В.И., Канунникова О.М., Гончаров О.Ю. Формирование состава рабочих поверхностей каналов микроканальных пластин, изготовленных с использованием стекловолоконных технологий // Химическая физика и мезоскопия. - 2008. - Т.10. - №3. - С.370 - 376.

18. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г., Вотяков В.А. Разработка фотоэлектронного спектрометра на базе электростатического спектрометра ЭС-2401 // Приборы. - 2009.- №5. - С.45 - 50.

19. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. рентгеноэлектронный спектрометр для исследования влияния внешних воздействий на поверхностные слои материалов // В сб. статей конф. «Актуальные проблемы математики, механики, информатики», Ижевск.- 2010,- С.78-84.

20. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г., Трапезников В.А. Модернизация отечественных спектрометров ЭС-2401 и ЭС-3210 для решения современных задач материаловедения // Тез. док. XX Всерос. конф. «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь», Новосибирск. 2010. - С. 92.

21. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Система напуска газов / Патент РФ № 2009100643. 2010.

22. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для подготовки образца / Патент РФ № 2009100644. 2010.

23. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для ввода образца в вакуумную камеру / Патент РФ № 2009100645.2010.

24. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для механической чистки поверхности / Патент РФ № 2009100646. 2010.

Отпечатано с оригинал-макета заказчика

Подписано в печать 03.09.10. Формат 60x84 71б. 1,2 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 1454.

Типография ГОУВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Ижевск, ул. Университетская, 1, корп. 4.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Кожевников, Владимир Изосимович

Введение.

Глава 1. Экспериментальная техника и методика фотоэлектронной спектроскопии.

1.1. Физические принципы метода фотоэлектронной спектроскопии.

1.2. Принцип действия и конструктивные особенности электростатических фотоэлектронных спектрометров.

1.2.1. Энергоанализатор.

1.2.2. Вакуумная система фотоэлектронных спектрометров.

1.2.3. Технологические приставки для обработки поверхности образца в вакууме.

1.2.4. Технические характеристики фотоэлектронных спектрометров, используемых в настоящее время.

1.3. Фотоэлектронный спектрометр ЭС-2401.

Введение 2010 год, диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, Кожевников, Владимир Изосимович

Интенсивное развитие современной техники требует создания и широкого использования конструкционных материалов со специальными свойствами. Повышение качества продукции, увеличение ее надежности и долговечности зависят от надлежащего контроля на всех этапах производства от заготовок и полуфабрикатов из исходного материала и далее, на последовательных стадиях технологической обработки. Экспериментальные исследования в материаловедении, особенно в тех областях, которые связаны с изучением изменений химического состава поверхностных слоев под влиянием различных внешних воздействий, немыслимы без использования фотоэлектронных спектрометров.

Основными приложениями рентгеноэлектронной спектроскопии являются: элементный и химический анализ неорганических и органических образцов, анализ электронной структуры образца, глубинный.профильный анализ элементного состава образца. 1

Преимуществами рентгеноэлектронной спектроскопии являются: многоэлементность определений, широкий диапазон измеряемых концентраций, разработанность теории количественного анализа, возможность проведения количественного анализа при отсутствии стандартных образцов [1]. Благодаря этому рентгеноэлектронная спектроскопия находит многообразные применения в материаловедении конструкционных и электронных материалов, в исследовании явлений катализа, адсорбции, явлений на гетерофазных границах, исследований углеродсодержащих неорганических и органических материалов и структур, включая фуллерены, полимеры и биологические объекты.

Промышленное производство сверхвысоковакуумного оборудования всегда было чрезвычайно дорогостоящим, поэтому его приобретение может позволить себе не каждый потребитель [2]. Вследствие этого старение используемого научного сверхвысоковакуумного оборудования, к которому относятся фотоэлектронные спектрометры, является проблемой не только российских, но и многих зарубежных исследовательских институтов. В этой ситуации профессиональная модернизация, проведенная на высоком техническом уровне, является альтернативой приобретению нового оборудования. За рубежом фирмы, занимающиеся изготовлением фотоэлектронных спектрометров, широко практикуют модернизацию устаревших моделей собственного производства [3], т.е. активно развивается вторичный рынок вакуумных систем. Техническим результатом модернизации является1 создание установки, по своим характеристикам не уступающей современным промышленным образцам и приспособленной-к технологическому процессу, необходимому потребителю. Финансовым результатом модернизации является увеличение рыночной стоимости установки в несколько раз по отношению к затратам на модернизацию.

В конце прошлого века в нашей стране в Институте Аналитического приборостроения (г. Ленинград) были разработаны и серийно выпускались на Экспериментальном заводе научного приборостроения (г. Черноголовка) фотоэлектронные спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201 [4]. Оба спектрометра были оснащены электростатическим энергоанализатором высокого разрешения с трехэлектродной линзой на входе и различались источниками возбуждения и устройствами ввода пробы: спектрометр ЭС-3201 был предназначен главным образом для исследования газов и паров легколетучих веществ и имел источник ультрафиолетового излучения; спектрометр ЭС-2401 представлял собой стандартный рентгепоэлектронный спектрометр того времени для исследования твердотельных образцов. Источник рентгеновского излучения обеспечивал получение характеристического излучения MgKa- и AlKa- достаточно хорошей интенсивности. При использовании рентгеновской трубки с магниевым анодом предельное разрешение составляло 0.9-1.0 эВ. По своим параметрам спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201 не уступали зарубежным аналогам [6]. В настоящее время спектрометры ЭС-2401 и ЭС-3201 не могут быть использованы для проведения научных исследований* вследствие: отсталости конструкции вакуумных систем, ненадежности переферийных узлов, отсутствия или крайней примитивности систем контроля над технологическими процессами. В то же время энергоанализатор отечественных спектрометров (полусферический дефлектор) по своим характеристикам соответствует энергоанализаторам зарубежных спектрометров, которые после модернизации вакуумной системы и оснащения'приставками для осуществления внешних воздействий на образец выставляются на вторичный рынок вакуумного научного оборудования для проведения исследований в области материаловедения (например, PHI 5600 LS XPS [3], SSX-100 [5]).В связи с вышеизложенным сформулированы цель и задачи данной работы.

Конкретные задачи:

1. Анализ исходных данных для проектирования специализированного фотоэлектронного спектрометра на базе ЭС-2401 для проведения экспериментальных исследований электронной структуры поверхности, термостимулированных процессов в поверхностных слоях материалов, температурной зависимости адсорбционных и топохимических процессов.

2. Разработка методик экспериментальных исследований и модернизация узлов спектрометра:

2.2. Выбор и расчет моделей устройств термического воздействия на образец в вакууме до температур фазовых переходов и газовых средах образцов с контролем температуры исследуемой поверхности.

2.4. Расширение диапазона возбуждающего излучения в область мягкого рентгена и ультрафиолета.

Практическая значимость работы

Впервые для уменьшения газовыделения с поверхности устройства перемещения образца, влияющего на условия проведения экспериментов, предложено транспортировку образца осуществлять одним штоком - манипулятором, который одновременно перемещает и фиксирует образец в камерах для проведения эксперимента с дальнейшим захватом и перемещением в камеру анализатора, в отличие от известных устройств, в которых для транспортировки образца между камерами и фиксации образца в камерах используются дополнительные манипуляторы.

Впервые предложено использование метода индукционного нагрева и проведен расчет устройства индукционного нагрева для термообработки образцов в газовой среде в вакуумной камере спектрометра.

Результаты, выносимые на защиту:

1. Конструкция вакуумной системы по модели, включающей:

- высоковакуумную шлюзовую реакционную камеру с реечным механизмом транспортировки образца;

- сверхвысоковакуумную шлюзовую камеру с магнитным механизмом транспортировки образца;

- сверхвысоковакуумную систему дозированного напуска газов в камеру подготовки образцов.

2. Конструкции и методики использования.устройств воздействия на образец в камерах спектрометра:

- механической чистки поверхности образцов нестойких к нагреву и ионной бомбардировке;:

- индукционного нагрева с контролем температуры поверхности исследуемого образца, позволяющего нагревать образец до температуры бОО^С в газовой.среде;

- многофункционального устройства,- позволяющего проводить: 1) электронный ¡разогрев образца до 1000°С с контролем температуры поверхности и защитой поверхности вакуумной; камеры от перегрева; 2) ионную очистку внутреннейшоверхности вакуумной, камеры; от адсорбированных газов; 3) ионное травление поверхности образца:

3. Методика5 расширения диапазона.возбуждающего излучения в область мягкого ультрафиолета в спектрометре ЭС-2401.

4. Результаты исследования состава поверхностного слоя стекол 6Ва4 и МКО 20, сформированного в результате воздействий;, используемых при/изготовлении микроканальных пластин; и результаты исследования < состава <тонких~ алюминиевых пленок на- силикатном• стекле, полученных магнетронным распылением, в зависимости от состава? остаточнойе атмосферы и режимов получения. .

Достоверность» результатов исследований подтверждена воспроизводимостью- результатов? экспериментов, проведенных с использованием разработанных систем, узлов и технологических устройств; в одних и тех же условиях. Технические, характеристики созданных устройств подтверждены экспериментальными исследованиями; эталонных образцов, сравнением с данными других авторов, опубликованными^ литературе.

Работа выполнена; в соответствии?, с тематическими планами; НИР Физико-технического института Уральского отделения^РАН по направлению «Физика и химия поверхности» по темам: :«Комплексные исследования; методами -электронной? спектроскопии связи энергетической структуры, потерь энергии и состава поверхности некоторых стекол и металлов с их эмиссионными свойствами» (УНЦ АН СССР №Х58460); «Исследование связи!сегрегационных процессов с.электронной структурой13¿-металлов после термического и.механического воздействий» (ФТИ УрО РАН № гос. регистрации 01.9:90 002475),.

Исследование процессов межфазных взаимодействий при формировании наноструктур-ных композиционных материалов» (ФТИ УрО РАН, № гос. регистрации 01.2. 003 05811).

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: XXI Всесоюзная конференция по эмиссионной электронике, Ленинград, 1990 г.; XV Всесоюзное совещание по рентгеновской и электронной спектроскопии, Ленинград, 1988 г.; Всесоюзная конференция «Анализ-90», Ижевск, 1990 г.; XI Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения и экономики», Сочи, 2008г.; XX Всерос. конф. «Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь», Новосибирск, 2010 г.

Публикации. Основные результаты работы изложены в учебном пособии (два издания), 13 статьях, 1 статье в сборнике, 4 тезисах и материалах конференций и 4 патентах, список которых приведен в конце автореферата.

ЛИЧНЫЙ вклад автора. Автором предложены пути решения поставленной цели работы, сформулированы и обоснованы вынесенные на защиту положения.

Автором выбрана и рассчитана модели, разработана блок-схемы и конструкция вакуумной системы, выбраны модели и разработаны конструкции» технологических устройств, методики экспериментальных исследований с использованием разработанных" устройств.

Автор принимал непосредственное участие в изготовлении конструкций систем1 и технологических устройств, проведении экспериментов и обсуждении результатов.

Автор выражает благодарность к.ф.-м.н. Ф.З. Гильмутдинову и гл. конструктору П.Г. Мерзлякову за многолетнее и плодотворное сотрудничество.

Автор благодарен светлой памяти к.ф.-м.н. М.Ф.Сорокиной, при непосредственном участии которой была начата эта работа.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка-литературы, содержащего 172 ссылки и приложения. Материалы изложены на 158 страницах машинописного текста, содержат 48 рисунков и 22 таблицы.

Заключение диссертация на тему "Электронный спектрометр для исследования поверхности материалов, сформированной в результате внешних воздействий"

Основные результаты и выводы

Выполнен комплекс работ, который привел к созданию качественно нового фотоэлектронного спектрометра (на базе отечественного энергоанализатора спектрометра ЭС-2401) и разработаны методики контроля и проведения исследований в области материаловедения, связанных с влиянием внешних воздействий на поверхностные слои веществ и материалов.

Разработаны конструкции шлюзовой камеры с реечным и магнитным механизмами перемещения образца.

Впервые для уменьшения газовыделения с поверхности устройства перемещения образца, влияющего на'условия проведения экспериментов, предложено транспортировку образца осуществлять одним штоком - манипулятором, который одновременно перемещает и фиксирует образец в камере подготовки с дальнейшим захватом и перемещением в камеру анализатора, в отличие от известных устройств, в которых для транспортировки образца между камерами и фиксации образца в камерах используются дополнительные манипуляторы.

Впервые проведен расчет и изготовлено устройство индукционного нагрева для термообработки образцов в газовой среде в вакуумной камере спектрометра с контролем температуры исследуемой поверхности

Впервые разработано многофункциональное устройство, которое позволяет проводить: 1) нагрев образцов в вакуумной камере спектрометра до температуры 1000°С с контролем температуры исследуемой поверхности; 2) ионную очистку внутренней поверхности вакуумной камеры (шлюзовой реакционной) от адсорбированных газов после проведения экспериментов с химически активными газами; ионное травление поверхности образца.

Впервые проведен разработано устройство скрайбирования для механического удаления поверхностного слоя образцов в сверхвысоком вакууме.

4. На модельных образцах исследованы процессы формирования состава поверхностного слоя свинцово-силикатных стекол МК020 и 6Ва4 на последовательных стадиях формирования рабочей поверхности каналов микроканальных пластин. Показано, что: спекание с боратным стеклом приводит к частичному восстановлению свинца; обработка соляной кислотой приводит к появлению на поверхности комплексов НС1 ' пН20 и образованию хлорида свинца РЬС12; в результате полировки с использованием воды поверхность стекла 6Ва4 обогащается алюминием, свинец образует гидроксид РЬ(ОН)г; в результате полировки с использованием глицерина наблюдается обогащение поверхности алюминием и натрием, образование гидроксида РЬ(ОН)2 и восстановленного до металлического состояния свинца.

Исследовано влияние состава остаточной атмосферы на состав пленок алюминия, полученных магнетронным распылением, на силикатном стекле: при напылении пленок в инертной атмосфере (аргон) на границе раздела подложка-пленка образуются оксид и силикаты алюминия; в составе пленок, напыленных в остаточной атмосфере воздуха, образуется A1N, на границе раздела пленка-подложка кроме оксида и силикатов алюминия, образуется нитрид кремния SÎ3N4; по всей толщине пленок, напыленных в атмосфере, содержащей углеводороды, содержится углерод, причем его концентрация возрастает по мере удаления от внешней поверхности к границе раздела пленка -подложка.

3.4. Заключение

На модельных образцах исследованы процессы формирования состава поверхностного слоя свинцово-силикатных стекол МК020 и 6Ва4 на последовательных стадиях формирования рабочей поверхности каналов микроканальных пластин. Показано, что: спекание с боратным стеклом приводит к частичному восстановлению свинца; обработка соляной кислотой приводит к появлению на поверхности комплексов НС1 ' пНгО и образованию хлорида свинца РЬС1г; в результате полировки с использованием воды поверхность стекла 6Ва4 обогащается алюминием, свинец образует гидроксид РЬ(ОН)г; в результате полировки с использованием глицерина наблюдается обогащение поверхности алюминием и натрием, образование гидроксида РЬ(ОН)г и восстановленного до металлического состояния свинца.

Исследовано влияние состава остаточной атмосферы на состав пленок алюминия, полученных магнетронным распылением, на силикатном стекле: при напылении пленок в инертной атмосфере (аргон) на границе раздела подложка-пленка образуются оксид и силикаты алюминия; в составе пленок, напыленных в остаточной атмосфере воздуха, образуется A1N, на границе раздела пленка-подложка кроме оксида и силикатов алюминия, образуется нитрид кремния Si3N4; по всей толщине пленок, напыленных в атмосфере, содержащей углеводороды, содержится углерод, причем его концентрация возрастает по мере удаления от внешней поверхности к границе раздела пленка - подложка.

Библиография Кожевников, Владимир Изосимович, диссертация по теме Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

1. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред. Бриггса Д., Сиха М.П., Москва: Мир, 1987, 598 с.

2. Нестеров С.Б., Васильев Ю.К. Современное состояние рынка оборудования систем создания и поддержания вакуума // http://vacuumexpo.ru/20Q9/about/2477.stm

3. Upgrade PHI products // http://www.rbdinstruments.com/index.html

4. Белов В.Д., Мамро Н.В. История и предпосылки развития отечественных инструментальных средств рентгено-фотоэлектронной спектроскопии // Научное приборостроение, 2002, т.12, №4, с.35-41.

5. Зигбан К. Электронная спектроскопия / К. Зигбан, К. Нордлинг, А. Фальман А.и др.-М.:Мир, 1971,493 с.

6. Трапезников В.А., Шабанова И.Н. Рентгеноэлектронная спектроскопия сверхтонких поверхностных слоев конденсированных систем / М.: Наука,- 1988,200с.

7. Карлсон Т.А. Фотоэлектронная и Оже-спектроскопия / JI: Машиностроение, 1981,431с.

8. Миначев Х.М., Антошин Г.В., Шпиро Е.С. Фотоэлектронная спектроскопия и ее применение в катализе / М.: Наука, 1981,213с.

9. Праттон М. Введение в физику поверхности / Под ред Трапезникова В.А., М.-Ижевск, 2000,256 с.

10. Huftier S. Photoelectron spectroscopy / Springer-Verlag, 2000, 508 p.

11. Нефедов, В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. Справочник /В.И. Нефедов // М.: Химия, 1984,255 с.

12. Goldberg S.M., Fadley C.S., Kono S. Photoeonization cross-section for atomic orbitals with random fixed spatial orientation // J. Electr. Spectr. Rel. Phenom., 1981, v.21, p.285-363

13. Афанасьев В.А., Явор С.Я. Энергоанализаторы и монохроматоры для электронной спектроскопии / Л.: Изд-во ЛГУ, 1979, 224 с .

14. Фридрихов С.А. Энергоанализаторы и монохроматоры для электронной спектроскопии / Л.: Изд-во ЛГУ, 1979,158 с .

15. Electron Spectroscopy: Theory, Techniques and Applications, Vol. 4 / Eds. C.R. Brundle and A.D. Baker.- Academic Press, London, New York, 1981,407 p.

16. Трапезников В.А., Шабанова И.Н., Шрайбер С.И. и др. Создание автоматизированного электронного магнитного спектрометра для исследования расплавов // ВНТИЦентр, М., 1985, №02880067297, 127 с.

17. Соснов В.А., Хазова P.A., Широбоков C.B. и др. Переносной технологический рентге-ноэлектронный магнитный спектрометр // ПТЭ, 1997, №3, с. 13 0-136.

18. Трапезников В.А., Шабанова И.Н., Журавлев В.А. Разработка 100-см электронного магнитного спектрометра с двойной фокусировкой // Вест.Удм.ун., 1993, вып.5, c.l 11-115.

19. Кузнецов B.JI. Магнитные фотоэлектронные спектрометры, растровые детекторы спиновой поляризации. Дисс. д.т.н., Екатеринбург, 2004, 68 с.

20. Трапезников В.А. Электронная спектроскопия малых доз излучения // УФН, 1998, Т.168, №7, с.793-799.

21. Бейкер А., Бетгеридж Д. Фотоэлектронная спектроскопия / М.: Мир, 1975,200с.

22. Трапезников В.А., Широбоков C.B., Ковнер Л.Г. Импульсный рентгеновский источник для исследования расплавов методом рентгеноэлектронной спектроскопии // Журнал структурной химии, 1998, с.1159-1162.

23. Зубавичус Я.В., Словохотов Ю.Л. Рентгеновское синхротронное излучение в физико-химических исследованиях // Успехи химии, 2001, т. 70, № 5, с. 429-463.

24. Синхротронное излучение / Под ред. К. Кунц.- М.: Мир,1981, 526с.

25. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников В.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов . Учебное пособие. Ижевск: Изд-воУдГУ, 1995,393 с.

26. Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т.1: Механика. Молекулярная физика.- М.: Наука, 1989, 352 с.

27. Шульман А.Р., Фридрихов С.А. Вторично-эмиссионные методы исследования твердого тела.- М.: Наука, 1977, 551 с.

28. Уэстон Дж. Техника сверхвысокого вакуума. М.: Мир, 1988, 365 с.

29. Вакуумная техника. Справочник / Под ред. Фролова Е.С., Минайчева В.Е. М.: Машиностроение, 1985, 359 с.

30. Lezarus M.S., Sham Т.К. The performance of mechanical scrapping tools in ultrahigh vacuum: an XPS study//J. Electr. Spectr. Relat. Spectr., 1983, v. 31,N1, p. 91-96.

31. Hoffmann S. Quantitative depth profiling in surface analysis: a review. // Surf. Interface Anal., 1988,v.2, N4, p.148-160.

32. Клещевников A.Mí Профили концентраций элементов по глубине твердых тел на основе данных рентгеноэлектронной спектроскопии. Канд. дисс. ф.-м.н., М., 1983, 160 с.

33. Holloway P.H., Bhattacharia. Limitation of ion etching for interface analysis.// Surf. Interface Anal., 1981, v.3, N3, p.l 18-125.

34. Kelly R. On the problem of whether mass of chemical bonding is more important to bombardment-induced compositional changes in alloys and oxide // Surf. Sci., 1980, v. 100, p.85-107.

35. Chuang Т., Brundelt G., Wandelt K. An X-ray photoelectron spectroscopy study of chemical changes in oxide and hydroxide surfaces inducted by Ar bombardment. // Thin Solid Films, 1978, v.53,Nl, p. 19-27.

36. Kim K.S., Baitinger W.E., Amy J.W., Winograd N. ESCA studies of metal-oxygen surfaces using argon and oxygen ion-bombardment. // J. Electr. Spect. Rel. Phen., 1974, v.5, p.351-367.

37. Wolf G.K. Chemical effects of ion bombardment. // Instr. Inorg. Chem., 1979, v.83, p.l.

38. XPS & AES Makers // http.//www.xpsdata.com/instrumentmakers.htm

39. LEOL JPS-9200 XPS // http.//www.portel.vttech.ru

40. Ultravac-PHI Quantera // http.//www.phi.com:80/products/quantera/overew.html

41. YG Scienta System XPS / http.//www.vgscienta.com

42. Thermo-Fisher K-alpha XPS // http.//www.thrmo.com/com/cda/product/detail

43. Shimadzu-Kratos Nova XPS // http.//www.kratosanalyticaI.net/surface

44. Omicron Nanotechnology Nano ESCA // http.//www.omicron.dc/index2.html

45. Piao Н. Mclutyre D., Beamson G. et al. Electronic structure of Au-Al thin- film alloys by high-energy XPS and XANES // J, Electr. Spectr. Rel. Phen., 2002, v. 125, p. 35-45.

46. Sasaki M., Yasui K., Kohiki S. Cu doping effects on optical and magnetic properties of 1п20з //J. Alloys and Сотр., 2002, v.334, p.205-210.

47. Wenkin M., Ruiz P., Delmin В., Devillers M. The role of bithmuth as promoter in Pd-Bi catalysts for the selective oxidation of glucose to gluconate // J. Mol.Cat.A, 2002, v.180, p.141-159.

48. Huang Y., Wang G., Valenzuela R.X., et al. The thermal spreading of antimony oxides onto Fe203 // Appl. Surf. Sci., 2003, v.210, p.346-352.

49. Duck Worth O.W., Martin S.T. Role of molecular oxygen in the dissolution of siderite and rhopdochrosite // Geochimica et Cosmochomica Acta, 2004, v.68, N3, p.607-621.

50. Vast L., Philippin G., Destree A. et al. Chemical functionalization by a fluorinated trichloro-silane of multi-walled carbon nanotubes //Nanotechnology, 2004, v. 15, p.781-785.

51. Quang Fu, Chuan-Bao Cao, He-Sun Zhu Synthesis of nitrogeneted carbon films by cathodic electrodeposition at the solid-liquid interface // Mat. Lett., 2000, v.42, p. 166-170.

52. Dong Guo, Kai Cai, Long-tu Li et.al. Evalution of diamond-like carbon films electrodepos-ited on an A1 substrate from the liquid phase with pulse-modulated power // Carbon, 2001, v.39, p.1395-1398.

53. Pla J., Tamasi M., Rizzoli R. et al. Optimization of ITO layers for application in a-Si/c-Si heterojunction solar cells // Thin Solids Films, 2003, v.425, p. 185-192.

54. Li Z., Zhu Y. Surface-modification of Si02 nanoparticles with oleic acid // Appl. Surf. Sci., 2003, v.211,Nl-4, p. 315-320.

55. Wang Yu, Zhang Sh., Wu X. Synthesis and optical properties of mesostructured titania-sufactant inorganic-organic nanocomposites //Nanotechnology, 2004, v.15, N9, p.l 162-1165.

56. Paszti Z., Peto G., Horvath Z.E., et al. Nanoparticle formation induced by low-energy ion bombardment of island thin films // Appl. Phys., 2003, v.A76, p. 577-587.

57. Wu Y.P., Jiang C., Wan C., Holze R. Anode materials for lithium ion battaries by oxidative treatment of common natural grafite //Solid State Ionics, 2003, v. 156, p.283-290.

58. Emel Yilgor, Iscander Yilgor, Sefic Suzer. Surface properties of polyamides modified with reactive polydimethilsiloxane oligomers and copolimers // Polimer, 2003, v.44, p.7271-7279.

59. Kadirgan F., Suzer S. Electrochemical and XPS studies of corrosion behaviour of a low carbon steel in the presence of FT 2000 inhibitor // J.Electr. Spectr., 2001, v. 114-116, p.597-601.

60. Icona F., Marietta G. XPS study of radiation-induced modification of poly (butane-1-sulfone): Dependence on the energy deposition mechanism // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res., 2000, v. 166-167 B, p.676-681.

61. Sayan S., Demirel B., Paul J. Methyldecalin hydrocracking over palladium/zeolite-X // Fuel, 2000, v.79, p. 1395-1404.

62. Sambi M., Petuchov M., Domenichini B., et al. A photoelectron diffraction study of surface-V205 (2x2) layer on Pd(l 11) // Surf. Sci., 2003, v.529, p.L234-L238.

63. Yi J.Z., Goh S.H. Miscibility and interaction in poly(methylthiomethylmethacrylate) / poly(vinil alcohol) blends // Polymer, 2003, v.44, p. 1973-1978.

64. Yao Zhang, Li-Xin Chen, Yong-Quan Lei, Qi-Dong Wang. The effect of partial substitution of Ti with Zr, Cr or V in the Mg3sTiioNis5 electrode alloy on its electrochemical performance // Electrochimica Acta, 2002, v.47, p. 1739-1746.

65. Cherkezova-Zheleva Z.P., Shopska M.G., Krstic J.B. et al. Study of the dispersivity of iron oxide and iron oxide-noble metal supported systems // >K.OX, 2007, t.81, №9, c. 1654-1659.

66. Junhu Zh., Xiaoling L., Kun L. et al. Thin films of Ag nanoparticles prepared from the reduction of Agl nanoparticles in self-assembled films // J.Coll. Interf. Sci., 2002; v.255, p.l 15-118

67. Watson R.B., Lashbrook S.L., Ozkan U.S. Chlorine modification of Mo/silica-titania mixed oxide catalysts for the dehydrogenation of ethane // J. Mol. Catalysis A, 2004,v.208, p.23 3-244.

68. Rio S., Delebarre A. Removal of mercury in aqueous solution by fluid bed plant fly ash // Fuel, 2003, v.82, p.153-159.

69. Black L., Gouder T., Wastin F., et al. Photoelectron spectroscopy study of U-Ni alloys: a comparison of thin films and bulk system // Surf. Sei., 2002, v.504, p.83-92.

70. Carpentier J., Lamonier J.F., Siffert S. et al. Characterisation of Mg/Al hydrotacite with in-terlayer palladium complex for catalytic oxidation of toluene // Appl. Catalysis A: General, 2002, v.234, p.91-101,

71. Alimi K., Molinie P., Blei N., et al. Synthesis and characterization of Cm poly-phenylene-vinylene-ether photo luminescent copolymers // Synthetic Metals, 2002, v.126, N1, p.19-25.

72. Marco J.F., Gracia M., Gancedo J.R. et al. Corrosion of ultrathin iron layers and titanium nitride coated iron // Hyperfine Interactions, 2001, v. 1354, p.37-51.

73. Bose 0., Kemnitz E., Lippitz A., Unger W.E.S. Cls and Au4f referenced XPS binding energy data obtained with different aluminium oxides hydroxides and fluorides // Fresenius J. Anal. Chem., 1997, v.358, p.175-179.

74. Gross Th., Retzko I., Friedrich J., Unger W. Time -of-flight SIMS and XPS characterization of metal doped polymers // Appl. Surf. Sei., 2003, v.203-204, p. 575-579.

75. Kumar D., Dey G.K., Gupta N.W. Nanoparticles of uranium oxide occluded in MCM-41 silica host // PCCP: Phys. Chem. Chem. Phys., 2003, v.5, N24, p.5477-5484.

76. Krings N., Stehblow H.-H., Kohnert J., Martin H.D. Investigation on the monolayer structure of thiol SAMs and the influence of conjugated 7t-bonds on the electronic molecular conductivity //Electrochim. Acta, 2003, v.49, p. 167-171.

77. Moritz W., Krause S., Roth U. et al. Re-activation of an all solid state oxygen sensor // Anal. Chim. Acta, 2001, v.437, p. 183-190.

78. Moreno-TOST R., Santamaria Gonzalez J., Mairels-Torres P., et al. Nickel oxide supported on zirconium-dopped mesoporous silica for selective catalytic reduction of NiO with NH3 // J. Mater. Chem., 2002, v. 12, p.3331-3336.

79. Werner W.S.M., Kover L., Tota J., Varga D. Line shape analysis of high energy X-ray induced Auger- and photoelectron spectra of thin Cu and Ni films // J. Electr. Spectr. Rel. Phen., 2002, v.122, N2, p. 103-114.

80. Ayouchi R., Martin F., Leihen D. et al. Growth of pure ZnO thin films prepared bys chemical spray pyrolysis on silicon // J. Cryst. Growth, 2003, v.247, p.497-504.

81. Kasten L.S., Balbyshev V.N., Donley M.S. Surface analytical study of self-assembled nano-phase particle surface treatment // Progress in Organic Coatings, 2003, v.47, p.211-224.

82. Hernan L., Morales J., Sanchez L. et al. Synthesis, characterization and comparative study of the electrochemical properties of doped lithium manganese spinels as cathodes // J. Mater. Chem., 2002, v. 12, p.734-741.

83. Галь P.H. Масс-спектрометры и электронные спектрометры для научных исследований. Дисс. д.т.н., Ленинград, 1981, 68 с.

84. Галль Р.Н., Кобрин М.С., Медынский Г.С., Шмидова Н.Ф. Разработка комплекса электронных спектрометров // Металлофизика, респ. межвед. сборник, Киев: Наукова Думка, 1975, вып. 60, с.75.

85. Галль Р.Н., Акбаев К.М., Афанасьев В.П. и др. Анализаторы заряженных частиц. Авт. свид. №433435 от 28.02.1974. Бюлл. изоб. №23, 1974.

86. Галль Р.Н., Ахметов К.М., Басин Л.А., Бобыкин Б.В. Способ изготовления магнитных экранов из пермаллоя. Авт. свид. №464918 от 29.11.1974, Бюлл. Изобретений, 1975, №11.

87. Электронный спектрометр ЭС-2401. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 1ГЗ.394.500 ТО. Г.Черноголовка, 1979 .

88. Frost D.C., Hatowich D.G., Hudis J. et al, A versatile, fast pumping ultraviolet photoelectron spectrometer fort he study of transient and unstable species // J.Electr. Spectr. Rel. Phen., 1977, v.12, p.95-100.

89. Применение электронной спектроскопии для анализа поверхности / Под ред. Ибаха X. Рига: Знатнее, 316с.

90. Randon S., Sherwood P.M. Core level and valence band spectra of lead by XPS // Surf. Sci. Spectra, 1998, v.5, p.83-89.

91. Nakajima К., McGinns S.P, Kelly M.A. Si by XPS // Surf. Sci. Spectra, 1993, v.2, p.61-67

92. Miller A.C., Simmons G.W. Copper by XPS // Surf. Sci. Spectra, 1993, v.2, p.55-60.

93. Mansour A.N. Gold by MgKa XPS spectra from the Physical Electronics Model 5400 Spectrometer// Surf. Sci. Spectra, 1994, v.3, p.197-203.

94. Синельченко O.K., 1звеков A.B., Хижун О.Ю. Змша електронно1 структуры та зарядового стану атом1в icy6iиного ТаСо 751 ромбоэдричного Т^Сз карбццв при замещенш атом1в вуглесю азотом // Довщ Нащональной академп наук Украши, 2007, №4, с.85-91.

95. Poznak S.K., Golubev A.N., Kulak A.I. Correlation between surface properties and photo-catalytic and photoelectrochemical activity of 1П2О3 nanocrystalline films and powders // Surf. Sci., 2000, v.454-456, p. 396-401.

96. Jouikov V.V., Fattahova D.S. Stereoelectronic effects in the reactivity of electro generated cation radicals of arylselenides // J. Organomet. Chem., 2000, v.613, p.220-230.

97. Белов В.Д., Мамро H.B., Бардин Б.В., Николаев Н.Р. Рентгенофотоэлектронный спектрометр для химического анализа твердофазных материалов // Научное приборостроение, 2006, т.16, №1, с.72-79.

98. Саксаганский Г.Л., Основы расчета и проектирования вакуумной аппаратуры. М.: Машиностроение, 1978, 76 с.

99. Кузьмин В.В. Расчет и проектирование вакуумных машин и установок. Лабораторный практикум. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000, 38 с.

100. Данилин Б.С., Минайчев В.Е. Основы конструирования вакуумных систем / Под общ. ред. Р.А. Нилендера, М.: Энергия, 1971, 392 с.

101. Персов Б.З. Расчет и проектирование экспериментальных установок. Изд 2-е , исправленное, Москва-Ижевск, Изд-во: R&C Dynamica, 2006, 346 с.

102. Дэшман Саул. Научные основы вакуумной техники / Пер. с англ. под ред. М.М. Меньшикова.- М.:Мир, 1994, 715 с.

103. Ашкенази А.Л. Вакуум для науки и техники. М.:Наука, 1987, 128 с.

104. Фролов Е.С., Минайчев В.И., Алесандрова А.Т. и др. Вакуумная техника: Справочник / Под общ.ред. Е.С.Фролова, В.Е. Минайчева. М.: Машиностроение, 1992,480 с.

105. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Пенчко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. М.: Машиностроение, 1979, 504 с.

106. Технология тонких пленок. Справочник. М.: Сов.радио, 1977, 662 с.

107. Уэстон Дж. Техника сверхвысокого вакуума. М.: Мир, 1988, 365 с.

108. Розанов Л.Н. Вакуумная техника, М.: Высшая школа, 1990, 320 с.

109. Ishimaru Н. Ultimate preesureof the order of 10~13 Torr in an aluminium alloy vacuum chamber// J.Vac Sci. Technol., 1989, v. A7(3), p.2439-2442

110. Itoh K., Ishigaki Т., Kamikawana A., Ishimaru H. High — vacuum degassing furnace made from aliminium alloy and its thermal characteristics // J.Vac Sci. Technol., 1989, v. A7(3), p.2435-2438

111. Багдуев Р.И., Локтоинов В.И. Проблемы современного промышленного производства, связанные с вакуумной техникой // Вак. техн. технол., 2001, т.11, №3, с.115-117.

112. Плисковский В.Я. Конструкционные материалы и элементы вакуумных систем. М.: Машиностроение, 1976, 64 с.

113. Конструкционные материалы.- Т.2.- Энциклопедия современной техники,- гл. ред. Туманов А.Д. М.: Сов.энциклопедия, 1964.

114. Бытыгин В.Н., Метелкин И.И., Решетников A.M. Вакуумноплотная керамика и ее спаи с металлом. М.: Энергия, 1973, 60 с.

115. Левин A.M.* Конструкционные материалы и герметики в вакуумном приборостроении. М.: Машиностроение, 1986, 120 с.

116. Анциферов A.A., Батыгин B.HI, Бравинский В.Г. и др. Основные характеристики ва-куумноплотных керамических материалов А-995 и 22ХС // Электронная техника, сер.1, Электроника СВЧ, №9, 1972, с.12-18.

117. Краткий справочник конструктора нестандартного оборудования. В 2 т. Под ред. Ба-куменко В.И. т.1.- М.: Машиностроение, 1997,200 с.

118. Любимов М.Л. Спаи металла со стеклом.- М.: Энергия, 1968, 280 с.

119. Ерошев В.К. Металлокерамические вакуумноплотные конструкции. М.: Энергия, 1970,160 с.

120. Балицкий A.B. Технология изготовления вакуумной аппаратуры. М.:Энергия, 1974, 311 с.

121. Рот А. Вакуумные уплотнения. Пер с англ. Под ред. А.И.Фигнер, М.: Энергия, 1971, 464 с.

122. ГОСТ 26526-85 Оборудование вакуумное. Соединения фланцевые для сверхвысоко-вакуумных систем. Конструкция, размеры и технические требования. Действует.

123. ГОСТ 22388-77. Сильфоны однослойные разделительные и компенсаторные из нержавеющей стали. Технические условия. Действует.132. http://www.ooo-prizma.ru

124. Насос вакуумный пластинчато-роторный 2НВР-5ДМ. Паспорт. ТУ 26-04-604-79134. http://vacma.ru135. http://www.nauchpribor.ru136. http://www.ezan.ac.ru

125. Гусев A.JT. Прецизионные регулируемые вакуумные натекатели микропотоков газов и паров для контроля герметичности энергетических объектов (краткий обзор)// Сайт Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология.

126. Одиноков В.В. Шлюзовые системы в вакуумном оборудовании М.: Высшая школа, 1981,55 с.

127. Медников М.И. Вводы движения в вакуум. М.: Машиностроение, 1974.

128. Справочник конструктора точного приборостроения/ Под общ. ред. К.Н.Явленского, В.И. Тимофеева, Е.Е.Чаадаевой. Л.: Машиностроение, 1989, 791 с.

129. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. Изд-во Энергия, 1965, 552 с.

130. Немков B.C., Демидович В.Б. Теория и расчет устройств индукционного нагрева. 1988,279 с.

131. Kanunnikova О.М., Gilmutdinov F. Z. Photoemission study of thin and ultrathin oxide films on transition metal surfaces // J. Electr. Spectr. Rel. Phen., 1995, v. 76, p.577-582.

132. Канунникова O.M. Адсорбция кислорода на поверхности поликристалла и монокристаллов меди. Канд. дисс.к.ф.-м.н., Ижевск, 1993.

133. Воробьев Ю.П. Гильмутдинов Ф.З. Фетисов В. Б. Влияние термообработки бериллиевой бронзы на состав и структуру окалины // Персп. мат., 1996, №5, с.60-65

134. Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О. М., Загайнов А. В. Влияние состава поверхности и границ зерен на механические и магнитные свойства сталей на основе Fe-Ni // Металлы, 1997, N2, с. 73-77.

135. Гильмутдинов Ф.З. Канунникова О.М. Прогнозирование изменений состава поверхности многокомпонентных сплавов при термических воздействиях // ФММ, 1997, т.84, вып.2, с. 78-88.

136. Виноградов Н.С., Ляшенко Л.В., Паршуков Л.И. и др. Исследование структурно-фазового и химического состояний мартенситно-стареющей стали при термических воздействиях. // Материаловедение, 2003, №9, с. 37-39.

137. Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Паршуков Л.И. Поверхностные сегрегациии структурно-фазовые превращения в мартенситностареющих сталях при термических воздействиях // Материаловедение, 2003, №11, с. 26-29.

138. Гильмутдинов Ф. 3., Паршуков Л. И., Смирнов В. Н. Поверхностные сегрегации иокисление в сварном шве жаропрочной стали на основе Fe-Cr-Ni.// Материаловедение, 2005, №2, с. 15-19.

139. Гильмутдинов Ф.З. Термостимулированные изменения в оксидных пленках переходных металлов и сплавов на их основе. Канд. дисс.к.-ф.-м.н., Ижевск, 1993.

140. Воробьев Ю.П., Гильмутдинов Ф.З., Муртазин И.А. Состав и структура окалины железохромоникелевых сплавов до и после циклического нагрева в вакууме // Металлы, 1993, №2, с.168-173.

141. Воробьев Ю.П., Гильмутдинов Ф.З., Фетисов В.Б. Влияние высокотемпературной обработки на состав окалины на стали 25ХЗМЗНБЦА // Металлы,1998. N 3, с. 112-118.

142. Kanunnikova О.М., Gilmutdinov F.Z., Shakov A.A. Interaction of lead silicate glasses with hydrogen under heating.// Int. J. Hydrogen Energy, 2002, v.27, p.783-791.

143. Канунникова O.M., Гончаров O.IO. Взаимодействия свинцово-силикатных стекол с водородом при нагреве. 1.Химические превращения в системе РЬО- БЮг-Нг. // ФХОМ, 2005, №6, с.74-76.

144. Канунникова О.М., Гончаров О.Ю. Взаимодействия свинцово-силикатных стекол с водородом при нагреве.Н.Термостимулированные процессы в системе РЬО- Si02-H2 и кинетика восстановления свинцово-силикатных стекол. // ФХОМ, 2006, №2, с.74-77

145. Канунникова О.М. Атомное строение и физико-химические превращения в тонких слоях свинцово-силикатных стекол при внешних воздействиях Дисс. д.ф.-м.н. Ижевск, 2009,

146. Белоглазов В.И., Суховеев С.П., Суетин Н.В. Создание микронных и субмикронных трехмерных структур с использованием стекловолоконных технологий // Нано- и микросистемная техника. 2000, №1, с.6-9.

147. Белоглазов В.И., Суховеев С.П. Патент РФ. №2085523. 1995.

148. Johansson G., Hedman J., Berndtsson SA. Et al. Calibration of electron spectra // J.EIectr.Spectr. Rel. Phen., 1973, v.2, N3, p.295 317.

149. Graham C., Smith. Evalution of a simple correction fort he hydrocarbon contamination layer in quantitative surface analysis by XPS // J. Electr. Spectr., 2005, v. 148, N1, p.21-28.

150. Schaefer H.A., Mecha J., Freude E. et.al. Entalkaliseirung von Na20-Ca0-Si02 Glasoberflachen bei Einwirkung chlorhaltiger Gase // Alastechn. Ber. 1981, J.54, №8, s.247 256.

151. Schaefer II. A., Stengel M., Mecha J. Dealkalization of glass surfaces utilizing HC1 gas // J. Non-Cryst. Solids, 1986, v.80, p.400 404.

152. Вензель Б.И., Сватовская А.Г., Бульникова И.М. Исследование кинетики выщелачивания ликвирующих натриевоборосиликатных стекол в связи со структурой образующихся простых стекол // Физика и химия стекла, 1987, т.13, №4, с.628 631.

153. Храмцовский И.А., Пшеницын В.А., Мишин А.В. и др. Исследование поверхности свинцово-силикатных стекол методом эллипсометрии // Физика и химия стекла, 1987, т.13, №1, с.104 -111.

154. Исследование процессов восстановления в приповерхностных слоях свинцовосили-катных стекол методами электронной спектроскопии. Отчет о НИР. № гос.регистрации 01850010437. Ижевск, 1988, 32 с.

155. Hill G.E. Secondary electron emission and compositional studies on channel plate glass surfaces // Adv. Electr. Phys., 1976, v.40A, p.153-165.

156. Simeonova J.M. Surface compositional studies of heat reduced lead silicate glass // J. Non-Cryst. Solids, 1983, v.57, p.177 187ю

157. Гусинский Г.М., Осетинский Г.М. Влияние термоводородной обработки на конце-нитрационный профиль свинца в свинцовосиликатном стекле // Физ.хим.стекла, 1987, №5, с.732 740.

158. Тютиков A.M., Тоисева A.M., Полухин В.Н. и др. Исследование связи эмиссионных свойств свинцово-силикатных стекол с их составом и структурой // Физика и химия стекла, 1979, т.5., №5, с.628 631.

159. Торопов Н.А., Барзаковский В.П., Лапин В.В., Курцева Н.Н. Диаграммы состояний силикатных систем. Справочник.Т. 1. Л.: Наука, 1969, 823 с.

160. Преображенский В.П.Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978, 705 с.

161. Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

162. AI. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Экспериментальные возможности модернизированных электронных спектрометров ЭС-2401 и ЭС-3201 // Деп. ВИНИТИ № 1505-В90, 27 с.

163. A3. Кожевников В.И., Сорокина М.Ф., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Антонов Д.В., Мерзляков Д.В. Модернизация отечественных электронных спектрометров ЭС-2401 и ЭС-3201 // Тез. XXI Всес. Конф. по эмиссионной электронике, Ленинград, 1990, т 2, с.52.

164. A4. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Устройство механической очистки образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента, 1991, №2, с.199-200.

165. А5. Кожевников В.И., Мерзляков Д.В., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Сорокина М.Ф. Индукционный нагрев образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента, 1991, №2, с.200-201.

166. А6. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников В.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов. Учебное пособие. Изд-во Удм. ун-та, 1992,249 с.

167. А7. Вотяков В.А., Валеев Г.Р., Кожевников В.И. Механизм поворота образцов в электронных спектрометрах // Приборы и техника эксперимента, 1993, №4, с.221-222

168. А8. Вотяков В.А., Мерзляков П.Г., Кожевников В.И. Шлюзовая камера для электронных спектрометров // Заводская лаборатория, 1994, №2, с.24 25.

169. А9. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М., Трапезников В.А., Антонов C.B. Расширение диапазона возбуждающего излучения электронного спектрометра ЭС-2401 // Приборы и техника эксперимента, 1995, №4, с.159-161.

170. А10. Канунникова, О.М. Влияние обработки на состав поверхностного слоя и результаты восстановления свинцово-силикатных стекол // Стекло и керамика, 1995, №8, с. 11-13.

171. All. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Трапезников В.А. Методы фотоэлектронных исследований неорганических материалов. Учебное пособие.

172. Изд-е 2-е, дополненное и переработанное Изд-во Удм. ун-та (по федеральной программе книгоиздания России), 1995, 392 с.

173. Al2. Канунникова О.М., Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Сорокина М.Ф. Термостимулированная сегрегация элементов в поверхностном слое свинцовосиликатных стекол // Физика и химия обработки материалов, 1996, №4, с.70-73,

174. А13. Гильмутдинов Ф.З., Кожевников В.И., Канунникова О.М. Дефекты алюминиевых покрытий на силикатных стеклах // Стекло и керамика, 2001, №5, с. 23-25.

175. Al4. Кожевников В.И., Гильмутдинов Ф.З., Канунникова О.М. Исследование причин брака алюминиевых зеркал на силикатных стеклах // Стекло и керамика, 2002, т. 8, с.27-28.

176. Al5. Канунникова О.М., Кожевников В.И., Гончаров О.Ю. Состав и строение тонких алюминиевых пленок на силикатных стеклах // Химическая физика и мезоскопия, 2008, №1, с.63-68.

177. Al7. Кожевников В.И., Канунникова О.М., Гончаров О.Ю. Формирование состава рабочих поверхностей каналов микроканальных пластин, изготовленных с использованием стекловолоконных технологий // Химическая физика и мезоскопия, 2008J №3, с. 370376.

178. Al8. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г., Вотяков В.А. Разработка фотоэлектронного спектрометра фотоэлектронного спектрометра на базе электростатического спектрометра ЭС-2401 //Приборы, 2009,т.5,с. 45-50

179. Al9. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. рентгеноэлектронный спектрометр для исследования влияния внешних воздействий на поверхностные слои материалов // В сб. статей конф. «Актуальные проблемы математики, механики, информатики», Ижевск.- 2010.-С.78-84.

180. А21. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Система напуска газов. / Патент РФ № 2009100643.2010.

181. А22. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для подготовки образца. /Патент РФ № 2009100644. 2010.

182. А23. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для ввода образца в вакуумную камеру./ Патент РФ № 2009100645. 2010.

183. А24. Кожевников В.И., Мерзляков П.Г. Устройство для механической чистки поверхности. / Патент РФ № 2009100646. 2010.

Похожие работы

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
05.11.00