автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Генерирование широкоапертурных ионных пучков и потоков плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов

российская академия наук

сибирское отделение институт сильноточной электроь|^^ 0 Д

- в СЕН да

На правах рукописи Экз.

Визирь Алексей Вадимович

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ШИРОКОАПЕРТУРНЫХ ИОННЫХ ПУЧКОВ И ПОТОКОВ ПЛАЗМЫ НА ОСНОВЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ВНЕШНЕЙ ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ

05.27.02 - вакуумная и плазменная электроника

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

томск - 2000

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН, гор. Томск

Научные руководители: доктор технических наук, профессор

Оке Е.М.

кандидат физико-математических наук Юшков Г.Ю.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Усов Ю.П. (Томский политехнический университет) доктор технических наук Гаврилов Н.В. (Институт электрофизики УрО РАН, гор. Екатеринбург)

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

ядерной физики при Томском политехническом университете.

Защита состоится « 17 » МАЯ 2000 г. в « » часов на заседании диссертационного совета Д.003 .41.01 в Институте сильноточной электроники СО РАН (634055, гор.Томск, пр Академический 4 ).

¡\ВТОре.ф^рАТ рлзоалАИ Щ дпреля 2 ООО г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сильноточной электроники СО РАН.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

скуровский Д.И.

Ь 85!. ЛШ-01, О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Стабильность, высокая плотность тока, простота технической реализации делают тлеющий разряд привлекательным для его применения в плазменных источниках заряженных частиц. Создание условий для осцилляции электронов в тлеющем разряде обуславливает эффективную генерацию плазмы с высокой концентрацией при пониженном давлении газа, которое делает возможным ускорение ионов до требуемой энергии. Тлеющий разряд с полым катодом, по сравнению с другими видами тлеющего разряда с осцилляцией электронов (магнетронный, пеннинговский), не требует магнитного поля, что существенно упрощает конструкцию устройств на основе разряда такого типа. Вместе с тем, даже в условиях оптимальной геометрии разрядной системы низковольтная форма тлеющего разряда с полым катодом может существовать лишь при давлениях, превышающих 3-10"2Па. Для сохранения же электрической прочности ускоряющего промежутка при достаточно высоких ускоряющих напряжениях, а также для эффективной транспортировки ускоренного пучка на значительные расстояния для ряда применений давление должно быть существенно ниже. Одним из возможных путей понижения минимального рабочего давления тлеющего разряда с полым катодом является дополнительное поступление в катодную полость электронов с энергией, достаточной для эффективной ионизации газа. Поскольку электронный компонент катодного тока тлеющего разряда не превышает 10 %, то даже относительно небольшой ток внешних электронов должен оказывать существенное влияние на параметры разряда. Инжекция в катодную полость дополнительных ионизирующих электронов позволит не только решить проблему понижения минимального рабочего давления, но и существенно уменьшить напряжение горения, обеспечивая таким образом высокую энергетическую эффективность генерации ионов. Для генерации электронов в принципе возможно использование термоэлектронного эмиттера. Однако известные недостатки термокатода ограничивают его применение в технологических устройствах. В связи с этим, использование для инжекции пучка плазменного эмиттера электронов на основе разряда с ненакаливаемым катодом представляется в достаточной степени обоснованным.

Таким образом, тематика диссертационной работы, связанная с исследованием сильноточной формы тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов из плазменного катода, и направленная на создание ионных источников и генераторов плазмы на основе разрядов такого типа, является достаточно актуальной.

Целью настоящей работы являются:

1. Реализация разрядной системы на основе тлеющего разряда с полым катодом и дополнительной инжекцией электронов, генерируемых в плазменном эмиттере с ненакаливаемым катодом.

2. Исследование условий устойчивого горения тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов в области низких давлений.

3. Исследование эмиссионных свойств плазмы тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов и создание на основе проведенных исследований ионного источника и генератора газоразрядной плазмы с расширенными диапазонами рабочих параметров.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Предложена и реализована электродная система на основе двух последовательных тлеющих разрядов с полыми катодами, один из которых (вспомогательный) обеспечивает инжекцию электронов в катодную полость основного разряда, являющегося генератором плазмы.

2. Исследовано влияние внешней инжекции электронов на условия устойчивого горения основного разряда и его параметры.

3. Исследованы ионно-эмиссионные свойства плазмы разряда такого типа, а также особенности его применения для эффективной генерации ионных пучков и плазменных потоков.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием независимых дублирующих экспериментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании источника ионов и генератора плазмы.

Практическая ценность работы состоит в том, что научные положения и выводы, сделанные на основании проведенных исследований, были реализованы при разработке и создании в ИСЭ СО РАН широкоапертурного источника ионов газов и генератора плазмы, используемых для проведения экспериментов по отработке технологий очистки и модификации поверхностей различных материалов. Отличительной особенностью разработанных устройств является оригинальная разрядная система, обеспечивающая наиболее эффективное использование инжектируемых электронов в ионизационных процессах. В соответствии с международными контрактами ИСЭ СО РАН ионный источник такого типа был поставлен в Национальную Лабораторию имени Лоуренса (Беркли, США) а генератор газоразрядной плазмы - в компанию "Файджен Инкорпорэйтед" (Миннеаполис, США).

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Для эффективной инжекции электронов в катодную полость тлеющего разряда целесообразно использование плазменного катода на основе вспомогательного тлеющего разряда с полым катодом с отбором электронов через отверстие в аноде, находящимся под потенциалом катода основного разряда. Такая система обеспечивает инжекцию не менее 75 % электронов от тока вспомогательного разряда с энергией, соответствующей катодному падению потенциала тлеющего разряда.

2. Ускорение инжектируемых электронов катодным падением потенциала является оптимальным для достижения минимального напряжения горения сильноточной формы разряда, которое может понижаться до 50 В, а также для стабильного инициирования и горения разряда в области низких давлений вплоть до 4-10'3 Па. При минимальном напряжении горения разряда доля примеси ионов распыленного металла в пучке ионов газов снижается на порядок величины, достигая, например, для аргона 0,15%.

3. При отборе ионов из плазмы разряда с полым катодом внешняя инжекция электронов обеспечивает стабилизацию напряжения горения разряда, что позволяет с наиболее высокой энергетической эффективностью компенсировать снижение скорости ионизации, обусловленное эмиссией ионов.

4. Ионный источник на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов обеспечивает широкоапертурные пучки ионов газов при ускоряющем напряжении 0 - 30 кВ с током до 20 мА в стационарном режиме и до 2 А в импульсном (300 мкс) режиме. Созданный на этом же принципе генератор газоразрядной плазмы позволяет при давлении рабочего газа 1-Ю"2 - 1-10'1 Па получать в объеме до 0,2 м3 плазму с концентрацией до 3-1010 см"3, с неравномерностью не более ±15 %.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на IV конференции "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, Россия, 1996 гг.), на 7 и 8 Международных конференциях по ионным источникам (Таормина, Италия, 1997 г, Киото, Япония, 1999 г.), на 12 Международной конференции по мощным пучкам частиц (Хайфа, Израиль, 1998 г.).

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 9 работ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения; общий объем диссертации: 149 страниц, иллюстрирована 54 рисунками и 2 таблицами; список цитируемой литературы включает 114 наименований.

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 современным представлениям о тлеющем разряде с полым катодом низкого давления и его использованию в плазменных источниках заряженных частиц.

Рассмотрены физические особенности процессов генерации плазмы в разрядах с полым катодом. Отмечено, что тлеющий разряд с полым катодом, являясь одним из видов разряда с осцилляцией электронов, позволяет получать плазму с высокой концентрацией при низком давлении, когда существование обычных тлеющих разрядов невозможно. Осцилляции высокоэнергетичных ионизирующих электронов, пониженное рабочее давление и отсутствие магнитного поля обеспечивают высокую пространственную однородность параметров разрядной плазмы. Степень эффективности ионизации, и следовательно, нижнее предельное рабочее давление и напряжение горения разряда, зависят от потерь осциллирующих электронов через выходную апертуру катодной полости. Поэтому уменьшение ее площади оказывает положительное влияние на данные параметры. Однако при отношении площади выходной апертуры к площади поверхности катодной полости, меньшем, чем (те1М])ш, где тс и Мх - массы электрона и иона соответственно, в области выходной апертуры образуется двойной электростатический слой, что приводит к обратному эффекту. Таким образом, понижение напряжения горения и рабочего давления путем выбора оптимальной геометрии разрядного промежутка имеет ограничение.

В этой главе также рассмотрены особенности применения плазмы тлеющего разряда с полым катодом для генерации узкосфокусированных и широкоапертурных пучков ионов и электронов. Отмечено, что при генерации широкоапертурных пучков ионов на основе самостоятельного разряда наилучшими параметрами обладают системы, в которых используется совмещение создания перепада давления на выходной апертуре катодной полости с обеспечением условий для удержания ионизирующих электронов в области формирования плазмы, с поверхности которой ведется отбор ионов.

Особое внимание уделено различным типам разрядных систем на основе несамостоятельного разряда с полым катодом. Показано, что из разрядных систем со вспомогательным газовым разрядом наилучшими параметрами обладает система с инжекцией электронов в катодную полость, по сравнению с системами с инжекцией плазмы или ионов. В то же время показано, что в данной конкретной системе условия для наиболее эффективной генерации плазмы не реализуются из-за сравнительно низкой энергии инжектируемых электронов. В заключение главы формулируются задачи исследований.

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Представлена конструкция и электродная схема (рис. 1) экспериментальной газоразрядной системы. Устройство состоит из двух основных узлов -электродной системы основного разряда и плазменного эмиттера электронов. Основной разряд с полым катодом 1 и анодом 2 обеспечивает формирование плазмы, из которой ведется отбор ионов. Эмиттер электронов на основе вспомогательного тлеющего разряда с полым катодом 3 позволяет осуществлять инжекцию электронов в катодную полость основного разряда. Особенностью данной системы является то, что катод основного разряда 1 и сетчатый анод вспомогательного разряда 4 находятся под одним потенциалом. Основной разряд инициируется и поддерживается вспомогательным разрядом. Вспомогательный разряд инициируется импульсом, подаваемым на электрод 5. Рабочий газ напускается в катодную полость вспомогательного разряда. Перепад давления на выходной апертуре вспомогательного разряда обеспечивает его существование при достаточно низком расходе рабочего газа. Давление в катодной полости основного разряда практически совпадает с давлением в вакуумной камере.

Показано, что такая система позволяет инжектировать в катодную полость основного разряда поток электронов с током не менее 75 % от тока вспомогательного разряда. Эксперименты по определению оптимальной энергии инжектируемых электронов проводились с использованием модифицированной электродной системы, позволяющей изменять потенциал анода вспомогательного разряда относительно катода основного разряда. Зависимость напряжения горения основного разряда от напряжения смещения анода вспомогательного разряда от катода основного разряда (рис. 2) свидетельствует, что наиболее эффективная генерация плазмы достигается при энергии электронов, соответствующей катодному падению потенциала. Небольшое отличие оптимального напряжения смещения (50 В) от нулевого значения обусловлено дополнительным ускорением электронов в двойном электростатическом слое в области выходной апертуры катодной полости вспомогательного разряда. При

-200 -150 -100 -50 О 50 и ,В

с '

Рис. 2

Рис. 1

использовании разрядной системы, позволяющей ускорять электроны перед их инжекцией через перфорированный плоский анод тлеющего разряда с полым катодом, был получен аналогичный результат. Потери инжектированных электронов на стенках катодной полости основного разряда вследствие избытка энергии, полученного в двойном слое, в системе, показанной на рис. 1, не превышают 30 %. Таким образом, показано, что инжекция электронов через катодное падение потенциала обеспечивает эффективное ускорение электронов до требуемой энергии, причем изменение напряжения горения основного разряда, например, вследствие вариации внешних параметров системы, не приводит к отклонению энергии электронов от этого значения.

Рассмотрена также методика измерения параметров плазмы. Показано, что потенциал холодного зонда, помещенного в плазму разряда, существенно отличается от потенциала плазмы и приблизительно соответствует энергии наиболее быстрых электронов, присутствующих в плазме. Поскольку данный вид разряда характеризуется наличием большого количества быстрых электронов, инжектированных из вспомогательного разряда, в любой точке разрядного промежутка потенциал холодного зонда не отличается от потенциала катода более чем на 10 В. Поэтому для измерения потенциала плазмы такого разряда необходимо использование эмиссионного зонда. В то же время холодный зонд под отрицательным потенциалом, достаточным для отражения наиболее быстрых электронов, может успешно использоваться для оценки концентрации плазмы по

Для измерения масс-зарядового состава плазмы использована времяпролетная методика. На рис. 3 приведена типичная осциллограмма с цилиндра Фарадея время-пролетного спектрометра. Пучок состоит из ионов рабочего газа различной зарядности, а также из ионов материала катода, генерируемых в результате ионизации в плазме разряда распыленных атомов.

Проанализировано влияние конфигурации разрядного промежутка на характеристики разряда и параметры плазмы. Показано, что так же, как и для самостоятельного разряда с полым катодом, в разряде с инжекцией электронов эффективность генерации разрядной плазмы зависит от соотношения рабочей площади анода и площади поверхности катодной полости 5а/5к. Экспериментально определены оптимальные значения

ионной ветви зондовой характеристики.

"1 Аг+ '

1 1 4 1

Аг2+

п Си 1; а

. :'. . .

Рис. 3

данного соотношения для различных рабочих газов. Путем измерения зависимости потенциала плазмы основного разряда от ЗУЗ'к установлено, что увеличение напряжения горения при значениях превышающих оптимальное, происходит за счет увеличения катодного падения потенциала. Напротив, при значении 5а/5'к ниже оптимального, напряжение горения увеличивается вследствие образования положительного анодного падения потенциала, которое может достигать 200 В. Существование разряда с отрицательным анодным падением в исследуемом диапазоне соотношения бУЗ* не реализуется.

Установлено, что многократное превышение средней длины траектории инжектируемых электронов над характерным размером катодной полости, приводит к высокой степени пространственной однородности параметров плазмы и их практической независимости от геометрии разрядной системы и от расположения внешнего инжектора электронов.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния инжекции электронов на параметры тлеющего разряда с полым катодом.

Отмечено, что инжекция электронов приводит к уменьшению давления, при котором происходит инициирование разряда, более, чем на два порядка. Напряжение инициирования при этом практически равно напряжению горения. Обсуждается физический механизм воздействия инжекции электронов на напряжение инициирования разряда.

Получены аналитические выражения, описывающие зависимости минимального рабочего давления р и напряжения горения иг от тока

инжектируемых электронов /е: 1

Р = -

РЬ

у +

и=-

и,

у + -

(1)

(2)

0,02

где Р, - усредненная по энергии

0 04 р Па электРона вероятность ионизации,

, ' ' Ь - средняя длина траектории Рис 4

инжектированного электрона, у -коэффициент вторичной ионно-электронной эмиссии, /к - ток катода основного разряда, - средняя энергия, необходимая для генерации одного иона.

Как следует из выражений (1) и (2), и коэффициент у, и отношение 1/1к влияют на указанные параметры в равной степени. Поскольку величина

у достаточно мала, инжекция небольшой доли внешних электронов должна оказывать существенное влияние на условия устойчивого горения разряда.

Действительно, зависимости напряжения горения основного разряда от рабочего давления при различных токах вспомогательного разряда (рис. 4) свидетельствуют, что инжекция в катодную полость тлеющего разряда электронов и их ускорение в катодном падении потенциала приводит как к существенному уменьшению напряжения горения, так и к расширению диапазона рабочих давлений в область меньших значений. Минимальные значения, реализованные в эксперименте, составляли 50 В и 4-10'3 Па.

Наблюдается удовлетворительное соответствие расчетных данных, полученных с использованием выражений (1) и (2), с экспериментальными результатами.

Несмотря на дополнительные затраты энергии для поддержания вспомогательного разряда, уменьшение напряжения горения основного разряда, происходящее при относительно малых токах вспомогательного

разряда, приводит к возрастанию

эВ/ион

0,81 Я

всп осп

энергетической эффективности генерации ионного пучка (рис. 5). При пониженном давлении, когда существование самостоятельного тлеющего разряда с полым катодом в рассматриваемом диапазоне напряжений горения невозможно, внешняя инжекция электронов позволяет осуществлять более эффективную по сравнению с самостоятельным разрядом генерацию ионного пучка.

0,4 0,6 Рис. 5

Исследовано влияние отбора ионов из плазмы на условия горения разряда. Показано, что в случае отбора ионов дополнительная инжекция электронов обеспечивает стабилизацию напряжения горения разряда, что позволяет компенсировать снижение скорости ионизации, обусловленное эмиссией ионов, с высокой энергетической эффективностью.

Показано, что тлеющий разряд с полым катодом и внешней инжекцией электронов позволяет генерировать широкоапертурные ионные пучки с высокой пространственной однородностью и временной стабильностью, которые обусловлены свойствами разрядной плазмы, а также ускорением ионов в катодном падении потенциала до их попадания в ускоряющий промежуток. Проанализированы особенности применения различных ускоряющих систем. Определены области параметров пучков, для формирования которых предпочтительно использование той или иной системы.

Расширение области рабочих давлений тлеющего разряда с полым катодом, достигнутое благодаря внешней инжекции электронов, позволило провести эксперименты, касающиеся корректных оценок тока ионного пучка по току коллектора, а так же по определению области рабочих давлений, когда положительный заряд, внесенный на поверхность диэлектрика ионами пучка, эффективно нейтрализовался электронным потоком из пучковой плазмы. Показано, что ток заземленного коллектора может существенно отличаться от тока ускоренных ионов, попадающих на коллектор, вследствие тока из плазмы в области транспортировки пучка и тока вторичных электронов. Ток коллектора, заряженного положительно относительно вакуумной камеры, при низких (4ТО"3 Па) давлениях приближается к значению тока ускоренных ионов. Более точная его оценка может быть получена путем аппроксимации зависимости тока положительно заряженного коллектора от давления в нижнюю область вплоть до нулевого значения. Также показано, что положительный заряд, внесенный ионным пучком при облучении поверхности диэлектрика, может компенсироваться током электронов из пучковой плазмы при давлении выше 3-10"2 Па.

В четвертой главе проведен анализ факторов, ограничивающих рабочий диапазон разрядных параметров устройств на основе тлеющего разряда с полым катодом и инжекцией электронов. Показано, что основным фактором, ограничивающим максимальное значение тока в устройствах на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов, является переход разряда в дуговую форму. Выбор материала катода, его секционирование, а также использование специального источника электропитания, обеспечивающего относительно быстрое

прекращение дуги в случае ее возникновения, позволили получить ток разряда до 15 А в непрерывном режиме и до 40 А в импульсном. При данных токах разряда снижение концентрации нейтральных атомов вследствие высокой степени ионизации рабочего газа оказывает влияние на параметры разряда, однако не является ограничивающим фактором.

Приведены особенности конструкций, параметры и характеристики устройств, разработанных в результате проведенных исследований. Источник ионов на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов (рис. 6) позволяет генерировать пучки ионов различных

Рис. 6

газов, в том числе кислорода, с площадью поперечного сечения 100 см с энергией 100 Вн-30 кВ с током до 20 мА в стационарном режиме и до 2 А в импульсном (300 мкс) режиме при давлении 4-Ю"3 - МО"2 Па. В течение 500 часов его работы не наблюдалось заметных изменений параметров его функционирования.

С, отн.ед. 1

0,1

0,01

0,001

Аг

Аг

р = 8 • 10 Па

I =0,5 А

оси '

Ионы металла

200

400 Рис. 7

600 и , В

Представлены результаты исследования зависимости масс-зарядового состава ионного пучка от параметров разряда, которые проводились с использованием данного

источника ионов. Для измерений использовалась время-пролетная методика. Состав ионного пучка, извлекаемого из плазмы тлеющего разряда с полым катодом и инжекцией электронов, существенно зависит от напряжения горения основного разряда (рис. 7). Соотношение содержания ионов газа высокой (Аг ) и низкой (Аг ) зарядностей (ЬГ и для азота) при напряжении горения выше 200 В соответствует отношению вероятностей однократной и двукратной ионизации электронным ударом. Снижение напряжения горения, достигнутое путем увеличения тока инжектируемых электронов, до величины менее 200 В приводит к существенному уменьшению содержания ионов газа высокой зарядности, а также к быстрому уменьшению содержания ионов металла в пучке, которое происходит благодаря понижению коэффициента распыления. При минимальном напряжении горения, реализованном в экспериментах (50 В) доля металлического компонента пучка составляет 0,15 %.

Состав ионного пучка также зависит от тока разряда. В импульсной форме существования разряда при давлении 7-10" Па соотношение содержания ионов газа высокой (Аг2+) и низкой (Аг1) зарядностей изменяется от значения, соответствующего отношению вероятностей однократной и двукратной ионизации при минимальном токе, до превышающего это отношение в 2 раза при токе разряда 45 А. Наиболее возможной причиной такого повышения является процесс ступенчатой ионизации. При напряжении горения разряда около 500 В доля ионов металла в пучке изменяется от 3% при токе разряда 3 А до 18 % при токе 45 А. Данные результаты свидетельствуют об относительно высокой степени ионизации рабочего газа в разрядном промежутке, которая, согласно оценкам, при токе разряда 40 А достигает 25 %.

В той же главе рассмотрены особенности генерации объемной плазмы на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией

электронов. Конструктивным

отличием является катодной разряда.

такой системы открытый торец полости основного В такой системе

сочетание генерации минимизации загрязнения распыления

Рис.8

оптимальное эффективности плазмы и степени ее продуктами

стенок вакуумной камеры достигается в условиях, когда вакуумная камера находится под плавающим потенциалом относительно плазмы

основного разряда (20^50 В). Приведены конструкция и параметры генератора

газоразрядной плазмы SPACE (Source of Plasma with Additional Cold Emitter), основанного на этом принципе (Рис. 8). Генератор позволяет при давлении рабочего газа ЫО'ЧНО"1 Па получать в объеме до 0,2 м3 плазму с концентрацией до 3-Ю10 см"3 и с неодно-родностью не более ±15 %. В дополнение к режиму генерации плазмы данное устройство может использоваться в качестве источника сильноточного (до 2 А) низкоэнергетичного (до 1 кВ) стационарного пучка ионов с площадью поперечного сечения 200 см2.

Приводятся некоторые результаты применения разработанных устройств. Разработанные ионный источник и генератор плазмы применялись для технологий очистки и подготовки поверхности перед нанесением покрытий, а также для формирования покрытий со специфическими свойствами в процессах ионно-реактивного распыления и ионного перемешивания.

В заключении!! изложены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Установлено, что для эффективной инжекции электронов в катодную полость тлеющего разряда целесообразно использование плазменного катода на основе вспомогательного тлеющего разряда также с полым катодом. При этом анодом вспомогательного разряда является перфорированный участок стенки катода основного разряда, размер

отверстий в котором должен быть меньше ширины катодного слоя основного разряда. В такой системе не менее 75 % электронов, движущихся из плазмы вспомогательного разряда по направлению к его аноду, инжектируются внутрь катодной полости основного разряда и, после ускорения в области катодного падения потенциала, осуществляют эффективную ионизацию рабочего газа.

2. На основании исследования зависимости параметров тлеющего разряда с полым катодом от энергии инжектируемых электронов показано, что ускорение электронов катодным падением потенциала является оптимальным для достижения как максимального уменьшения напряжения горения сильноточной формы разряда, которое может понижаться до 50 В, так и для стабильного инициирования и горения разряда в области низких давлений вплоть до 4-10"3 Па. Измерения масс-зарядового состава пучка показали, что при минимальном напряжении горения разряда доля примеси ионов распыленного металла в пучке ионов газов снижается на порядок величины, достигая, например, для аргона 0,15 %. Благодаря пониженному рабочему давлению при токе разряда 40 А достигнута степень ионизации рабочего газа около 25 %, о чем свидетельствуют как измерения концентрации плазмы, так и повышение доли ионов газа с высокой зарядностью, а также доли ионов распыленного металла с увеличением тока разряда.

3. Установлено, что при отборе ионов из плазмы разряда с полым катодом дополнительная инжекция электронов обеспечивает компенсацию снижения скорости ионизации, и, как следствие, возрастания напряжения горения, уменьшения тока разряда, либо повышения рабочего давления. При этом энергия, затрачиваемая на необходимую для стабилизации тока разряда дополнительную инжекцию, более чем на порядок меньше, чем при повышении напряжения горения основного разряда в отсутствие дополнительной инжекции.

4. Расширенный благодаря инжекции электронов диапазон рабочих давлений, вместе с высокой временной стабильностью параметров тлеющего разряда с полым катодом, позволили провести исследование влияния плазмы в области транспортировки ионного пучка на ток коллектора. Показано, что образование пучковой плазмы приводит к тому, что, во-первых, для корректной оценки тока ионного пучка может использоваться значение тока коллектора в точке кривой, аппроксимирующей зависимость тока положительно заряженного коллектора от давления, соответствующее нулевому давлению; и, во-вторых, положительный заряд, внесенный ионным пучком при облучении поверхности диэлектрика, может компенсироваться током электронов из пучковой плазмы при давлении выше 310"2 Па.

5. На основании проведенных исследований созданы ионный источник на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией

электронов, который обеспечивает пучки ионов газов с площадью 100 см2 при ускоряющем напряжении 0-30 кВ с током до 20 мА в стационарном режиме и до 2 А в импульсном (300 мкс) режиме, а также основанный на этом же принципе генератор газоразрядной плазмы, позволяющий при давлении рабочего газа МО"2 ■ МО'1 Па получать в объеме до 0,2 м3 плазму с концентрацией до 3' 1010 см"3 с неравномерностью не более ±15%.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. А.В.Визирь, Е.М.Окс, П.М.Щанин, ПЮ.Юшков. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников //ЖТФ, 1997, Т. 67, №6, с. 27-31.

2. E.M.Oks, A.V.Vizir, G.Yu.Yushkov. Low pressure hollow-cathode glow discharge for broad beam gaseous ion source // Rev. Sci. Instrum., 1998, V. 69, №2, p.853-855.

3. A.V.Vizir, E.M. Oks, I.G .Brown. Ion beam formation under unusual conditions IIIEEE Trans. Plasma Sci., 1998, V. 26, №4, p. 1353-1356.

4. O.R.Monteiro, A.Vizir, I.G.Brown. Multilayer thin-films with chevron-like microstructure I I Journal of Applied Physics, 1998, V.31, № 22, р.3188-3196.

5. А.В.Визирь, Е.М.Окс, Г.Ю.Юшков. Ионно-змиссионные свойства несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом // Известия вузов, Физика. 2000, №2, с. 14-20.

6. A.V.Vizir, G.Yu.Yushkov, E.M.Oks. Further Development of a Gaseous Ion Source Based on Low-Pressure Hollow Cathode Glow I/Rev. Sci. Instrum., 2000, V.71, № 2, p.728-730.

7. А.В.Визирь, Е.М.Окс, П.М.Щанин, Г.Ю.Юшков. Широко апертур ный ионный источник на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом II Тез. докл. IV конф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучкамизаряженныхчастиц". Томск, 1996,с.50-52.

8. Разработка совмещенных с ионной обработкой методов нанесения нанокристал-лических фаз внедрения на основе титана / Ю.ПЛикжин, А.Ф.Сафаров, А.Д.Коротаев, А.Н.Тюменцев, Н.Н.Коваль, Д.П.Борисов, Г.Ю.Юшков, А.В.Визирь // Тез. докл. IV конф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц", Томск, 1996, с.390-392.

9. E.Oks, A.Vizir, G.Yushkov. High current ion source based on hollow cathode glow with e-beam injection // Proceedings 12th International Conference on High Power Particle Beams, V.II, p. 955-958, Beams-98, Haifa, Israel, 1998.

Издательство Томского ЦНТИ. Лицензия № ЛР 021062.

Отпечатано в типографии ООО "Томский ЦНТИ". Лицензия N2 ПД 00225.

Подписано в печать 11.04.2000. Заказ N5533. Тираж 100 экз.

634021 .г.Томск,пр.Фрунзе,115/3.

Введение.2

ГЛАВА I. ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД С ПОЛЫМ КАТОДОМ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПУЧКОВ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ.7

1.1. Физические особенности процессов генерации плазмы в разрядах с полым катодом низкого давления.7

1.2. Плазменные источники заряженных частиц на основе тлеющего разряда с полым катодом.14

1.3. Плазменные источники заряженных частиц на основе несамостоятельных разрядов с полым катодом.26

1.4. Выводы и постановка задач исследований.33

ГЛАВА И. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.35

2.1. Газоразрядная система на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов.35

2.2. Особенности инжекции электронов в плазму тлеющего разряда с полым катодом.43

2.3. Методика исследования параметров плазмы и ее масс-зарядового состава.49

2.4. Влияние конфигурации разрядного промежутка на характеристики разряда и параметры плазмы.58

2.5. Выводы.65

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВНЕШНЕЙ ИНЖЕКЦИИ

ЭЛЕКТРОНОВ НА ПАРАМЕТРЫ И ИОННО-ЭМИССИОННЫЕ

СВОЙСТВА РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ.66

3.1. Влияние инжекции электронов на параметры тлеющего разряда с полым катодом.66

3.1.1. Напряжение инициирования разряда.67

3.1.2. Рабочее давление разряда.71

3.1.3. Напряжение горения разряда.74

3.2. Влияние инжекции электронов на условия горения разряда при отборе ионов.79

3.3. Формирование и транспортировка пучков ионов, генерируемых на основе тлеющего разряда с полым катодом.82

3.3.1. Особенности применения различных ускоряющих систем для формирования пучков ионов.82

3.3.2. Влияние плазмы в области транспортировки ионного пучка на ток в цепи коллектора ионного пучка.87

3.4. Выводы.96

ГЛАВА IV. ИСТОЧНИКИ ПЛАЗМЫ И ПУЧКОВ ИОНОВ НА ОСНОВЕ

ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ВНЕШНЕЙ ИНЖЕКЦИЕЙ ЭЛЕКТРОНОВ.97

4.1. Рабочий диапазон разрядных параметров разработанных устройств.97

4.2. Ионный источник на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов.103

4.2.1. Конструкция и характеристики ионного источника на основе тлеющего разряда и внешней инжекцией электронов.103

4.2.2. Масс-зарядовый состав пучка ионного источника.111

4.3. Особенности генерации объемной плазмы.115

4.4. Применение устройств на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов.126

4.5. Выводы.131

Стабильность, высокая плотность тока, простота технической реализации делают тлеющий разряд привлекательным для его применения в плазменных источниках заряженных частиц и генераторах низкотемпературной плазмы. Создание условий для осцилляции электронов в тлеющем разряде обуславливает эффективную генерацию плазмы с высокой концентрацией при пониженном давлении газа, которое делает возможным ускорение ионов до требуемой энергии. Тлеющий разряд с полым катодом, по сравнению с другими видами тлеющего разряда с осцилляцией электронов (магнетронный, пеннинговский), не требует магнитного поля, что существенно упрощает конструкцию устройств и улучшает однородность плазмы. Вместе с тем, даже в условиях оптимальной геометрии разрядной системы, низковольтная форма тлеющего разряда с полым катодом может существовать лишь при давлениях, превышающих 3-10"" Па. Для сохранения же электрической прочности ускоряющего промежутка при достаточно высоких ускоряющих напряжениях, а также для эффективной транспортировки ускоренного пучка на значительные расстояния для ряда применений давление газа должно"' быть существенно ниже.

Одним из возможных путей понижения минимального рабочего давления тлеющего разряда с полым катодом является дополнительное поступление в катодную полость электронов с энергией, достаточной для эффективной ионизации газа. Поскольку электронный компонент катодного тока тлеющего разряда не превышает 10%, то даже относительно небольшой ток внешних электронов должен оказывать существенное влияние на параметры разряда. Инжекция в катодную полость дополнительных ионизирующих электронов позволит не только решить проблему понижения минимального рабочего давления, но и существенно уменьшить напряжение горения, обеспечивая таким образом высокую энергетическую эффективность генерации ионов. Для генерации электронов в принципе возможно использование термоэлектронного эмиттера. Однако известные недостатки термокатода ограничивают его применение в технологических устройствах. В связи с этим, использование для инжекции пучка плазменного эмиттера электронов на основе разряда с ненакаливаемым катодом представляется в достаточной степени обоснованным.

Основными задачами настоящей работы являются:

1. Реализация системы на основе тлеющего разряда с полым катодом с дополнительной инжекцией электронов из плазменного эмиттера с ненакаливаемым катодом.

2. Исследование условий устойчивого горения тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов в области низких давлений.

3. Исследование эмиссионных свойств плазмы тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов и создание на основе проведенных исследований ионного источника и генератора газоразрядной плазмы с расширенными диапазонами рабочих параметров.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Предложена и реализована электродная система на основе двух последовательных тлеющих разрядов с полыми катодами, один из которых (вспомогательный) обеспечивает инжекцию электронов в катодную полость основного разряда, являющегося генератором плазмы.

2. Исследовано влияние внешней инжекции электронов на условия устойчивого горения основного разряда и его параметры.

3. Исследованы ионно-эмиссионные свойства плазмы разряда такого типа, а также особенности его применения для эффективной генерации ионных пучков и потоков плазмы.

Практическая ценность работы состоит в том, что научные положения и выводы, сделанные на основании проведенных исследований, были реализованы при разработке и создании в ИСЭ СО РАН широкоапертурного источника ионов газов и генератора плазмы, используемых для проведения экспериментов по отработке технологий "очистки и модификации поверхностей различных материалов. Отличительной особенностью разработанных устройств является оригинальная разрядная система, обеспечивающая наиболее эффективное использование инжектируемых электронов в ионизационных процессах. В соответствии с международными контрактами ИСЭ СО РАН ионный источник такого типа был поставлен в Национальную Лабораторию имени Лоуренса (Беркли, США) а генератор газоразрядной плазмы - в компанию "Файджен Инкорпорэйтед" (Миннеаполис, США).

Диссертационная работа состоит из четырех глав.

Первая глава носит обзорный характер и посвящена современным представлениям о тлеющем разряде с полым катодом низкого давления и его использованию в плазменных источниках заряженных частиц. Рассмотрены физические особенности процессов генерации плазмы в разрядах с полым катодом, а также особенности применения плазмы разряда для генерации пучков ионов и электронов. Особое внимание уделено различным типам разрядных систем на основе несамостоятельного разряда с полым катодом. В заключение сформулированы основные задачи исследований.

Вторая глава посвящена методике и технике эксперимента. Описана конструкция экспериментальной газоразрядной системы. Рассмотрены особенности инжекции электронов в плазму тлеющего разряда с полым катодом, а также методика измерения параметров плазмы и её масс-зарядового состава. Проанализировано влияние конфигурации разрядного промежутка на характеристики разряда и параметры плазмы.

В третьей главе представлены результаты исследования влияния инжекции электронов на параметры тлеющего разряда с полым катодом. Обсуждается механизм воздействия инжекции электронов на напряжение зажигания и горения разряда, на расширение диапазона рабочего давления. Приводятся результаты изучения ионно-эмиссионных свойств плазмы тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов, а также влияния отбора ионов на условия горения разряда. Описаны особенности формирования и транспортировки ионных пучков при использовании плазмы изучаемого вида разряда в качестве эмиттера ионов.

В четвертой главе приведены конструкции и параметры разработанных в результате проведенных исследований источников плазмы и пучков ионов на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов. Представлены конкретные результаты практического применения данных устройств. Проведен анализ факторов, ограничивающих рабочий диапазон разрядных параметров разработанных устройств.

На основании полученных результатов можно сформулировать следующие научные положения:

1. Для эффективной инжекции электронов в катодную полость тлеющего разряда целесообразно использование плазменного катода на основе вспомогательного тлеющего разряда с полым катодом с отбором электронов через отверстие в аноде, находящимся под потенциалом катода основного разряда. Такая система обеспечивает инжекцию не менее 75 % электронов от тока вспомогательного разряда с энергией, соответствующей катодному падению потенциала тлеющего разряда.

2. Ускорение инжектируемых электронов катодным падением потенциала является оптимальным для достижения минимального напряжения горения сильноточной формы разряда, которое может понижаться до 50 В, а также для стабильного инициирования и горения разряда в области низких давлений вплоть до 4-10" Па. При минимальном напряжении горения разряда доля примеси ионов распыленного металла в пучке ионов газов снижается на порядок величины, достигая, например, для аргона 0,15%.

3. При отборе ионов из плазмы разряда с полым катодом внешняя инжекция электронов обеспечивает стабилизацию напряжения горения разряда, что позволяет с наиболее высокой энергетической эффективностью компенсировать снижение скорости ионизации, обусловленное эмиссией ионов.

4. Ионный источник на основе тлеющего разряда с полым катодом и внешней инжекцией электронов обеспечивает широкоапертурные пучки ионов газов при ускоряющем напряжении 0 - 30 кВ с током до 20 мА в стационарном режиме и до 2 А в импульсном (300 мкс) режиме. Созданный на этом же принципе генератор газоразрядной плазмы позволяет при давлении рабочего газа 1-10"" - 1-10" Па получать в объеме до 0,2 м плазму с концентрацией до 3-1010 см"3 с неравномерностью не более ±15 %. 7

Результаты работы докладывались и обсуждались на IV конференции "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, Россия, 1996 гг.), на 7 и 8 Международных конференциях по ионным источникам (Таормина, Италия, 1997 г, Киото, Япония, 1999 г.), на 12 Международной конференции по мощным пучкам (Хайфа, Израиль, 1998г.).

Результаты диссертационной работы представлены в статьях [88, 96, 98, 105, 109, 113]; в сборниках докладов и тезисах всероссийской и международной конференций [97, 107,112].

Созданный в результате исследований ионный источник использовался для проведения экспериментов по отработке технологии очистки и модификации поверхностей различных материалов в Институте сильноточной электроники СО РАН. Работы в этом же направлении ведутся с использованием ионного источника в Национальной Лаборатории Лоуренса (Беркли, США) и источника плазмы - в компании "Файджен Инкорпорэйтед" (Миннеаполис, США), поставленных по контрактам института в 1997 и 1999 гг (акты внедрения прилагаются).

Личный вклад автора состоит в создании экспериментальной установки, выборе методик эксперимента, проведении исследований и анализе их результатов. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработаны принципиальные конструкции и схемы питания ионного источника и генератора газоразрядной плазмы. Обсуждение задач исследований, методов их решения и результатов анализа экспериментальных данных проводились совместно с соавторами, фамилии которых указаны в опубликованных по теме диссертации работах. Фамилии соавторов, участвовавших в создании ионного источника и генератора газоразрядной плазмы, указаны в прилагаемых к диссертации актах внедрения.

В заключение автор искренне благодарит Е.М. Окса и Г.Ю. Юшкова, под руководством которых была выполнена данная работа. Автор признателен заведующему лабораторией плазменной эмиссионной электроники

Щанину П.М. за интерес и поддержку работы, д-ру Яну Брауну и сотрудникам группы применения плазмы Национальной лаборатории им. Лоуренса (гор. Беркли, США), а также сотрудникам группы плазменных источников ИСЭ СО РАН за помощь в проведении экспериментов.

137

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

2. Ion Sources / Edited by В. Wolf. // CRC Press, 1995. 544 p.

3. Завьялов M.A., Крейндель Ю.Е., Новиков А.А., Шантурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989. 256 с.

4. Исследование тлеющего разряда в электродной системе с неэквипотенциальными катодами / А.С. Метель, А.И. Настюха // Известия высших учебных заведений, Радиофизика, 1976, Т.19, №12, с. 1891-1895.

5. Роль дополнительной ионизации газа осциллирующими электронами в области катодного падения тлеющего разряда с полым катодом / А.С. Метель, А.И. Настюха // Известия высших учебных заведений, Радиофизика, 1976, Т.19, № 12, с. 1884-1890.

6. Влияние размеров, материала катода и рода газа на оптимальное давление цилиндрического разряда с полым катодом / В.И. Кириченко, В.М. Ткаченко, В.Б. Тютюнник // ЖТФ, 1976, Т.46, № 9, с. 1857-1867.

7. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом / Д.П. Борисов, Н.Н. Коваль, П.М. Щанин // Известия вузов. Физика, 1994, Т.37, №3, с. 115-120.

8. Observation of a very high electron current extraction mode in a hollow cathode discharge / A. Hershcovitch // Applied physics, 1993, V.74, № 1, p. 728-729.

9. Plasma studies on a hollow cathode, magnetic multipole ion source for neutral beam injection / D.M. Goebel, A.T. Forrester // Rev. Sci. Instrum., 1982, V.53№6,p. 810-815.

10. Тлеющий разряд с полым катодом при вакуумном режиме катодной полости / В.Г. Гречаный, А.С. Метель // Теплофизика высоких температур, 1984, Т.22, №3, с. 444-448.

11. Little P. F., Engel A. //Proc. Roy. Soc., 1954, А224, p. 209.

12. Peculiarities of excitation of a hollow-cathode reflex discharge. / V.A. Gruzdev, Yu. E. Kreindel, G.G. Vasylyeva // Proceedings of the 10th International conference on phenomena in ionized gases, Donald Parsons, 1971, p.l 11.

13. Инверсия катодной полости тлеющего разряда в магнитном поле / В. Н. Глазунов, А. С. Метель //ЖТФ, 1981, Т.51, №5, с.932-939.

14. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток. М: Наука, 1971.

15. Параметры плазмы в отражательном разряде с полым катодом / М.Ю. Крейндель, И.В. Осипов, Н.Г. Ремпе//ЖТФ, 1992, Т.62, №10, с. 165-169.

16. Влияние магнитного поля на распределение катодного тока в тлеющем разряде с осциллирующими электронами / В.Г. Гречаный, А.С. Метель // Теплофизика высоких температур, 1983, Т. 21, №6, с. 809-813.

17. Влияние граничных условий на характеристики тлеющего разряда с полым катодом / В.Г. Гречаный, А.С. Метель // ЖТФ, 1982, Т. 52, №3, с.442-445.

18. О механизме потерь быстрых электронов в тлеющем разряде с осциллирующими электронами / В.Н. Глазунов, А.С. Метель // Физика плазмы, 1982, Т. 8, №5, с. 1099-1104.

19. Расширение диапазона рабочих давлений тлеющего разряда с полым катодом / А. С. Метель // ЖТФ, 1984, Т. 54, №2, с. 241-247.

20. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М.: Атомиздат, 1977.-144с.

21. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984, -112 с.

22. Алямовский И.В. Электронные пучки и электронные пушки. М.: Сов. Радио, 1966.

23. Семенов А.П. Пучки распыляющих ионов: получение и применение. Улан-Удэ, Издательство БНЦ СО РАН, 1999. 207 с.

24. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. / Под ред. Щанина П.М. // УИФ "Наука", 1993, 149 с.

25. Электронная пушка с плазменным катодом и встроенным компактным генератором газа / В.А. Груздев, Ю.Е. Крейндель, О.Е. Троян // ПТЭ, 1979, №5, с. 169-171.

26. Исследование возможности расширения области давлений рабочего газа плазменного источника электронов / С.И. Белюк, Ю.Е. Крейндель, Н.Г. Ремпе // ЖТФ, 1980, Т. 50, №1, с. 203-205.

27. Инициирование разряда с холодным полым катодом газомагнетроном. / В.А. Груздев, Ю.Е. Крейндель, О.Е. Троян // ЖТФ, 1980, Т. 50, №10, с. 21082111.

28. Электронная пушка с плазменным эмиттером / В.А. Груздев, Ю.Е. Крейндель, Н.Г. Ремпе, О.Е. Троян // ПТЭ, 1985, №1, с. 140-142.

29. А.С. № 961488 А, МКИ Н 01 J 27/04. Электронно-ионный источник. / В.А. Груздев и О.Е. Троян. Заявлено 13.10.80.

30. Эффективный ионный эмиттер на основе разряда с полым катодом / А.П. Семенов, Б-Ш.Ч. Батуев // VIII Всес. симп. по сильноточной электронике. Тез. докл., ч. 1, Свердловск, 1990, с. 40-42.

31. Технологический ионный источник на основе разряда с полым катодом / А.П. Семенов, Б-Ш.Ч. Батуев // II Всес. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Тез. докл. Т.1. Свердловск 1991. с. 45-47.

32. Ионный источник на основе тлеющего разряда с полым катодом / А.П. Семенов, Б.-Ш. Ч. Батуев // ПТЭ, 1991, №1, с. 177-178.

33. Характеристики разряда в электродной структуре, состоящей из полого катода, кольцевого катода, и цилиндрического анода / А.П. Семенов, Б.-Ш. Ч. Батуев // ЖТФ, 1990, Т. 60, № 10, с. 171 -173.

34. Формирование однородной плазмы в трубчатой катодной полости тлеющего разряда / Е.И. Гырылов, А.П. Семенов // ЖТФ, 1995, Т. 65, №1, с. 189-191.

35. В.А. Бурдовицин, B.JI. Галанский, В.А. Груздев и др. // ЖТФ, 1993, Т. 63, №1, с. 184-189.

36. Источник ионов / И.С. Баликоев, В.Т. Барченко, С.Н. Заграничный, К. Мерник // Тез. докл. II Всес. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц, 1991, т. 1, с. 49-50.

37. А.С. №1804235 А1, МКИ Н 01 J 27/04. Источник ионов. / И.С. Баликоев, В.Т. Барченко и С.Н. Заграничный. Заявлено 19.02.91.

38. А.С. №1683442 А1, МКИ Н 01 J 27/04. Источник ионов. / И.С. Баликоев, В.Т. Барченко и С.Н. Заграничный. Заявлено 21.11.89.

39. R.C. Knechtli, Pat. USA, №3831052, 1974, cl. 313/187.

40. R.C. Knechtli, G.N. Mercer // IEEE J. Quantum Electronics. 1973, QE-9, №6, p.684.

41. J.B. Bayless, R.C. Knechtli, G.N. Mercer, // IEEE J. Quantum Electronics, 1974, QE-10,№2,p. 213.

42. J.R. Bayless // Rev. Sci. Instrum., 1975, V. 46, №9, p. 1158.

43. Плазменный источник электронов с секционированным холодным полым катодом / А.С. Метель//ПТЭ, 1987, №1, с. 164-167.

44. D.M. Goebel, R.W. Schumacher, and R.L. Eisenhart // IEEE Trans. Plasma Sci., 1998, V. 26, p. 354.

45. D.M. Goebel, R.W. Schumacher, and R.M. Watkins // Proceedings 9th International Conference on High Power Particle Beams, 1992, V. 2, p. 1093.

46. Разрядная камера сильноточного ионного источника с холодным полым катодом / В.Н. Глазунов, В.Г. Гречаный, А.С. Метель // ПТЭ, 1988, №1, с. 145-147.

47. Технологический ионный источник на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом / В.Н. Глазунов, А.С. Метель, В.А. Юрин // Тез. докл. I Всес. Конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц, 1988, с. 76 78.

48. G. Mourier, Pat. USA №4087721,1978.

49. А.С. №1589898 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Генератор плазмы. / А.С. Метель. Заявлено 15.09.88.

50. А.С. №1552923 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Генератор ионного пучка. /

51. A.С. Метель. Заявлено 28.03.88.

52. Эмиссионные свойства плазмы, ограниченной прикатодной областью разряда низкого давления / Ю.Е. Крейндель, С.П. Никулин, А.В. Пономарев // ЖТФ, 1989, Т. 59, №6, с. 196-199.

53. A technological ion source with hollow cathode in magnetic field / N.V. Gavrilov, V.N. Mizgulin, S.P. Nikulin, A.V. Ponomarev // Proceedings of 10th International Conference on High-power Particle Beams, 1994.

54. US patent №5569976, 1996. Ion emitter based on cold cathode discharge // N.V. Gavrilov, S.P. Nikulin.

55. Источник интенсивных широких пучков ионов газов на основе разряда с полым катодом в магнитном поле / Н.В. Гаврилов, С.П. Никулин, Г.

56. B. Радковский // ПТЭ, 1996, №1, с. 93-98.

57. Development of technological sources of gas ions on the basis of hollow-cathode glow discharges / N.V. Gavrilov, G.A. Mesyats, G.V. Radkovsky, V.V. Bersenev // Surface and coatings Technology, 1997, V. 96, p.81-88.

58. Large area 4 cm hollow anode ion source / V. Miljevich // 15th European Conference on Controlled Fusion and Plasma Heating, 1988. Contributed Papers, Part III, p. 1085-1088.

59. A.C. №1412515 A2, МКИ H 01 J 27/04. Дуоплазмотрон. / B.T. Барченко, C.H. Заграничный и B.H. Никифоров. Заявлено 31.12.86.

60. А.С. №1414211 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Источник заряженных частиц. / В.Т. Барченко, С.Н. Заграничный и О.А. Лоенко. Заявлено 20.11.86.

61. Отжиг полупроводников низкоэнергетичным электронным пучком большого сечения секундной длительности / Ю.Е. Крейндель, Н.И. Лебедева, В .Я. Мартене, Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский // Письма в ЖТФ, 1982, Т. 8, №23, с. 1465 1468.

62. Сильноточный ионный источник квазинепрерывного режима с плазменными катодами / В.Н. Глазунов, А.С. Метель, В.А. Юрин // Тез. докл. VII Всес. симп. по сильноточной электронике, 1988, ч. 1, с. 116-118.

63. Электронная пушка непрерывного действия с плазменным катодом большой площади / Ю.Е. Крейндель, В.Я. Мартене, В.Я. Съедин, С.В. Гавринцев//ПТЭ, 1982, №4, с. 178-180.

64. The working principle of the hollow-anode plasma source / A. Anders and S. Anders // Plasma Sources Sci. Technol., 1995, №4, p. 571-575.

65. Hollow-anode plasma source for molecular beam epitaxy of gallium nitride / A. Anders, N. Newman, M. Rubin, E. Jones, P. Phatak, A. Gassmann // Rev. Sci. Instrum., 1996, V. 67, №3, p. 905-907.

66. Источник газовых ионов на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом / Н.В. Гаврилов, А.В. Пономарев // Тез. докл. II Всес. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц, 1991, Т. 1, с. 30-32.

67. Плазменный источник газовых ионов / В.Т. Барченко, С.Н. Заграничный // Тез. докл. III Конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженный частиц, 1994, Т. 1, с. 40-41.

68. Двухкаскадный самостоятельный разряд низкого давления / В.А. Никитинский, Б.И. Журавлев, А.Т. Гапоненко // ЖТФ, 1985, Т. 55, №8, с. 16371639.

69. Двухкаскадный самостоятельный разряд низкого давления без магнитного поля / А.И. Стогний, В.А. Никитинский, Б.И. Журавлев // ЖТФ, 1988, Т. 58, №5, с. 993 -995.

70. Технологический источник ионов. / Б.И. Журавлев, В.В. Прилепский, B.C. Горлатов // ПТЭ, 1993, Т. 3, с. 215-218.

71. А.С. № 1685209 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Источник ионов. / А.И. Стогний, B.C. Малышев, В.В. Панкратов и В.В. Токарев. Заявлено 25.08.89.

72. А.С. №1589899 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Источник ионов. / А И. Стогний. Заявлено 08.08.88.

73. А.С. №1766201 А1, МКИ Н 01 J 27/04. Источник ионов. / Б.И. Журавлев, В.В. Прилепский, В.А. Никитинский и B.C. Горлатов. Заявлено 17.12.90.

74. А.С. №1561744 А1, МКИ Н 01 J 27/00. Источник ионов. / А И. Стогний, В.А. Никитинский и Б.И. Журавлев. Заявлено 27.07.87.

75. Газоразрядный источник ионов с холодным катодом / Б.И. Журавлев, В.А. Никитинский, А.Т. Гапоненко // ПТЭ, 1985, Т. 4, с. 157-158.

76. А.С. №1769630 А2, МКИ Н 01 J 27/04. Источник ионов. / В.А. Никитинский, Е.И. Лизин и А.Т. Гапоненко. Заявлено 13.02.89.

77. Форрестер А. Т. Интенсивные ионные пучки. М.: Мир, 1991. 358 с.

78. A high efficiency ion source / А.Т. Finkelstein // Rev. Sci. Instrum., 1940, V.l 1, p.94.

79. A magnetic ion source / C. Bailey, D.L. Drukey, F Oppenheimer. II Rev. Sci. Instrum., 1949, V. 20, p. 189.

80. A.C. №1375024 А, МКИ H 01 J 17/04, 3/02. Газоразрядное устройство. / А.П. Семенов.

81. Генерирование сильноточных ионных пучков в источниках ионов на основе разрядов с холодным полым катодом / А.П. Семенов // ПТЭ, 1993, Т.5, с. 128-133.

82. Kaufman Н. R. // Adv. Electron Phys., 1974, V. 36, p. 263.

83. Davis et al. // Rev. Sci. Instrum., 1972, V. 43, p.278.

84. Davis R.C. et al. // Rev. Sci. Instrum., 1975, V. 46, p. 276

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

86. Болдасов B.C., Денбновецкий С.В., Кузьмичев А.И. Моделирование газоразрядных коммутирующих приборов низкого давления. Электрическая прочность приборов в предразрядный период. Кшв: Ф1рма "Вшол", 1996, 140 с.

87. Каминский М. Атомарные и ионные столкновения на поверхности металла. М.: Мир, 1967.

88. А.С. №1523033 А1, МКИ Н 05 Н 1/00, Н 01 J 27/00. Плазменный источник заряженных частиц. / И.С. Баликоев, В.Т. Барченко, С.Н. Заграничный и В.Н. Никифоров. Заявлено 06.04.88.

89. Nanosecond high current and high repetition rate electron source / V.I. Gushenets, N.N. Koval, P.M. Schanin, V.S. Tolkachev // IEEE Trans. Plasma Sci., 1999, V. 27, №4, p. 1055-1059.

90. Ion beam formation under unusual conditions / A.V. Vizir, E.M. Oks, I.G. Brown // IEEE Trans. Plasma Sci., 1998, V. 26, № 4, p.1353-1356.

91. Method of plasma potential measurement by emissive probes / P. Camp, D. Sellen // Rev. Sci. Instrum., 1966, V.4, p. 68-75.

92. A new method for ion charge state analysis / I.G. Brown, J.C. Kelly // J. Appl. Phys. 1988, V.63,p.254.

93. Исследование ионного пучка источника "Титан" времяпролетным масс-спектрометром / А.С. Бугаев, В.И. Гушенец, А.Г. Николаев, Е.М. Оке, Г.Ю. Юшков // Известия вузов. Физика, (в печати).

94. Multiply stripped ion generation in the metal vapor vacuum arc / I.G. Brown, B. Feinberg, J. E. Galvin // J. Appl. Phys., 1988, V.63, p. 4889.

95. Influence of a current jump on vacuum arc parameters / A.S. Bugaev, V.I. Gushenets, A.G. Nikolaev, E.M. Oks, G.Y. Yushkov // IEEE Trans. Plasma Sci., 1999, V.27, №4, p. 882-887.

96. Френсис Г. Ионизационные явления в газах. М: Атомиздат, 1964, 304с.

97. Е.М. Оке. Условия образования и эмиссионные свойства объемной плазмы дугового разряда низкого давления: Дисс. канд. Физ.-мат. наук. Томск, 1985.

98. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников / А.В. Визирь, Е.М. Оке, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков // ЖТФ, 1997, Т. 67, №6, с. 27-31.

99. Low pressure hollow-cathode glow discharge for broad beam gaseous ion source / E. M. Oks, A. V. Vizir, G. Yu. Yushkov. Rev. Sci. Instrum., 1998, V. 69, № 2, p.853-855.

100. Г.Ю. Юшков. Генерация широкоапертурных пучков газовых и металлических ионов в источнике на основе контрагированного разряда и вакуумной дуги: Дисс. канд. Физ.-мат. наук. Томск, 1993.

101. К вопросу о зарядовой компенсации широкоапертурных ионных пучков / В.И. Гушенец, М.Ю. Крейндель, Е.М. Оке, П.М. Щанин, Г.Ю. Юшков // Тез. докл. IX симп. по сильноточной электронике, 1992, с. 117-118.

102. Влияние ионизации остаточного газа на электрические измерения тока ионного пучка / Е.М. Оке, Г.Ю. Юшков // Тез. докл. IX Симп. по сильноточной электронике, 1992, с. 90-91.

103. Vacuum arc ion sources / I.G. Brown // Rev. Sci. Instrum., 1994, V. 65, p. 3061-3081.

104. Further Development of a Gaseous Ion Source Based on Low-Pressure Hollow Cathode Glow / A. V. Vizir, G. Yu. Yushkov, E. M. Oks // Rev. Sci. Instrum., 2000, V.71, № 2, p.728-730.

105. Месяц Г.А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме. Новосибирск.: Наука, 1984.

106. High current ion source based on hollow cathode glow with e-beam injection / E. Oks, A. Vizir, G. Yushkov // Proceedings 12th International Conference on High Power Particle Beams, V.II, p. 955-958, 1998.

107. A.C. № 976806, МКИ H01J 27/02. Многоапертурная система извлечения заряженных частиц из плазменного источника / Н.В. Гаврилов, Е.М. Оке. Заявлено 17.07.81.

108. Oks E. M., Anders A., Brown I. G et al. // IEEE Trans. Plasma Sci.,1996, V.24, № 3, p. 1 174-1 183.

109. Ионно-эмиссионные свойства несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом / А. В. Визирь, Е. М. Оке, Г. Ю. Юшков. // Известия вузов, Физика, 2000, № 2, с. 14-20.

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

111. Физические величины: справочник / Под ред. Григорьева И. С., Мейлихова Е. 3. // М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

112. Multilayer thin-films with chevron-like microstructure / O.R. Monteiro, A. V. Vizir, I.G. Brown // Applied Physics, 1998, V.31, №22, р.3188-3196.147