автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Генераторы низкотемпературной плазмы на основе разряда низкого давления с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда

- РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ СИЛЬНОТОЧНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

Шандриков Максим Валентинович

ГЕНЕРАТОРЫ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ НА ОСНОВЕ РАЗРЯДА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ С ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ДУГОВОГО КОНТРАГИРОВАННОГО РАЗРЯДА

05.27.02 - вакуумная и плазменная электроника

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК - 2004

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники Сибирского отделения Российской Академии Наук, г.Томск

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Окс Е.М.

(ИСЭ СО РАН, г.Томск)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор

Щанин П.М.

(ИСЭ СО РАН, г.Томск)

кандидат технических наук, доцент Бурдовицин В. А.

(Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники)

Ведущая организация:

Институт электрофизики УрО РАН, г.Екатеринбург

Защита состоится

2005 г. в

на заседании диссертационного совета Д.003.41.01 в Институте сильноточной электроники СО РАН по адресу: 634055, г.Томск, прАкадемический 2/3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЭ СО РАН. Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических

наук, профессор ' 1роскУРовскии Д-И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационной работы связана с возрастающей потребностью в технологических установках, использующих объемные плазменные образования и ионные потоки для модификации материалов. Развитие ионно-плазменных технологий требует непрерывного создания принципиально новых и совершенствования известных устройств с более высокими параметрами, улучшенными характеристиками и широкими функциональными возможностями. Разрядные системы с внешней инжекцией электронов из тлеющего разряда, благодаря ряду принципиальных преимуществ, в частности низким значениям рабочего давления и напряжения горения для основного разряда, являются перспективным направлением развития ионно-плазменных технологических устройств. Для дальнейшего увеличения плотности генерируемой плазмы необходимо, прежде всего, увеличение тока инжектируемых электронов. В то же время, максимальная величина тока тлеющего разряда в непрерывном режиме ограничена на уровне единиц ампер возникновением нестабильностей и переходом в дуговой режим. Для достижения больших значений тока тлеющего разряда необходимо использование специальных мер, таких как секционирование и кондиционирование поверхности катода, применение системы питания разряда с дугогашением. Указанные меры несколько улучшают ситуацию, но они не являются решением проблемы.

В то же время, использование в качестве эмиттера электронов дугового контрагированного разряда представляется целесообразным, поскольку это позволит повысить значения тока инжектируемых электронов по крайней мере на порядок величины, а в сочетании с существенно меньшим напряжением горения, обеспечить более высокую энергетическую эффективность устройства в целом. Экранирование катодной области дугового контрагированного разряда малым отверстием в промежуточном контрагирующем электроде необходимо для повышения стабильности его параметров в условиях хаотического перемещения катодных пятен. Кроме того, это позволит снизить «загрязнение» плазмы продуктами эрозии материала электрода в катодном пятне. Возможность генерации плотной плазмы в основном разряде при меньшем напряжении горения позволит значительно снизить «загрязнение» газовой плазмы в результате ионного распыления электродов.

Таким образом, тематика диссертационной работы, направленная на исследование газоразрядной системы на основе разряда с внешней инжекцией электронов, в которой в качестве эмиттера используется дуговой контрагиро-ванный разряд, представляется актуальной, поскольку решение данной проблемы обусловит дальнейшее развитие техники генерации ионных пучков и плазменных потоков.

Целью настоящей работы являются:

1. Реализация разрядной системы с внешней инжекцией электронов, в которой для генерации инжектируемых электронов используется дуговой кон-трагированный разряд.

2. Исследование в данной разрядной системе условий генерации однородной газовой плазмы в больших объемах (до 1 м3) и формирование в непрерывном режиме интенсивных (несколько ампер) ионных потоков сверхнизкой (менее 20 эВ) энергии.

3. Создание на основе проведенных исследований генераторов газоразрядной плазмы и источников ионных потоков, обладающих более высокими параметрами и улучшенными эксплуатационными характеристиками, такими, как энергетическая эффективность, ресурс, ионный ток и его плотность, чистота генерируемой плазмы.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Реализована и детально исследована двухступенчатая разрядная система для генераторов объемной плазмы с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда низкого давления.

2. Предложена, реализована и детально исследована двухкомпонент-ная структура полого катода дугового контрагированного разряда без внешнего магнитного поля, обеспечивающая высокий ресурс эмиттерного узла генераторов плазмы.

3. Для предложенной разрядной системы исследованы условия генерации однородной газовой плазмы в больших объемах (до 1 м3).

4. Определены условия генерации в разрядной системе с инжекцией электронов в аксиально-симметричном неоднородном магнитном поле интенсивных ионных потоков низкой энергии.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием различных экспериментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании генераторов плазмы.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основании проведенных исследований созданы генераторы объемной газоразрядной плазмы ("8РЛСЕ-1", "8РЛСЕ-2") и источник интенсивных низкоэнергетичных ионных потоков "8РЛСЕ-3", отличающиеся большей достигнутой плотностью плазмы, более высокой эффективностью и улучшенными эксплуатационными характеристиками. Разработанные генераторы поставлены по контрактам Института в научно-производственные компании США. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ряде других устройств, использующих аналогичные или близкие па принципу действия разрядные структуры.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на 6я и 7а Конференциях по модификации свойств конструкционных материалов пучками частиц и плазменными потоками (Томск, Россия, 2002, 2004 гг.), на 1 Iм Международном конгрессе по физике плазмы (Сидней, Австралия, 2002), на 9 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003), на 4В Евро-Азиатской международной конференции по плазменной обработке поверхностей (Корея, 2003), на 16 28 Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2003), на Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Петрозаводск, 2004), на научной сессии МИФИ (Москва, 2003).

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 12 работ.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В двухкаскадной разрядной системе генератора однородной объемной плазмы на основе разряда с внешней инжекцией электронов, использование в первом каскаде (инжекторе электронов) вместо тлеющего разряда кон-трагированной дуги с холодным катодом не оказывает влияния на однородность распределения параметров генерируемой плазмы, но приводит, в результате увеличения тока инжектируемых электронов и снижения напряжения горения, к повышению эффективности ее генерации приблизительно на порядок величины, увеличению концентрации плазмы и снижению уровня загрязнения плазмы продуктами распыления материала электродов.

2. В двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда с полым катодом, в который помещен элемент рабочего материала с более низким пороговым током дуги, предотвращается эрозия стенок полого катода, осуществляется многократное и полное использование рабочего материала, что, в сочетании с возможностью восполнения рабочего материала и отсутствием внешнего магнитного поля, многократно повышает ресурс работы устройства.

3. В генераторе плазмы на основе разряда с внешней инжекцией электронов установившееся распределение потенциала плазмы обеспечивает преимущественную транспортировку ионов вдоль оси системы по направлению к коллектору. Создание в такой разрядной системе аксиально-симметричного неоднородного магнитного поля, достаточного лишь для замагничивания электронного компонента плазмы, не оказывает влияния на движение ионов в осевом направлении, но приводит к образованию потенциальной ямы в радиальном распределении потенциала плазмы, снижающей потери ионов на стенках камеры.

4. На основе разрядной системы с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда создан ряд устройств, обеспечивающих генерацию однородной плазмы в объеме порядка 1 м3 с концентрацией

до 8-1010 см"3. Сочетание разрядной системы такого типа с внешним аксиально-симметричным неоднородным магнитным полем позволяет получать направленные потоки низкоэнергетичных ионов с током в непрерывном режиме до 4,5 А и энергетическим разбросом не более 10 эВ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; общий объем диссертации: 144 страницы, иллюстрирована 51 рисунком и 4 таблицами; список цитируемой литературы включает 132 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность, цель и научная новизна работы. Излагается краткое содержание диссертации, формулируются выносимые на защиту научные положения.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена анализу известных из литературы данных о физических процессах генерации объемной газовой плазмы в разрядах низкого давления, а также извлечения и транспортировки интенсивных низкоэнергетичных (<100 эВ) ионных пучков на основе разрядов такого типа. Требования к столь низкой энергии ионов обусловлены стремлением избежать загрязнения генерируемой плазмы в результате нежелательного ионного распыления элементов разрядной системы, например в полупроводниковых технологиях. Показано, что в системах без нейтрализации пространственного заряда максимальный ток пучка ограничен на уровне единиц мА. Для нейтрализации пространственного заряда пучка ионов с требуемыми параметрами (ток - единицы ампер, энергия ионов - десятки эВ) необходимо обеспечение чрезвычайно низкой температуры электронов1'2. Обоснована целесообразность реализации отбора ионов из окружающей мишень плотной объемной плазмы при контроле ее потенциала и ускорении их в слое между плазмой и мишенью. Рассмотрены разрядные системы, наиболее подходящие для получения плотной газовой плазмы. Особое внимание уделено разрядным системам с внешней инжекцией электронов, позволяющим функционировать при относительно низких рабочем давлении и напряжении горения разряда. Показано, что наилучшими параметрами обладают системы, в которых в основной разряд осуществляется инжекция электронов с энергией, равной катодному падению основного разряда. В то же время, в существующих системах ток разряда в непрерывном режиме ограничен единицами ампер. В заключении главы сформулированы основные задачи исследований.

Zharinov A.// Lett. Sov. J. Experimental and Tech. Phys., 1978, V.17, p.508. 2 Popov Yu./ Lett. Sov. J. Experimental and Tech. Phys., 1966, V. 4, p. 1352.

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Представлена конструкция экспериментального макета разрядной системы, электродная схема (рис. 1) и особенности работы такой системы. Устройство функционирует в непрерывном режиме и представляет собой двухступенчатую систему. Первая ступень — вспомогательный разряд (эмиттер электронов), вторая ступень - основной разряд. Вспомогательный (эмиттерный) разряд с катодным пятном функционирует между полым катодом 1 с малой выходной апертурой и вольфрамовым сеточным анодом. Разряд контрагируется промежуточным электродом 3, находящимся под плавающим потенциалом, также как и экран 2 полого катода. Выходное отверстие катода 1 смещено относительно отверстия в электроде 3. Сеточный анод эмиттера одновременно является катодом 4 основного разряда. В такой системе в область основного разряда обеспечивается инжекция порядка 75% тока эмиттерного разряда3. Объемная плазма в вакуумной камере 9 образуется в результате ионизации рабочего газа инжектированными электронами, ускоренными дополнительно в катодном слое основного разряда. Анодом основного разряда служит электрод 8.

Рис.1 Схема разрядной системы: 1 - катод эмиттерного разряда; 2 - экран катода; 3 - промежуточный контрагирующий электрод; 4 - катод основного (анод эмиттерного) разряда; 5 - подвижный держатель зондов; 6 - плоский ленгмюров-ский зонд с охранным кольцом; 7 - подвижный термоэмиссионный зонд; 8 - анод основного разряда; 9 - вакуумная камера; 10 - откачка; 11 - поджигающий электрод; 12 - напуск газа.

Визирь А.В., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников.// ЖТФ, 1997, Т.67, В.6, с. 27.

Вся система питания разрядов изолирована от земли. При этом потенциал плазмы основного разряда относительно стенок заземленной вакуумной камеры составляет в зависимости от давления. В ряде экспериментов

в качестве анода основного разряда служили стенки вакуумной камеры. Рабочий газ подается в полость катода 1. Возникающий при протекании газа перепад давления обеспечивает, с одной стороны, низкое рабочее давление в области генерации плазмы, с другой - стабильное зажигание и горение эмиттер-ного разряда. Инициирование эмиттерного разряда осуществляется сильноточным газовым разрядом при подаче высоковольтного импульса (5 кВ, 30 мкс) между поджигающим электродом 11 и полым катодом 1.

Рассмотрена методика измерения параметров объемной плазмы зондо-выми методами, а именно с использованием плоского ленгмюровского, двойного, термоэмиссионного зондов. Также рассмотрена методика и основные особенности проведения измерений с использованием 127° электростатического энергоанализатора типа цилиндрического дефлектора (анализатора Юза-Рожанского). Проведена калибровка такого анализатора на электронах с термоэмиттера и оценено уширение, вносимое анализатором в измеряемый спектр.

Приведены результаты, позволяющие многократно увеличить ресурс работы катода дугового разряда. Для этого в полом катоде, выполненном из материала с относительно высоким пороговым током дуги, например из меди, размещался небольшой элемент рабочего материала с относительно низким значением порогового тока, например магния. Функционирование катодного пятна преимущественно на поверхности материала с более низким пороговым током, обеспечивает равномерное распределение магния по поверхности медного катода. При выработке магния до медной основы катодное пятно переходит на соседний участок, а полая форма катода способствует запылению выработанного участка новой магниевой пленкой. Ресурсные испытания такого эмиттера показали, что при достаточном количестве магния медный корпус катода не подвергается значительной эрозии. Такой подход не требует управления движением катодного пятна, например, с помощью магнитного поля. Хаотический характер перемещения катодного пятна по поверхности полого катода способствует использованию всей рабочей поверхности. В этом случае осуществляется 100% использование рабочего материала (магния), а возможность его восполнения не требует замены медного корпуса катода в течении длительного времени.

В третьей главе представлены результаты исследования процесса генерации объемной плазмы в разрядной системе с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда.

Измерены основные параметры плазмы, такие как концентрация и потенциал плазмы, температура электронов, и факторы, влияющие на эти параметры. В большинстве экспериментов в качестве рабочего газа использовался аргон.

Напряжение горения эмиттерного разряда достаточно слабо меняется в диапазоне тока разряда от 4 до 20 А и, в зависимости от давления в катодной полости, составляет от 25 до 45 В. Показано, что в системе такого типа существует оптимальное значение напряжения основного разряда, определяющее энергию инжектированных электронов, выше которого энергетическая эффективность устройства в целом снижается. Насыщение на ВАХ основного разряда (рис.2, кривая 1) связано с тем, что при достаточно низком давлении, с ростом энергии электронов, начинают сказываться потери вкладываемой энергии за счет ухода энергетичных электронов на анод и стенки камеры. Положение точки насыщения определяется, в первую очередь, концентрацией нейтралов в объеме и длиной рабочей камеры, и в эксперименте составляло от 40 до 100 В. Минимальная цена иона в плазме основного разряда в такой системе составляет 150-200 эВ/ион (рис.2, кривая 2). Увеличение тока инжектируемых электронов позволяет снизить напряжение основного разряда для получения требуемой концентрации плазмы, что, в совокупности с низким потенциалом плазмы относительно стенок вакуумной камеры, обеспечивает условия, в которых «загрязнение» генерируемой плазмы в результате ионного распыления минимально.

Рис.2 Зависимость тока основного разряда (1), цены иона (2) и концетра-ции объемной плазмы (3) от напряжения основного разряда. 1]мр =20 А, />=5-10"2 Па. Рабочий газ - аргон.

Показано, что с увеличением тока инжектированных электронов возрастает пространственная неоднородность распределения концентрации плазмы, обусловленная влиянием собственного магнитного поля электронного пучка. В эксперименте по оси инжектируемого пучка размещался проводник, по которому пропускался ток от изолированного источника. При протекании по проводнику электронного тока, в направлении, противоположном инжек-ции электронов, пространственная неоднородность объемной плазмы заметно

уменьшалась, и, при токе в проводнике, равном току инжектируемых электронов, неоднородность распределения концентрации плазмы на расстоянии 60 см не превышала ±10% от среднего значения. Для снижения эффекта самофокусировки необходимо увеличение начального диаметра пучка инжектированных электронов, либо использование эмиссионного окна щелевой формы.

Эффективным способом снижения неоднородности также является использование дополнительных распределяющих электродов (РЭ)1. Экспериментально было показано, что наиболее эффективной конструкцией такого электрода является плоский сеточный РЭ с шагом ячейки порядка 5 мм. Проведенные исследования позволяют генерировать достаточно однородную плазму в объемах до 1 м3 для проведения так называемой трехмерной ионной обработки.

Также в этой главе представлены результаты исследований генерации более плотной (10исм*3) локализованной плазмы при наложении на область основного разряда внешнего аксиально-симметричного неоднородного магнитного поля, создаваемого одним, либо двумя соленоидами, с целью получения интенсивных низкоэнергетичных ионных потоков. Коллектор ионов располагался на расстоянии 25-30 см от генератора и представлял собой диск площадью 500 см2. Влияние конфигурации и величины магнитного поля двух соленоидов на плазму основного разряда показано на рис.3.

Рис.3. Влияние магнитного поля соленоццов на конфигурацию генерируемой плазмы. В |— магнитное псле в центре соленоида, расположенного на генераторе плазмы (слева), В^- в области коллектора (справа).

Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Шанин П.М. Импульсный источник электронов с плазменным эмиттером на основе каскадной дуги.// ПТЭ, 1984, №4, с. 127.

Измерения осевого распределения потенциала плазмы (рис.4, а) термоэмиссионным зондом показали, что в исследуемой разрядной системе в установившемся режиме в плазме существует электрическое поле, ускоряющее ионы к коллектору, с напряженностью 5/7 В/м. При этом увеличение магнитного поля соленоидов не оказывает влияния на аксиальную составляющую электрического поля, но, в результате уменьшения подвижности электронов, приводит к понижению потенциала плазмы в целом. Увеличение магнитного поля в области коллектора приводит также к изменению радиального распределения, в результате чего для ионов формируется потенциальная яма (рис.4,6; кривые 3,4).

о 5 10 15 20 25 30 ,15 .ю -5 0 5 10 15

L, см R, см

а б

Рис.4 Осевое (а) и радиальное (б) распределение потенпцала плазмы: 1-В,= 0 мТл, В2= 0 мТл; 2-20 мТл, 0 мТл; 3-20 мТл, 2 мТл; 4-20 мТл, 4 мТл. 1ыр = 10 А, ижир = 30 В,р = 7-Ю"2 Па, <ркт = -150 В. Расстояние генератор-коллектор 30 см. Радиальное распределение на расстоянии 25 см от генератора. «О» - центр коллектора.

Показано, что в системе с одним соленоидом, расположенным в области генератора плазмы, для достижения высокой плотности ионов на коллектор необходимо увеличение диаметра соленоида и уменьшение начального радиуса пучка инжектируемых электронов, что обеспечивает условия лучшей фокусировки, в частности, за счет меньшей расходимости силовых линий магнитного поля. В этом случае также наблюдается формирование потенциальной ямы в радиальном распределении потенциала плазмы. Необходимо также отметить, что ограниченный срок службы эмиссионного зонда в режиме максимальной эмиссии не позволял проводить измерения при максимальных значениях магнитного поля и тока разряда. В то же время характер поведения зависимостей показывает, что полученные значения глубины потенциальной ямы (в системе как с одним, так и с двумя соленоидами), по-видимому, не являются максимально реализуемыми в эксперименте. Снижение потенциала плазмы

основного разряда в магнитном поле ниже величины, соответствующей энергетическому порогу ионного распыления (<20 эВ), создает условия для генерации плазмы с высокой степенью чистоты.

В четвертой главе приведены конструкции и характеристики разработанных в результате проведенных исследований генераторов плазмы на основе газового разряда низкого давления с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда.

Представлены две конструкции генераторов объемной плазмы (рис.5). Генераторы позволяют при давлении рабочего газа 3-10"2-2-10"' Па получать в объеме до 1 М3 газовую плазму с концентрацией до 3-Ю10 см*3 с неравномерностью на 60 см порядка ±26 % от среднего значения, и предназначены для проведения предварительной ионной обработки объемных деталей с большой площадью поверхности.

а б

Рис. 5 Внешний вид генераторов объемной плазмы "SPACE-1" (a) и "SPACE-2"(6).

Особенностью конструкции генератора плазмы "SPACE-1" являлась возможность ориентировать выходной щелевой канал катода дугового разряда как в сторону основного разряда, так и в противоположную сторону. В первом случае обеспечивались условия для стабильного инициирования дуги при минимальном расходе газа, во втором - условия для снижения «загрязнения» плазмы основного разряда продуктами эрозии из катодной области эмиттерно-го разряда.

Ресурсные испытания генератора с использованием кислорода в качестве рабочего газа показали, что в процессе функционирования разряда часть рабочего материала (магния) окисляется с образованием непроводящего порошка, что увеличивает расход рабочего материала в 2-3 раза.

Улучшенный теплоотвод от электродов в генераторе плазмы "SPACE-2" (рис.5,6) позволил увеличить ток эмиттерного разряда с 10 до 20 А.

Напряжение основного разряда определялось точкой перегиба ВАХ и составляло 100В. Использование трех идентичных разрядных систем "8РЛСЕ-2", установленных на одной вакуумной камере, позволило получить объемную (1 м3) плазму с концентрацией в центре камеры до в'Ю^СМ*3. Для утучшения однородности генерируемой плазмы использовались эмиссионные каналы щелевой формы в совокупности с дополнительными рассеивающими электродами.

Представлена конструкция генератора плазмы "8РЛСЕ-3", предназначенного для получения интенсивных низкоэнергетичных ионных потоков. Отличительной особенностью данного генератора являлась инжекция электронного пучка круглого сечения, наличие промежуточного электрода сложной формы для более эффективной фильтрации, а также наличие внешнего магнитного поля, создаваемого соленоидом, установленном на генераторе плазмы. Кроме того, в связи с жесткими требованиями к степени загрязнения генерируемой плазмы, в эмиттере электронов в качестве рабочего материала вместо магния использовался висмут, имеющий не только низкое значение порогового тока дуги, но и меньшее давление паров при той же температуре, что необходимо для снижения сублимации материала, осажденного на промежуточном фильтрующем электроде. Рабочее напряжение основного разряда было снижено до 20 В. При токе эмиттерного разряда 35 А, максимальный ток ионов на коллектор площадью 500 см2, расположенный на расстоянии 25 см от генератора, в непрерывном режиме составил 4,5 А, а степень «загрязнения» плазмы в области коллектора - уровня 10-4 атомов примеси на ион без промежуточного фильтрующего электрода. Использование фильтрующего электрода обеспечивает дальнейшее снижение степени «загрязнения» благодаря эффективному осаждению материала внутри полости фильтра. Источник предназначен для распыления мишеней в процессе нанесения чистых пленочных покрытий в полупроводниковых технологиях.

Представлены результаты, позволяющие оптимизировать параметры и характеристики созданных устройств для обеспечения требований реального технологического процесса.

В заключении изложены основные результаты работы:.

1. Показано, что в двухкаскадной разрядной системе генератора однородной объемной плазмы на основе разряда низкого давления с внешней ин-жекцией электронов, использование в первом каскаде (инжекторе электронов) вместо тлеющего разряда контрагированной дуги с холодным катодом не оказывает влияния на однородность распределения параметров генерируемой плазмы, но позволяет увеличить концентрацию (и) или объем плазмы приблизительно на порядок величины. При этом, за счет увеличения тока инжектируемых электронов и снижения напряжения горения в обоих каскадах, снижается цена иона в плазме основного разряда. Кроме того, в результате снижения

напряжения основного разряда уменьшается «загрязнение» плазмы продуктами распыления материала электродов в результате ионной бомбардировки.

2. Предложена, реализована и исследована двухкомпонентная структура полого катода дугового контрагированного разряда, обеспечивающая более высокий ресурс по сравнению с инжектором электронов на основе тлеющего разряда (или обычного дугового разряда). Для этого в полый катод, выполненный из материала с высоким пороговым током дуги, помещается элемент рабочего материала с более низким пороговым током дуги. В процессе функционирования разряда рабочий материал равномерно распределяется по внутренней поверхности полого катода и предотвращает эрозию его стенок. Полая форма катода способствует запылению выработанного участка новой пленкой и уменьшает выход рабочего материала из полости. Хаотический характер перемещения катодного пятна по поверхности полого катода в отсутствии внешнего магнитного поля способствует использованию всей рабочей поверхности. Возможность восполнения рабочего материала предотвращает выработку полого катода и не требует его замены в течение длительного времени.

3. Показано, что увеличение пространственной неоднородности распределения концентрации плазмы при увеличении тока инжектированных электронов обусловлено влиянием собственного магнитного поля электронного пучка. Для снижения данного эффекта целесообразно использование вместо круглого контрагирующего канала и, соответственно, эмиссионного окна в катоде основного разряда, протяженной щели той же площади, а также дополнительного плоского сеточного рассеивающего электрода с высокой геометрической прозрачностью и большим шагом ячейки.

4. На основании исследования возможности формирования интенсивных низкоэнергетичных ионных потоков на коллектор показано, что в системе с пробочной конфигурацией магнитного поля, создаваемого двумя соленоидами, а также в системе с одним соленоидом, расположенным в области генератора плазмы и создающим аксиально-симметричное неоднородное магнитном поле, спадающее в направлении от генератора к коллектору, в установившемся режиме формируется осевое распределение потенциала плазмы, обеспечивающее транспортировку ионов преимущественно по направлению к коллектору, с напряженностью электрического поля 6 / 7 В/м. При этом увеличение магнитного поля не приводит к изменению аксиальной составляющей поля, но за счет более эффективного удержания электронов в объеме приводит к понижению потенциала плазмы в целом. Формирование потенциальной ямы в радиальном распределении потенциала плазмы происходит при значениях магнитного поля в области коллектора составляющих единицы мТл. При этом снижение потенциала плазмы основного разряда относительно стенок вакуумной камеры и элементов разрядной системы до величины (5/10) В, а также возможность его дальнейшего понижения, предотвращает загрязнение газовой плазмы вследствие ионного распыления.

5. На основании проведенных исследований созданы генераторы объемной плазмы на основе разряда низкого давления с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда, позволяющие при давлении рабочего газа 310 -2-10" Па получать в объеме до 1 м плазму с концентрацией до 8-Ю10 СМ 3 с неоднородностью не более ±30 %, а также основанный на этом же принципе генератор газоразрядной плазмы с внешним аксиально-симметричным неоднородным магнитным полем, обладающий низким уровнем загрязнения (порядка 10"4—105) и обеспечивающий в непрерывном режиме интенсивные (до 4,5 А) низкоэнергетичные потоки ионов с разбросом по энергиям не более 10 эВ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Визирь Л.В., Оке Е.М., Шандриков М В., Юшков Г.Ю. Генерация объемной плазмы на основе сильноточного газового разряда с внешней инжекцией электронов.// Прикладная физика, 2004, №6.

2. Визирь А.В., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Генератор объемной плазмы на основе разряда с плазменным катодом.// ПТЭ, 2003, №3, с. 108.

3. Vizir A.V., Shandrikov M.V., Yushkov G.Yu. and Oks E.M. Gaseous Plasma Production Using Electron Emitter Based on Arc Discharge. // In Book Emerging Applications of Vacuum-Arc-Produced Plasma, Ion and Electron Beams. Edited by Efim Oks and Ian Brown. Kluwe Academic Publishers. The Netherlands. 2002. p. 115.

4. Vizir A.V., Oks E.M., Shandrikov M.V,, Yuehkov G.Yu. Effective Source of High Purity Gaseous Plasma,// Proc. of 7th International Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows, Tomsk, Russia, 2004, p.81.

5. Визирь А.В., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Генератор плазмы на основе газового разряда с внешней инжекцией электронов.// Материалы бой Международной конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками, "Наука", Томск, 2002, с. 155.

6. Визирь А.В., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Сильноточный газовый разряд с инжекцией электронов.// Всероссийская научная конференция по физике низкотемпературной плазмы, г.Петрозаводск, 2004, Т. 1, стр.251.

7. Визирь А В., Шандриков MB., Оке Е.М. Формирование объёмной плазмы на основе разрядных систем с внешней инжекцией электронов. // Зя Региональная школа-семинар молодых ученых "Современные проблемы физики и технологии", Томск, 2002, с. 167.

8. Shandrikov M.V., Vizir A.V., Yushkov G.Yu., Oks E.M. Bulk plasma production using gaseous discharge systems with external electron injection.// Proc. of 11th International Congress on Plasma Physics, Sydney, Australia, 2002 p.377.

9. Визирь А.В., Шандриков М.В., Оке Е.М. Генераторы объемной плазмы на основе газового разряда с внешней инжекцией электронов.// Научная сессия МИФИ, Москва, 2003, Т.4, стр.89.

10. Шандрнкпл М В., Визирь А.В., Оке Е.М. Генераторы объемной газоразрядной плазмы технолошческою назначения.// Тез. докл 9ой Всероссийской научной конференции студенгов-фншков и молодых чченых. Красноярск, 2003, T.l, с.486

11. Вширь A И . Шандриков М.В., Оке П.М., Юшков Г.Ю. Генератор объемной плазмы на осшшс силмюточтио гаюпого разряда с пиешней инжекцией электронов.// Всероссийская шпчмо• нрактнческач конференция Олсюргнныс средства и системы управления», Томск, 2003, с. 25-).

12. Oks I'.M . Shandrikov M.V., Vi/.ir A.V., Yushkov (i.Yu Large volume plasma gun lor surface treatment technologies// I'roc. oMth Asian-Ruropcan International Conference on I'lasma Surface Engineering. Korea, 2003. p. 111.

»25251

Введение.2

ГЛАВА I. РАЗРЯДЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ИНТЕНСИВНЫХ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНЫХ ИОННЫХ ПОТОКОВ.8

1.1. Генерация низкоэнергетичных ионных потоков в системах с извлечением и транспортировкой.9

1.2. Генерация газоразрядной плазмы при низком давлении.17

1.3. Разрядные системы с инжекцией электронов и их осцилляцией.29

1.4. Выводы и постановка задач исследований.34

ГЛАВА II. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.37

2.1. Газоразрядная система с инжекцией электронов на основе несамостоятельного дугового разряда с холодными катодами.37

2.2. Эмиттер электронов на основе дугового контрагированного разряда.48

2.3. Методика и техника измерения параметров газоразрядной плазмы.54

2.4. Выводы.65

ГЛАВА III. ПРОЦЕССЫ ГЕНЕРАЦИИ ОБЪЕМНОЙ ПЛАЗМЫ В

РАЗРЯДНОЙ СИСТЕМЕ С ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ ИЗ ДУГОВОГО КОНТРАГИРОВАННОГО РАЗРЯДА.67

3.1. Характеристики и параметры разрядной системы.67

3.1.1. Первая разрядная ступень (эмиттерный разряд).67

3.1.2. Характеристики основного разряда.69

3.2. Влияние собственного магнитного поля инжектированного пучка.75

3.3. Пространственное распределение концентрации плазмы.79

3.4. Влияние внешнего аксиального магнитного поля на процессы генерации плазмы.82

3.4.1. Влияние конфигурации и величины магнитного поля на ионный ток коллектора.84

3.4.2. Особенности генерации плотной плазмы в системе с одним соленоидом.91

3.5. Выводы.96

ГЛАВА IV. ГЕНЕРАТОРЫ ОБЪЕМНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ПЛАЗМЫ

С ЭМИТТЕРОМ ЭЛЕКТРОНОВ НА ОСНОВЕ ДУГОВОГО КОНТРАГИРОВАННОГО РАЗРЯДА.98

4.1. Генераторы объемной газоразрядной плазмы.98

4.1.1. Генератор объемной газоразрядной плазмы "8РАСЕ-Г'.98 4.1.2 Генератор объемной газоразрядной плазмы "8РАСЕ-2".105

4.2. Генератор плазмы, локализованной в малом объеме.113

4.2.1. Источник ультра-низкоэнергетичных интенсивных ионных потоков "БРАСЕ-З" (ЦЪЕНИЗ).113

4.2.2 Рабочие характеристики генератора плазмы "8РАСЕ-3".119

4.3 Выводы.123

Современное состояние и дальнейшее развитие ионно-плазменных методов модификации поверхностных свойств различных материалов невозможно без непрерывного совершенствования разрядных устройств, обеспечивающих требуемые параметры плазмы: концентрацию заряженных частиц в заданном объеме и ее равномерность, энергию частиц и масс-зарядовый состав ионов в плазме, максимальную долю ионов примесей и ряд других.

Среди используемых для этих целей различных ионно-плазменных устройств, разрядные системы с внешней инжекцией электронов выгодно отличаются возможностью реализации разряда с пониженным напряжением горения в более широком диапазоне рабочих давлений. Такие устройства основаны на двухступенчатой разрядной ячейке с «холодными» (ненакаливаемыми) электродами. Первая разрядная ступень обеспечивает инжекцию электронов с управляемой энергией и током в область основного разряда. Несмотря на необходимость использования дополнительного разряда для обеспечения инжекции электронов, тем не менее, благодаря значительному уменьшению напряжения горения основного разряда, энергетическая эффективность такого устройства оказывается выше, по сравнению с генераторами объемной плазмы на основе тлеющего разряда. При инжекции электронов напряжение горения разряда и, соответственно, потенциал плазмы, понижаются до уровня, когда энергии ионов, покидающих плазму, оказывается недостаточно для заметного распыления электродов и стенок вакуумной камеры. Это обуславливает малую долю примесей в плазме и делает такие разрядные системы привлекательными для применения в технологиях обработки полупроводниковых материалов.

Раннее, до начала данной работы, на основе разрядной системы с внешней инжекцией электронов было создано несколько различных модификаций источников газовых ионов и генераторов плазмы. В этих устройствах в первой разрядной ступени для инжекции электронов применялся тлеющий разряд с полым катодом. При всех известных достоинствах тлеющего разряда, его максимальное значение тока ограничено возникновением на поверхности электродов катодных пятен и переходом в дуговой режим горения. Для предотвращения дугообразования необходимо использование специальных мер, таких как выбор соответствующего материала катода, секционирование и кондиционирование поверхности катода, а также использование источника электропитания, обеспечивающего прерывание тока дуги в случае ее возникновения. Указанные способы позволяют несколько повысить ток диффузной формы разряда, но они не решают проблему в целом. Кроме того, относительно высокое напряжение горения тлеющего разряда приводит к интенсивному распылению катодной поверхности в результате ионной бомбардировки, снижая ресурс такого эмиттера и увеличивая долю примеси в плазме основного разряда.

Достижение предельного значения тока тлеющего разряда в первой разрядной ступени ограничивает дальнейшее повышение тока инжектируемых электронов, а, следовательно, не позволяет повысить плотность плазмы основного разряда. Замена в первой ступени разрядной системы тлеющего разряда на дуговой является логичным и очевидным решением проблемы снятия ограничения по току разряда, а, следовательно, и по току инжектируемых электронов. Использование для этого дугового контрагированного разряда представляется наиболее целесообразным, поскольку, с одной стороны, это позволит, по крайней мере, на порядок величины повысить значения тока инжектируемых электронов, а уменьшение напряжения горения разряда обеспечит высокую энергетическую эффективность устройства в целом. С другой стороны, экранирование катодной области дугового разряда малым отверстием в контрагирующем электроде позволит существенно снизить «засорение» плазмы продуктами эрозии материала электрода в катодном пятне.

Таким образом, тематика диссертационной работы, направленная на исследование процессов генерации плазмы в разрядной системе с внешней ин-жекцией электронов, для случая, когда эмиссия инжектируемых электронов осуществляется из плазмы дугового контрагированного разряда, представляется актуальной, поскольку решение данной проблемы обусловит дальнейшее развитие перспективного направления техники генерации ионных пучков и плазменных потоков.

Основными задачами настоящей работы являются: 1. Реализация разрядной системы с внешней инжекцией электронов, в которой для генерации инжектируемых электронов используется дуговой кон-трагированный разряд.

2. Исследование на основе данной разрядной системы условий генерации однородной газоразрядной плазмы в больших объемах и формирование интенсивных ионных потоков низкой (сверхнизкой) энергии.

3. Создание на основе проведенных исследований генераторов газоразрядной плазмы, обладающих более высокими параметрами и улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Реализована и детально исследована двухступенчатая разрядная система для генераторов объемной плазмы с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда низкого давления.

2. Предложена, реализована и детально исследована двухкомпонентная структура полого катода дугового контрагированного разряда без внешнего магнитного поля, обеспечивающая высокий ресурс эмиттерного узла генераторов плазмы.

3. Для предложенной разрядной системы исследованы условия генерации и определены параметры плотной однородной плазмы в больших объемах (до 1 м3).

4. Определены условия генерации интенсивных ионных потоков низкой энергии в разрядной системе с инжекцией электронов в аксиально-симметричном неоднородном магнитном поле.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основании проведенных исследований созданы генераторы объемной газоразрядной плазмы и источник низкоэнергетичных интенсивных ионных потоков, отличающиеся большей достигнутой плотностью плазмы, более высокой эффективностью и улучшенными эксплуатационными параметрами и характеристиками. Кроме того, результаты работы могут быть использованы в ряде других устройств, использующих аналогичные или близкие по принципу действия разрядные структуры.

Диссертационная работа состоит из четырех глав.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена критическому анализу известных из литературы данных о физических процессах генерации объемной плазмы в разрядах низкого давления, а также извлечения и транспортировки интенсивных низкоэнергетичных ионных потоков на основе разрядов такого типа. Особое внимание уделено разрядным системам с внешней инжекцией электронов. Обоснована целесообразность реализации отбора ионов из окружающей мишень объемной плазмы при контроле ее потенциала и ускорении их в слое между плазмой и мишенью. В заключение главы сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Описана конструкция экспериментального макета разрядной системы и особенности работы такой системы. Рассмотрена методика измерения параметров плазмы с использованием зондовых методов и электростатического энергоанализатора. Приведены результаты, позволяющие значительно увеличить ресурс работы катода дугового разряда.

В третьей главе представлены результаты исследования процесса генерации объемной плазмы в разрядной системе с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда. Рассмотрены основные процессы и определены факторы, влияющие на однородность генерируемой плазмы. Описаны особенности генерации плотной плазмы при наложении на область инжекции электронного пучка внешнего аксиально-симметричного неоднородного магнитного поля. Показано влияние конфигурации и величины магнитного поля на процесс формирования интенсивного потока низкоэнергетичных ионов в такой системе.

В четвертой главе приведены конструкции и характеристики разработанных в результате проведенных исследований генераторов плазмы на основе газового разряда низкого давления с инжекцией электронов из дугового контра-гированного разряда. Представлены результаты, позволяющие оптимизировать параметры и характеристики созданных устройств для обеспечения требований реального технологического процесса.

На основании полученных результатов формулируются следующие научные положения:

1. В двухкаскадной разрядной системе генератора однородной объемной плазмы на основе разряда с внешней инжекцией электронов, использование в первом каскаде (инжекторе электронов) вместо тлеющего разряда контрагиро-ванной дуги с холодным катодом не оказывает влияния на однородность распределения параметров генерируемой плазмы, но приводит, в результате увеличения тока инжектируемых электронов и снижения напряжения горения, к повышению эффективности ее генерации приблизительно на порядок величины, увеличению концентрации плазмы и снижению уровня загрязнения плазмы продуктами распыления материала электродов.

2. В двухкаскадной разрядной системе с инжекцией электронов из дугового контрагированного разряда с полым катодом, в который помещен элемент рабочего материала с более низким пороговым током дуги, предотвращается эрозия стенок полого катода, осуществляется многократное и полное использование рабочего материала, что, в сочетании с возможностью восполнения рабочего материала и отсутствием внешнего магнитного поля, многократно повышает ресурс работы устройства.

3. В генераторе плазмы на основе разряда с внешней инжекцией электронов установившееся распределение потенциала плазмы обеспечивает преимущественную транспортировку ионов вдоль оси системы по направлению к коллектору. Создание в такой разрядной системе аксиально-симметричного неоднородного магнитного поля, достаточного лишь для замагничивания электронного компонента плазмы, не оказывает влияния на движение ионов в осевом направлении, но приводит к образованию потенциальной ямы в радиальном распределении потенциала плазмы, снижающей потери ионов на стенках камеры.

4. На основе разрядной системы с инжекцией электронов из плазмы дугового контрагированного разряда создан ряд устройств, обеспечивающих генерацию однородной плазмы в объеме порядка 1 м3 с концентрацией до 8-1010 см"3. Сочетание разрядной системы такого типа с внешним аксиально-симметричным неоднородным магнитным полем позволяет получать направленные потоки низкоэнергетичных ионов с током в непрерывном режиме до 4,5 А и энергетическим разбросом не более 10 эВ.

Результаты работы докладывались: на 6~ и 7й Конференциях по модификации свойств конструкционных материалов пучками частиц и плазменными потоками (Томск, Россия, 2002, 2004 гг.), the 11— International Congress on Plasma Physics (Sydney, Australia, 2002), the 4~ Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering (Jeju City, Korea, 2003), 9~ Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, 2003), Всероссийской научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, 2003), 16— Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2003),

Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы (Петрозаводск, 2004), научной сессии МИФИ (Москва, 2003).

Результаты диссертационной работы представлены в статьях [127,130]; в сборниках докладов и тезисах всероссийских и международных конференций [110,111,114,115,119-121,129,131,132].

Созданный в результате исследований генератор объемной плазмы "SPACE-2" поставлен по контракту института в компанию "Phygen Inc." (Миннеаполис, США), а источник низкоэнергетичных ионов "SPACE-3" - в компанию "4 Wave" (Стерлинг, США). Генератор объемной плазмы "SPACE-1" использовался в Центре передовых технологий по плазменной модификации поверхности (г.Сувон, Корея) для проведения совместных исследований по ионной отработке материалов с большой площадью поверхности.

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Обсуждение задач исследований, методов их решения и результатов анализа экспериментальных данных проводилось совместно с соавторами, фамилии которых указаны в опубликованных по теме диссертации работах. Фамилии соавторов, участвовавших в создании генераторов газоразрядной плазмы, указаны в прилагаемых к диссертации актах внедрения. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработаны принципиальные конструкции генераторов газоразрядной плазмы. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научными руководителями диссертации при активном творческом участии соискателя.

В заключение автор искренне благодарит д.т.н., профессора Е.М. Окса и к.т.н., с.н.с. А.В.Визиря, под руководством которых была выполнена данная работа. Автор признателен в.н.с. лаборатории плазменных источников, д.т.н. Юшкову Г.Ю. за интерес и поддержку работы, сотрудникам Отдела физической электроники ИСЭ СО РАН Губанову В.П., Гришину Д.М. за разработку источников питания для генераторов плазмы, а также сотрудникам " лаборатории плазменных источников ИСЭ СО РАН за помощь в проведении экспериментов.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Handbook of Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition. Edited by A.Anders, Wiley-Interscience Pub., 2000.

2. Габович М.Д., Плешивцев H.B., Семашко H.H. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986.

3. Оке Е.М., Чагин А.А., Мытников А.В. Источник электронов с плазменным катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений.// ПТЭ, 1998, №2, с.95.

4. Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Оке Е.М., Федоров М.В. Электронный источник с плазменным катодом для генерации ленточного пучка в форвакуумном диапазоне давлений.// ПТЭ, 2003, №2, с. 127.

5. Получение многослойной тонкой пленки с периодически изменяющимся составом распылением пучком ионов вращающейся многокомпонентной мишени. Патент. Япония. МКИ С 23 С 14/46. N60-82665 А.

6. Wilson R.G., Brewer G.R. Ion Beams with Applications to Ion Implantation, Wiley, New York, 1973.

7. Nelson G.C., Borders J.A., Oborny M.C. Low-energy ion beam for material studies // Rev. Sci. Instr., 1982, V.53, №5, p.610-614.

8. Proc. of 12th and 13th International Conference on High Power Particle Beams, 1998, Israel, 2000, Japan.

9. Proc. of 1st International Congress on Radiation Physics. High Current Electronics and Modification of Materials; 12th Symposium on High Current

10. Electronics; 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia, 2000.

11. Bugaev A.S., Nikolaev A.G., Oks E.M., Schanin P.M., Yushkov G.Yu. The «TITAN» ion source. // Rev.Sci. Instr., 1994, V.65, №10, р.3119.

12. Khvesyuk V.I., Tsygankov P.A. The use of a high-voltage discharge at low pressure for 3D ion implantation.// Surf. Coat. Technol., 1997, p.68.

13. Thornton J.A., Hoffman D.V.// Thin Solid Films, 1989, V.171, p.5.

14. Kawamura E., Vahedi V., Lieberman M.A., Birdsall C.K.// Plasma Sources Sci. Technol., 1999, V.8, p.45.

15. Wertheimer M.R., Martinu L., Moisan M.// Proc. of Polymers, Ed. R. d'Agostino, F.Fracassi, P.Favia, Dordrecht: Kluwer, 1997, p. 101.

16. Форрестер A.T. Интенсивные ионные пучки.// перев. под ред. Н.Н.Семашко, М.: Мир, 1992, 354 с.

17. Yoshida Y. Holey-plate ion source.// Rev.Sci.Instr., 2000, V.71, №2, p.710.

18. Delcroix J.-L., Trindade A.R. Hollow cathode arcs.// Adv. Electron. Phys., 1974, V35, p.87.

19. Stirling W.L., Tsai C.C., Ryan P.M. 15 cm DuoPIGatron ion source.//Rev.Sci.Instr., 1977, V.48, p. 533.

20. Морозов А.И. Физические основы космических электрореактивных двигателей. М.: Атомиздат, 1978, Т.1, с. 13.

21. Свирин В.Т., Стогний А.И. Формирование пучка равномерной плотности в холловском ионном источнике с открытым торцом.// ПТЭ, 1996, №5, с. 103.

22. Котов Д.А., Свадковский И.В. Ионный источник для процессов ионно-лучевого ассистирования осаждению.// Материалы 6й Международной конференция по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками, Томск, 2002, с.89.

23. Морозов А.И. и др.// ЖТФ, 1972, Т.42, №1, с. 57.

24. Dudnikov V., Westner A. Ion source with closed drift anode layer plasma acceleration.// Rev. Sci. Instrum., 2002, V. 73, p.729.

25. Ide-Ektessabi A., Yasui N., Okuyama D. Characteristics of an ion beam modification system with a linear ion source.// Rev. Sci. Instrum., 2002, V. 73, p.873.

26. Kaufman H.R., Robinson R.S., Seddon R.I. End-Hall ion source.// J.Vac.Sci.Technol., 1987, A5 (4), p.2081.

27. Popova I., Muha R., Chen Z., and Yates J.T.// J. Vac. Sci. Technol., 2003, V.A21, p. 401.

28. Ishii Y., Tanaka R., Isoya A.// Nucl. Instrum. & Meth. Phys. Reserch., (1996), V. B113, p.75.

29. Zharinov A.// Lett. Sov. J. Experimental and Tech. Phys., 1978, V.17, p.508.

30. Popov Yu./ Lett. Sov. J. Experimental and Tech. Phys., 1966, V. 4, p. 1352.

31. Гушенец В.И., Крейндель М.Ю., Оке E.M., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. К вопросу о зарядовой компенсации широкоапертурных ионных пучков.// Тез. докл. 9т симпозиума по сильноточной электронике, Томск, 1992, с.117.

32. Габович М.Д. Компенсированные ионные пучки. Украинский физический журнал, 1979, вып.2.

33. Slinker S.P., Hubbard R.F., Lampe M., and other. Ion Beam Transport in a Preionized Plasma Channel. // Proc. of 9th International Conference on High-Power Particle Beams, Washington, DC, 1992, V.2, p.945.

34. Sacudo N. Microwave ion source for industrial applications.// Rev. Sci.Instrum., 2000, V.71, №2, p. 1016.

35. Boonyawan D., Chirapatpimol N., Sanguansak N., Vilaithong Т. A 13,56 MHz multicusp ion source for high intensity Ar beam.// Rev.Sci.Instrum., V.71, №.2, p.1181.

36. D.Siegfried, B.Buchholtz, D.Burtner, W.Foster Radio frequency linear ion beam source with 6cmx66cm beam.// Rev.Sci.Instrum., V.73, №.2, p. 1029.

37. Asmussen J.// J.Vac.Sci.Technol., 1989, V.A7, №3, p.883.

38. Абдулин И.Ш., Шаехов М.Ф. Активация высокодесперсионного силикагеля в высокочастотном разряде пониженного давления.// Материалы 16й Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород, 2004, с.200.

39. Шаповал С.Ю. Применение ЭЦР-плазмы в технологии наноструктур.// Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы, Петрозаводск, 2004, Т.2, с. 155.

40. Shapoval S., Bulkin P., Chumakov A., et al. Compact ECR-source of ions and radicals for semiconductor surface treatment // Vacuum, 1992, V.43, №3, p.195.

41. Андреев Ю.А., Захаров A.H., Климов А.И., Кошелев В.И., Петкун А.А., Сочугов Н.С., Сухушин К.Н. Плазменный источник на основе С.В.Ч. разряда с электронно-циклотронным резонансом.// ПТЭ, 1997, №1, с. 108.

42. Залеский Ю.Г., Еремка В.Д., Кушнир В.А., Назаров Н.И., Потапенко В.А., Стрельницкий В.Е., Шулаев В.М. Сверхвысокочастотный источник кислородной плазмы.// ПТЭ, 1996, №1, с.99.

43. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М: «Радио и связь», 1982.

44. Nikulin S.P., Kuleshov S.V.// Zh.Tech.Fiz., 2000, V.70, №4, p.18.

45. Метель A.C., Настюха А.И. Исследование тлеющего разряда в электродной системе с неэквипотенциальными катодами.// Известия высших учебных заведений, Радиофизика, 1976, Т.19, №12, с. 1891.

46. Метель А.С., Настюха А.И. Роль дополнительной ионизации газа осциллирующими электронами в области катодного падения тлеющего разрядас полым катодом.// Известия высших учебных заведений, Радиофизика, 1976, Т.19, № 12, с. 1884.

47. Москалев Б. И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. 184 с.

48. Грановский B.J1. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М: Наука, 1971.

49. Гречаный В.Г., Метель A.C. Влияние граничных условий на характеристики тлеющего разряда с полым катодом.// ЖТФ, 1982, Т.52, №3, с.442.

50. Глазунов В.Н., Метель A.C. О механизме потерь быстрых электронов в тлеющем разряде с осциллирующими электронами.// Физика плазмы, 1982, Т.8, №5, с.1099.

51. Метель A.C. Расширение диапазона рабочих давлений тлеющего разряда с полым катодом / // ЖТФ, 1984, Т. 54, №2, с. 241.

52. Визирь A.B. Генерирование широкоапретурных ионных пучков и потоков плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов: Дисс.канд.техн.наук, Томск, ИСЭ СО РАН, 2000.

53. Визирь A.B., Оке Е.М., Юшков Г.Ю. Ионно-эмиссионные свойства несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом.// Известия ВУЗов, Физика, 2000, № 2, с. 14.

54. Гаврилов Н.В., Никулин С.П., Радковский Г. В. Источник интенсивных широких пучков ионов газов на основе разряда с полым катодом в магнитном поле.// ПТЭ, 1996, №1, с. 93.

55. Арсланов И.Р., Подковыров В.Г., Сочугов Н.С. Устройство дугогашения для мощных магнетронных распылительных систем.// Материалы 5й Международной конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками, Томск, 2002, с. 186.

56. Метель A.C. Плазменный источник электронов с секционированным холодным полым катодом.//ПТЭ, 1987, №1, с. 164.

57. Никулин С.П., Кулешов С.В. Генерация однородной плазмы в тлеющих разрядах низкого давления.// ЖТФ, 2000, Т.70, №4, с. 18.

58. Schneider J.D., Rutkowski H.L., Meyer E.A and other. Linac Conference, BNL-51134, Brookhaven, 1979, p.457.

59. Kaufman H.R., Robinson R.S.// Am. Instr. Aeronaut. Astronaut. J. 20, 1982, p.745.

60. Moor R.D. Magneto-Electrostatic Plasma Containment Ion Truster.// AIAA Pap., 1969, №69-260, p. 1.

61. Limpaecher R., Mackenzie K. Magnetic multipole containment of large uniform collisionless quiescent plasmas.// Rev.Sci.Instr., 1973, V.44, p.726.

62. Визирь A.B., Николаев А.Г., Оке E.M. и др. Источник ионов газа на основе стационарного контрагированного дугового разряда с холодными катодами // Тез.докл. 9Ш симпозиума по сильноточной электронике, 1992, с.40.

63. Николаев А.Г., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Ионно-эмиссионные свойства плазмы контрагированного разряда и вакуумной дуги.// 1— Всесоюзное совещание по плазменной эмиссионной электронике, Улан-Уде. 1991, с.ЗО.

64. Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Щанин П.М. Влияние быстрых электронов на эмиссионные свойства дугового контрагированного разряда.// Материалы 5Ш Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике, Томск, 1984, 4.2, с. 189.

65. Nikolaev A.G., Oks Е.М., Schanin P.M., Yushkov G.Yu. Vacuum arc gas/metal ion sources with a magnetic field.// Rev.Sci.Instr., 1996, V.67, №3, p. 1213.

66. Shubaly M.R. Institute of Physics Conference Series, V.54, Adam Hilger, Bristol, UK, 1980, p.333.

67. Бугаев С.П., Оке E.M., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. "Титан" источник газовых и металлических ионов на основе контрагированного разряда и вакуумной дуги.// Известия вузов. Физика, 1994, Т. 37, №3, с. 53.

68. Визирь А.В., Николаев А.Г., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Генератор плазмы на основе стационарного дугового контрагированного разряда для плазменных источников заряженных частиц.// ПТЭ, 1993, №3, с. 144.

69. Кесаев И.Г., Пашкова В.В. Электромагнитная фиксация катодного пятна // ЖТФ, 1959, Т.29, №3.

70. Саблев Л.П., Долотов Ю.И., Ступак Р.И., Осипов В.А. Электродуговой испаритель металлов с магнитным удержанием катодного пятна // ПТЭ, 1976, №4, с.247.

71. Гаврилов Н.В., Крейндель Ю.Е., Шубин О.А. Источник мощных электронных и ионных пучков импульсно-периодического действия.// ПТЭ, 1991, №3, с.130.

72. Ahmadeev Yu. Kh., Koval N.N., Schanin P.M. Generation of Gas-Discharge Plasma by an Arc Source with a Cold Hollow Cathode.// Proc. of the 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2004, p.70.

73. Винтизенко Л.Г., Григорьев C.B., Коваль H.H. и др. Дуговые разряды низкого давления с полым катодом и их применение в генераторах плазмы и источниках заряженных частиц.// Известия ВУЗов. Физика., 2001, №9, с.28-35.

74. Семенов А.П. Генерирование сильноточных ионных пучков в источниках ионов на основе разрядов с холодным полым катодом.// ПТЭ, 1993, Т.5, с. 128.

75. Кагадей В.А., Козырев А.В., Осипов И.В., Проскуровский Д.И. Вольт-амперные характеристики отражательного разряда с полым катодом и самокалящимся элементом.// ЖТФ, 2001, Т.71, № 3, с.22.

76. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987, 592 с.

77. Kuleshov S.V., Nikulin S.P., Chichigin D.F. Broad beam ion sources based on modified penning discharges.// Proceedings 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2000, V.3, p. 186.

78. Oks E.M., Vizir A.V., and Yushkov G.Yu. Low pressure hollow-cathode glow discharge for broad beam gaseous ion source.// Rev.Sci.Instr., 1998, V.69(2), p.853.

79. Gavrilov N.V. Sources of broad and ribbon ion beams with grid-bounded plasma cathode and magnetic trap.// Proceedings 7th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, 2004, p.7.

80. Глазунов В.Н., Метель А.С.// Физика плазмы, Т.8, №5, с. 1099.

81. Визирь А.В., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников.//ЖТФ, 1997, Т.67, вып.6, с. 27.

82. Гаврилов H.B., Каменецких А.С. Ионно-эмиссионные свойства плазмы источника ионов газов с плазменным катодом.// Доклады Академии наук, 2004, Т.394, №2, с.183.

83. Гаврилов Н.В., Каменецких А.С. Характеристики ионного источника с плазменным катодом и многополюсной магнитной системой удержания быстрых электронов.// ЖТФ, 2004, Т.74, вып.9, с.97.

84. Gushenets V.I., Koval N.N., Schanin P.M., Tolkachev V.S. Nanosecond high current and high repetition rate electron source.// IEEE Trans. Plasma Sci., 1999, V. 27, №4, p. 1055.

85. A.C. №1598757 Al, МКИ H 01 J 27/04. Широкоапертурный источник ионов.//Чесноков С.М. Заявлено 15.02.89.

86. Маковский М., Эмерт Д. Новый метод измерения потенциала плазмы эмиссионным зондом.// Приборы для научных исследований, 1983, вып.7, с.39.

87. Оке Е.М. Условия образования и эмиссионные свойства объемной плазмы дугового разряда низкого давления: Дисс.канд.физ.-мат.наук, Томск, ИСЭ СО РАН, 1985.

88. Злобина А.Ф., Казьмин Г.С., Коваль Н.Н., Крейндель Ю.Е. Параметры плазмы в экспандере электронного эмиттера с дуговым контрагированным разрядом // ЖТФ, 1980, Т.50, Вып.6, с. 1203.

89. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000.

90. Физика и техника низкотемпературной плазмы.// Под ред. С.В.Дресвина, М.: Атомиздат, 1972.

91. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984.

92. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968.

93. Daalder J.E. Components of cathode erosion in vacuum arcs.// J.Phys. D: Appl.Phys., V.9, 1976.

94. Davis W.D., Miller H.C. Integrated ion flux emitted from the cathode spot region of a diffuse vacuum arc.// J.Phys. D.: ApplPhys., 1992, V.25, p.686.

95. Плютто A.A., Рыжков B.B., Капин A.T. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг.// ЖЭТФ, 1964, Т.47, с.494.

96. Daalder J.E. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arcs.// J.Phys. D.: ApplPhys., 1975, V.8, p. 1647.

97. Физика и технология источников ионов./ под ред. Я.Брауна, М.: Мир, 1998.

98. Лебедев Ю.А. Введение в зондовую диагностику плазмы пониженного давления. Серия «Учебная книга по диагностике плазмы» М.: МИФИ, 2003.

99. Camp R., Sellen D. Method of plasma potential measurement by emissive probes.// Rev.Sci.Instrum., 1966, V.4, p. 68.

100. Афанасьев В.П., Явор С.Я. Электростатические энергоанализаторы для пучков заряженных частиц. М.: Наука, 1978.

101. Hughes A.LI., McMillen J.H. Re-focussing of electron paths in a radial electrostatic field.// Physical Review, 1929, p.291.

102. Крейндель Ю.Е., Никитинский В.А. Дуговой контрагированный разряд с холодными катодами.// ЖТФ, 1971, Т.41, вып.2, с. 323.

103. Гаврилов Н.В., Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Щанин П.М. Условия существования и предельные параметры импульсной контрагированной дуги низкого давления.// ЖТФ, 1984, Т.54, №1, с.66.

104. Тимофеева Г.Г. Особенности прохождение большого тока через сужение газоразрядного прибора низкого давления.// Электронная техника. Сер.З. Газоразрядные приборы, 1970, вып.З (19), с.41.

105. Визирь A.B., Шандриков М.В., Оке Е.М. Формирование объёмной плазмы на основе разрядных систем с внешней инжекцией электронов. // 3я Региональная школа-семинар молодых ученых "Современные проблемы физики и технологий", Томск, 2002, с. 167.

106. Завьялов М.А., Крейндель Ю.Е., Новиков A.A., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических пушках, М.: Атомиздат, 1989.

107. Файнберг Я.Б. Взаимодействие пучков заряженных частиц с плазмой.// Атомная энергия, Т.2, №4, 1961, с.313.

108. Визирь A.B., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Генерация объемной плазмы на основе сильноточного газового разряда с внешней инжекцией электронов.// Тез. докл. 16ой Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, г.Звенигород, 2004, с.255.

109. Визирь A.B., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Сильноточный газовый разряд с инжекцией электронов.// Всероссийская научная конференция по физике низкотемпературной плазмы, г.Петрозаводск, 2004, Т.1, стр.251.

110. Блинов П.И., Закатов Л.П., Плахов А.Г. Влияние пробочного отношения на нагрев плазмы в пробкотроне.// Письма в ЖЭТФ, Т.2, вып.9, 1965, С.426.

111. Закатов Л.П., Плахов А.Г., Рютов Д.Д. и др. Исследование высокотемпературной электронной компоненты плазмы, образующейся в системе плазма-пучок.// ЖЭТФ, Т.54, вып.4, 1986, с. 1088.

112. Михайлов A.B., Гусева Г.И., Завьялов М.А., Рошаль A.C. Одномерное газодинамическое моделирование транпортировки электронного пучка в разреженном газе.// Методы вычислительной физики и их приложения, М.: Энергоатомиздат, 1986, с.48.

113. Shandrikov M.V., Vizir A.V., Yushkov G.Yu., Oks E.M. Bulk plasma production using gaseous discharge systems with external electron injection.// Proc. of 11— International Congress on Plasma Physics, Sydney, Australia, 2002 p.377-379

114. Визирь A.B., Шандриков M.B., Оке E.M. Генераторы объемной плазмы на основе газового разряда с внешней инжекцией электронов.// Научная сессия МИФИ, Москва, 2003, Т.4, стр. 89.

115. Шандриков М.В., Визирь A.B., Оке Е.М. Генераторы объемной газоразрядной плазмы технологического назначения.// Тез. докл. 9~ Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых, Красноярск, 2003, Т.1, с.486.

116. Физическая энциклопедия.// под ред. Прохорова A.M., M.: Сов.энцикл., 1989.

117. Оке Е.М., Щанин П.М. Высоковольтный электронный источник с плазменным катодом и высокой плотностью энергии в пучке.// ПТЭ, №3, 1983, С.41.

118. Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Щанин П.М. Импульсный источник электронов с плазменным эмиттером на основе каскадной дуги.// ПТЭ, 1984, №4, с. 127.

119. Арцимович Л.А., Сагдеев Р.З. Физика плазмы для физиков. М.:Атомиздат, 1979.

120. Плешивцев Н. В. Катодное распыление. М.: Атомиздат, 1968. 347 с.

121. Таблицы физических величин. Справочник.// под ред. И.К.Кикоина, М: Атомиздат, 1976.

122. Визирь А.В., Оке Е.М., Шандриков М.В., Юшков Г.Ю. Генератор объемной плазмы на основе разряда с плазменным катодом.// ПТЭ, 2003, №3, с.108.

123. Oks Е.М., Shandrikov M.V., Vizir A.V., Yushkov G.Yu. Large volume plasma gun for surface treatment technologies.// Proc. of 4~ Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, Korea, 2003, p.l 11.

124. Vizir A.V., Oks E.M., Shandrikov M.V., Yushkov G.Yu. Effective Source of High Purity Gaseous Plasma.// Proc. of 7th International Conference on modification of materials with particle beams and plasma flows, Tomsk, Russia, 2004, p.81.