Динамика и кинетика электронов в ионно-пучковых системах холловского типа тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.20 ВАК РФ

М1Н1СТЕРСТВ0 0СВ1ТИ УКРА1НИ ^ НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМЫ НАУК УКРА1НИ ^ НАУКОВИЙ Ф13ИКО-ТЕХНОЛОПЧНИЙ ЦЕНТР

ДИНАМ1КА ТА К1НЕТИКА ЕЛЕКТРОНГО В ЮННО-ПУЧКОВИХ СИСТЕМАХ ХОЛЛ1ВСЫЮГО ТИПУ

(01.04.20 — фвика пучюв заряджених частшюк)

Автореферат дисертаци на здобутгя наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

На правах рукопису

УДК 533.9.01

УШАКОВ Андрей В1кторович

Харив -1998

Дисертащоо е рукопис

Робота виконана в Науковому ф1зико-технолопчному центр i МО : HAH Украши та у Харювському державному ушверситетс

Науковий KepißHrac: кандидат <|йзико-математичних наук,

доцент Фареник Володимир 1ванович, зав. кафедрою ф1зичних технолопй ХДУ, директор НФТЦ

Офщгаш опоненти:

Провщна оргашзащя:

доктор ф1зико-математичних наук Падалка Валентин Глебович, проф. Харювського ав1ацшного шстюугу 1м. М.£. Жуковського,

кандидат фвико-математичних наук Б1зюков Олександр Aнaтoлiйoвич, доцент кафедри ф1зики плазми ХДУ.

Нацюнальний науковий центр "Харювський ф¡3ико-техн 1 чний шститут".

Захист дисергацп вщбудеться "<?3 " ¡cBi'mh-?*- 1998 р. 0 -/э го диш на засщанш спешал13ованоГ вченоУ ради Д 64.074.01 npi Науковому ф1зико-технолопчному центр! МО та HAH Украши зг адресою: 310145, м. Харюв, вул. Новгородська, 1, зал засщань.

3 дисертащоо можна ознайомитися у спсщаллзовашй вчешй рад Д 64.074.01 при Науковому ф1зико-технолопчному центр1 МО тг HAH Украши за адресою: 310145, м. Харюв, вул. Новгородська, 1 к. №351.

Автореферат розюланий " 1998 р,

Вчений секретар спещашзованоУ вчено! ради

В.П. Демуцький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Дисертацшну роботу присвячено експеримелтальному i теоретичному доелдокенню електронноУ компонента юнно-пучково! сис-теми на осгош розряду постшного струму у схрещених слектрич-ному Е та магштному Н полях при низькому таску в умовах, харак-терних для технолопчних систем юнио-променевого травления.

Актуальшсть теми дисертацй' обумовлепа широким викори-станням плазмових систем холл^вського типу як у фундаментальних дослщженпях, так 1 в р1зномаштних технолопчних застосуваннях. У межах косм1чно1 програми по створенню електричних кос\ичних двигушв мало! потужиоей широко використовуютьея прискорювач! ¡з замкнутом дрейфом електрошв i протяжною зоною прискорення, атакож прискорювач1 з анодним шаром [*]. 1оши джерела холл1всь-кого типу (ЩХТ) застосовуються у технологи м1кроелектрошки для створення тополопчпого рисунка на поверхш твердого тша шляхом нанесення I травления д1електричних тонкошивкових покритпв. Прилади на основ! ЩХТ, в яких реамзовано споЫб реактивного юнно-променевого травления, дозволяють отримувати структурш елементи субм!кронних розм1р1в для надвеликих штегральних схем, а також тоны гшвки високоГ чистота ¡з заданими електроф1зичними параметрами [2].

Перел1чеш вище плазмов1 системи, що вьтр1зняються геомет-р1О0 розрядного пром1жку, об'еднуе наявшетъ при низькому тиску поблизу аноду нескомпенсованого юнами електронного шару, в якому зосереджена практично вся прикладена папруга. При цьому, геомезричш роз\йри розрядно! обласп та зовшгаш параметри системи (напружешеть магштного поля II, анодна напруга иа та тиск робочого газу р) так], що в анодному шар1 (АШ) електрони е за-маппченими, а ¿они вшьно (без зшенень) залишають АШ (вико-нусться умовар^ «И<рц, дс К — характерний розм1р розрядно! облает\,ри,ри — лармор1вськ! радгуси електрошв та юшв вщпо-

Ионные инжекторы и плазменные ускорители: Сб. науч. ст. / Под ред. А.И. Морозова, H.H. Семашко. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.

2 Маишев Ю.П. // Микроэлектроника. - 1977. - Т. 3, № 2 (81). - С. 21-34.

вщно).

Для стало! роботи прилад1в, в яких використовуегься розряд у схрещених полях, rioTpiöeii безперешкодний рух електрошв у дрейфовому напрямку, що реагнзуеться у р1зних системах в замкнутим електронним дрейфом (або замкнутим холл1всышм струмом). Оскшьки швидкють дрейфу набагато вища вщ швидкооп у иаиря\п електричного поля, електрони, повол1 рухаючись у напрям! аноду, набирають в електричному пол1 достатню енерпю i ефективно ioHi-зуштъ атоми робочого газу. Тому прилади з АШ при низькому таску широко застосовухэться як джерела ioHiß.

Досл'дженню АШ присвячена велика кшыасть як експеримен-тальних, так i теоретичних poöiT. 1снукга уявлення про ф1зичш процеси в АШ i теоретичш модели шару досить задовшьно узгод-жуються з експериментальиими даними. Прикладом може бути, внерше запропонована Жаршовим i Кервашшвш у poöoTi [3] одно-BHMipna модель АШ, що була прийнята за основу в багатьох по-далыних дсталыпших досл1дженнях[4,5].

Проте, попри нескладшсть конструктивних схем пристрош i3 схрещеними полями, до тепершнього часу немае повного опису систем iз АШ навпь у стащонарних режимах i3 малим шумом, не кажучи вже про умови, коли розвиваютъся сильш коливапня. На-приклад остаточно не з'ясовано мехашзм, котрий призводить до виходу вздовж магштного поля на катоди системи значного за величиною електронного струму [б,7]; дрейф електрошв упоперек магштного поля, зпдно з експериментальними даними, бшьш дрейфу, зумовленого :нтк пениям и електрошв i3 важкими частниками (атомами, юнами) [8] i т. in..

3 Кервалишвнли H.A., Жаринов A.B. //ЖТФ. - 1965. - Т. 35, № 12. - С. 21942201.

4 Жаринов A.B., Попов Ю.С. // Там же. - 1967. - Т. 37, Вып. 2. - С. 294-299.

5 Калашников В.К., Саночкин Ю.В. // Там же. - 1974. - Т. 44, Вып. 12. -С. 2504-2518.

6 Поляк И.М. // Радиотехника и электроника. - 1961. - № 3. - С. 395-398.

7 Крейндель Ю.Е., Ионов A.C. //ЖТФ. - 1964. - Т. 34, № 7. - С. 1199-1205.

8 Hirsch E.H. // Brit. J. Appl. Phys. - 1964. - Vol. 15. - P. 1535-1543.

МЬк анодним шаром, в якому вщбуваеться формування îoh-ного пучка, i поверхиею твердого тша, що обробляеться ним пучком, в ioHHO-пучкових системах розташована область транспорту-вання ioHiioro пучка, де е спсциф1чне плазмово-пучкове утворення, вщоме пщ назвою "ioHHo-пучкова плазма" (1ПП). Ця плазма являе собою активне середовище, безпосередньо з котрого на оброблюва-ну поверхню потрапляютъ заряджеш, збуджеш, xiMi4HO активш частники та електромагштие випромшювання. Oi3H4Hi процеси у ГПП, справдяють ¡стотний вплив як на роботу джерела юшв [9], так i на результат технологично! onepauiï [10].

Дослцркення ЕПП, процесу нейтрал1зацп широких ттучюв ютв низько'1 та середньо'1 enepriï, сформованих приладами i3 замкнутом Х0лл1вським струмом, протягом ряду pokîb проводилися у Хар-ювському державному ушверситет1 i в Науковому фгзико-техноло-пчному центрi HAH та Мшютерства осштн Украши. Найповшше викладено ïx результата у робот1 [и]. Отримаш даш дозволили зро-зумш! 3aKOHOMipHOCTi основних npoueciß, що призводягь до ней-трал1заци ioimoro пучка, i побудувати феноменолопчну модель ав-токомпенсацн.

Таким чином, ниш вщом!, з одного боку, досить числешп досл1дження анодного шару розряду низького тиску у схрещених полях, з шшого — дослщжсння юнно-пучково!' плазми. Сльт зазна-чити, що у бшыпосп праць АШ та 1ПП розглядаються як автономш области юнно-пучково!" систсми. Вщсутшсть систематичних доошд-жень npoMÎKHoi' обласп мгж ними не дозволяс коректно, з ф1зично1" точки зору, сформувати граничш умови на низьковольтнш границ! АШ i повною Mipoio виявити взаемний вплив цих областей. У зв'язку з викладеним щ дослщжсння g актуальною проблемою.

9 Зыков A.B., Маишев Ю.П., Фареник В.И. // Тез. докл. III Всесоюзн. конф.

по физике газового разряда. - 4.2. -Киев, 1986. - С. 221-223.

10Петров В.И., Ивановский Г.Ф., Маишев Ю.П. // ГГГП. Сер. "Микроэлектроника". - 1975.-Т. 3,№ 1 (41).-С. 66-71. иДудил C.B. Исследование ионно-пучковой плазмы, создаваемой широким потоком ионов низкой энергии: Дис. ... канд. физ.-мат. наук: 01.04.08. -Харьков. 1994. - 161 с.

Зв'язок поботи з науковими програмами, планами, темами.

Обраний напрямок дослщжень пов'язаний з виконанням фундамен-тальних науково-дослщшх po6ir. "Досл1дження юнно-пучковоУ плазми, прикатодних та прианодних rnapiß просторового заряду у комбшованих (посййному та високочастотному) електричному та магнтюму полях у процесах травления та нанесепня тонких шивок р1зних матер1ашв" (номер держреестрацп 0194U018581), — кафедра фвичних технолопй ХДУ, 1994-1996 рр.; "Дослщження умов фор-мування електричних розряд1в у комбшованих полях та npouecin взаемоди плазми з поверхнею твердого тша" (номер держреестрацп 0197U004860), — Науковий ф!зико-технолопчний центр МО та HAH УкраУни i "Дослщження процеспв формування iiotokib заряд-жених частинок в ¡ошю-плазмових системах з комбшованими ЕН-полями" (номер держреестрацп 0197U016507), — кафедра ф1зичних технологШ ХДУ, яю проводяться у вщповщност! i3 загвердженим координацшним планом науково-дослщних робгг та приоритетних напрямюв розвитку науки та техшки на 1997-1999 рр. "Взаемод1я електромагнгшого випромшювання та потоив заряджених частинок з речовиною" MiHicTepciBa ocBim УкраУни.

Метою роботи було комнлексне експериментальне дослщжен-ня особливостей динамки та кшетики електрошв у пром1жшй облает! м1ж АШ та ПИТ в ¿онно-пучкових системах холл1вського тип> при низькому тиску i розвиток теоретичноУ моде.'й анодного шару 5 урахуванням yeix ютотних особливостей конкретноУ системи.

Для досягнепня nid мети знадобилося розв'язати Taici задач!:

- на баз1 Щ холл1вського типу "Радикал" в1дпращовати методику зондових BHMipiB локальних параметр1в електронноУ компонента юнно-пучковоУ плазми i3 замагшченими електронами — густини функщУ розподшу за енерпями, температури, а також потенщал) плазми в умовах сильних i неодноршних електричних та магшт-них пол iß — i виготовити Д1агностичний комплекс;

- виконати вим1ри просторового розподшу густини i температурр електрошв, функцй' розподшу електрошв за енерпями, потетиалз плазми у розрядному пром1жку 1Д в широкому диапазон зовшшшх параметр1в (напруженосп магштного поля, анодно

напруги, тиску робочого газу);

- провести доашдження ¡нтегральних струмових характеристик розрядного приладу i з'ясувати Тх взаемозв'язок з локальними параметрами 1ПП та АШ;

- здШснити дегальний анал1з р!зних елементарних процсав i вия-вити 'fx вплив на формуваиня локальних параметр!в 1ПП ¿з за-магшченими електронами;

- на ocHoei розв'язання попередшх скспериментальних завдань та теоретичних ощнок розвинути теоретичну модель анодного шару.

Методи i засоби дослщжепь. Експериментальш доашдження проводилися на установщ, оснащенш джерелом ioHie холл1вського типу "Радикал", i3 застосуванням р1зних зондових методик, адапто-ваних для умов сильних i неоднор1дних схрещених ЕН-полш. Теоретична модель, побудована в данш po6oTi, базусться на стильному pimeHHi р1внянь руху електрошв, Пуасона та закону збережепня частинок. Ршення виконувалося як у анал¡точному вигляд! для дея-ких граничних випадюв, так i чисельно на ЕОМ в загалыюму ви-падку (використовувався математичний пакет MathCAD 7.0 Pro).

Наукова новизна роботн визначаеться наступними результатами, що виносяться на захист:

1. Вперше вим1рено еволющю функци розподигу електрошв за енсрпями у перехщнш облает! М1ж плазмою га анодним шаром в ¿онно-пучкових системах холл1вського типу.

2. Вперше запропоновано кшетичний механизм штенсивного вихо-ду електрошв на катоди юнно-пучково!' системи холлтського типу в результат] формування локально-р!вноважно'1 функцп роз-подшу, близько'1 до максвелл1всько'1.

3. Удосконалено тонку структуру облает! анодний шар — плазма i3 замагтченними електронами при низькому тиску.

4. Розвинуго двом^рну теоретичну модель перехдао!' облает! плазма — анодний шар на ocumi локально!' юшзацшно! р1вноваги електрошв уздовж магштного поля.

5. Вперше одержано аналпгичш вирази та чиселып розрахунки роз-подшу потенщалу, температуря i густини електрошв у прианод-Н1Й облает! ¡онно-пучкових систем холл!вського типу.

Науконо-практнчна »¡ншсть роботи. Результата дослщжень динамжи та кшетики електрошв у юнно-пучкових системах хол-Л1ВСЬкого типу можугь бути використаш як для подальшого розвит-ку ф1зичних уявлень про плазму у магштному пол1 при низькому тиску та при побудов1 самоузгоджених моделей р1зних плазмових систем, так i для розробки i оштпзацн технологичного обладнання — джерел ioHie холл1вського типу, магнетрошшх розпилювальних систем, плазмових лшз тощо.

Особистин внесок здобувача у розробку наукових результапв, що випосяться на захист. Практична рсагизашя експериментальних методик, весь комплекс вим1рювань, а також анаттичш та чисдов1 розрахунки виконаш здобувачем самостийно. Bin приймав безпосе-редню участь у aHani3i отриманих результапв, шдготовщ наукових статей i доповщей до публжацп. Внесок сшвавтор1в публжащй у наведсш результата такий: B.I. Фареник здшснював загальне науко-ве KepiBHHirrBo роботою; О.В. Зиков брав участь у постановщ зав-дань дослцркень, обговоренн! та ¡нтернретацй отриманих даних, С.В. Дуд in — у розробщ та реал1зацп експериментальних методик i обговоренн1 результате.

Апробащя результапв дисерташ'!. Матер1али дисертацп представлен! та доповщалися на таких конферешшх: 21rd IEEE International Conference on Plasma Science (Santa Fe, USA, 1994), 6th International Conference on Ion Sources (Vancouver, Canada, 1995), 22rd IEEE International Conference on Plasma Science (Madison-Wisconsin, USA, 1995), 23rd EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics (Kiev, Ukraine, 1996), 23rd IEEE International Conference on Plasma Science (Boston, USA, 1996), 7th International Conference on Ion Sources (Taormina, Italy, 1997).

Публ1кац|У. Основш результата дисертацп опублковано у 3 статгях та у працях перел1чених вище конференщй. Усього по те\й дисертацп надруковано 12 po6iT, nepeniK яких надано у заключит 4acTHHi автореферату.

Структура та об'ем дисертацп. Длсертащя складаеться ¡з вступу, трьох роздшв, висновмв та списку використаних джерел i3

107 найменувань. Обсяг дисертацп складае 142 сторшок, у тому числи 37 рисунюв.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У встут стисло висвгаено сучасний стан проблеми, визначено коло 1 актуальшсть задач, розглянутих у дисертацп, сформульовано основш результата, що виносяться на захист, коротко викладено зм1ст робота по роздшах.

У першому роздьт описано експериментальну установку, подано характерш величини основшгх параметр ¡в системи. Наведено експеримеитальш мешдики зондових вим1р1в функцп розподшу, температури, густини електрошв та потенциалу плазми. Викладено результата втпр1в розрядних характеристик Щ "Радикал". Обгово-рюються особливосп розподигу стру.\пв на електроди системи.

У другому роздип наведено результата вим!р1в енергетичного спектра електрошв, що виходять уздовж магштного поля на катоди системи. Ексиериментально досл!джено тонку структуру розряду на основ1 пшекцп термозондом у розрядний промшок "пробних" електрошв. На пщстав1 експериментальних даних охарактеризовано еволющю у простор! функцп розподьту електрошв за енерпями, а також просторовий розподщ температури електрошв та потенщалу плазми. Обговорюються особливост1 процес1в у шар1 з великими град1 ситам» електронноУ температури та густини.

У третьому роздш описано теоретичну модель пром1жноУ об-ласгп АШ-1ПП в юнно-пучкових системах холл1вського типу, метою якоУ е знаходжепня самоузгоджених розподшв температури 1 густини електрошв, а також електричного поля залежно вщ зовшшшх параметр1в системи. Здшснено анализ основних елемен-тарпих процес1в та Ух рол! у формувашп параметр1в у пром!жшй облает!. Обговорено баланс електрошв у розряд^ проанашзовано основш канали народженпя та загибел! електрошв, розраховано за-лежшеть потенщалу плазми вщ температури електрошв. Сформовано систему р1внянь, що описуе електронну компоненту плазми:

<1»УЛ = Фл +КЛ)

¿<Р ФеТе)

с1х сЬс

у 2тт1

Т.

&<р = 4ле(пе -«,.)

Де — складов! густини електронного струму вздовж елек-

тричного та мапитного гошв вщповщпо, пе, п, — густина електрошв та ¡ошв вщгюеццго, Те — температура електрошв, те — маса електрона, е — елементарний заряд, (р — потеншал плазм и,

— частота юшзацп атом 1 в робочого газу електронами та

юнами вщповщно,

Ь± — рухливють електрошв впоперек магншюго поля.

Розв'язано основну систему р1внянь, отримано аналггичш вира-зи асимптотик для деяких граничних випадгав. Подано результата чисельних розрахунюв просторових розподипв основних параметр ¡в плазми. Проведено пор1вняння теоретичних результа-пв з експери-ментальними даними.

У висновках сформульовано основш результата робота.

У дисертацШшй роботт, вщповцдао до мети, сформульовано! у встуш, було проведено комплексне експериментальне дослщження особливостей динамки та кшетики електрошв в юнно-пучкових системах холл1вського типу [ розвинено теоретичну модель при-анодного шару ¿з замагшченими електронами при низькому тиску

_е Л

(р = 5 • 10 -1-10 Тор). Основш результата робота так1.

1. На основ! анал1зу особливостей застосування зоцщв в ютшо-пучкових системах холл1вського типу при сильному магштному

ОСНОВШ РЕЗУЛЬТАТЫ

гол! вщпрапьоваш методики, що дозволять провести в!рогщш им1ри функци розподшу електрошв за енерпями, температури лектрошв та потенщалу плазми.

2. На шдстав1 анашзу розрядних характеристик виявлено гтотиу pi3Hnmo у xapaicrepi струм ¡в, що надходять на pi3iii частини атода: на внутршшю частиц катода — переважно юнний струм, ia зовшшню — електронний. Встановлено, що в акЫально-[еоднорщшх системах при сильних магштних полях ¡нтегралышй лектронний струм на катоди nopißimHO з юнним, залежно вщ OBHinmix параметр1в системи (напружешсть MamiTiroro поля, нодна напруга, тиск робочого газу) може становити 10-30 % вщ еличини розрядного струму.

3. Досл1дження залежносп електронного струму на катод (або [лоский зонд, розташований на поверхш катода) вщ зовшшшх па-aMCTpiß показало, що електронний noTiK на катоди з'являеться по осягненш напружешстю магштного поля певного критичного зна-ення Нсг (Псг ~ 1 кЕ при Ua = 1.5 kB та р = 5-10"4 Тор). При бшыпенш магштного поля спостер1гаеться лшпше зростання елек-ронного струму на катоди.

4. Дослщжено залежшеть струму електрошв на катоди ni;i ¡зних парамеции джерела. Експериментально вширяно енерге-ичн1 спектри елекгрошв, яю виходять на катоди. Встановлено, що ¡ей ефект не пов'язаний з рпноманггними коливаннями та естШкостями у систем!. Показано, що виxiд електрошв на катоди умовлений максведгпзащею функци розподшу електрошв за раху-ок електрон-електронних зганень i ix виходом на катод з високое-ергетичного хвоста ФРЕЕ.

5. Для доелщження тонко! структури прианодно! облает! вико-истано методику додатково!' шжекии у розрядний пром1жок елек-рошв, KOTpi смггуються термозондом, а також методику двократно-о диференциовання вольтамперно! характеристики цилшдричного онда. У широкому д1апазош робочих параметр!в (Н = 0.6 - 2.0 кЕ, Ja - 0.5 - 2.5 kB, р = 5• 10 5 - 110~3 Тор) отримано даш щодо ево-юцн у простор! функци розподшу електрошв за енерпями та роз-одшу температури i густини електрошв, а також даш щодо роз-

подшу емкпшого струму М1ж електродами системи вщ вщсташ термозонд-анод.

Отже у розрядному пром1жку джерела ¡ошв холл1вскького типу при низькому тиску видшено три характерш областг.

1. Прианодний шар з сильним електричним полем (Е > 100 - 200 В/см), у якому вщбувасться розвиток електронно! лавини [ ФРЕЕ ютотно вщр1зняегься вщ максвелл1вськоТ. Додаткова ншекц1я електрошв о термозонда у цю область призводить до "наскр1з-них" струм1в на анод, 1 виходу ем1сшннх електрошв на катод не спостер1гаеться.

2. Дифузшний шар з полем 10 В/см < Е < 100 - 200 В/см, де локальна ФРЕЕ, близька до максвелшвсько1 з характерними значениями електронних температур 5-40 еВ залежно вщ пара-метр!в Щ та координата. Додаткова шжекщя електрошв призводить до IX винесення на катода.

3. Область ¡з слабким електричним полем, Е < 10 В/см, що переходить в юнно-пучкову плазму з незамагшченими електронами \ практично не вщр1зняеться вщ останньоГ. Електронна температура — близько 3 - 5 еВ.

6. Встановлено факт юнування 1 визначеш меж1 параметргв ви-никнешш в юнно-пучкових системах хошнвського типу при низькому тиску у перехщнш облает м1ж анодним шаром та юнно-пучковою плазмою локально р!вноважного дифузшного шару 2 штенсивною юшзащею \ значними град1ентами елсктронно! темпе-ратури 1 густини, що перешкоджають електронному переносу струму з 1ПП на анод (струм у напрямку електричного поля вщсутшй) Наприклад при р = 510"4 Тор, густиш струму юнного пучка ji = 1 мА/см2 магштне поле мае бути бшьш шж 300 Е.

7. На шдстав1 експериментальних даних проведено чисельн ощнки елементарних процес1в, котр1 визначають динамку та мне-тику електрошв в умовах сильних електричних [ магштних пол1б при низькому тиску, встановлено гранищ параметр1в за яких визна чальну роль у формуванш ФРЕЕ вцнграють електрон-електронн зггкнення. Наприклад, при тиску робочого газу р = 5-Ю"4 Тор магштному шш Н - 1.5 кЕ, густиш струму юнного пучка _/, =

I мА/см2 штервал температури електрошв Те становить 2 - 10 еВ 160 штервал потенщалу плазми срр/ — 20 - 60 В. Вщповщно в цьому щапазош параметр ¿в ФРЕЕ е локально рпшоважною, близькою до максвелл1всько1 функци розподшу. Основною причиною форму-зання сильно нер1вноважно1 ФРЕЕ в обласп силышх елсктричних гкшв (Е > 300 В/см) 1 високих електронних температур с зшшення ;лектрошв з атомами, що призводять до юшзаци атсмв робочого газу.

8. На баз1 виконаних оцшок розвинуто двом1рну модель пе-эехщноУ обласп м1ж юнно-пучковою плазмою та прианодним елек-гронним шаром у схрещених ЕН полях, новизна яко'1 полягае у такому:

Модель грунтусться на локальнш юшзашйнш р1вноваз1 елск-фонного газу вздовж магштного поля та враховуе:

- проводников! властивосп матер1алу вихщнош каналу джерела юшв;

- дифузшш процеси, позв'язаш з |рад1'ентами температури \ густи-ни електрошв;

- внесок у баланс частинок в1д юшзаци ато.шв робочого газу юнним пучком.

Обгрунтовано справедливость дрейфового наближения \ сфор-иульовано систему р1внянь, яю описують стапп замагшченого елек-фонного газу в обласп силышх елсктричних пол гв.

Знайдено аналпичш 1 чисельш ршення системи р1впянь, що вдзволяють розраховувати просторов! розподши температури, по-генщалу, густини електрошв у перехщнш обласп плазма — анод-тай шар у магштному шш. На осшш отриманих рппень запропо-ювано мехашзм формування великих град!енгпв електронноТ густота поблизу анода при низькому тиску.

Проведено пор1вняльний анашз теоретичних розрахунюв й ек-:периментальних даних \ встановлено IX добру яюсну та юльюсну ндповщшстъ.

Отримаш результата дають змогу побудувати самоузгоджеиу модель юнно-пучкових систем хол.'пвсг.кого типу при низькому гиску.

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАНИХ РОБ1Т ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ

ДИСЕРТАЦИ

1. Дудин С.В., Зыков A.B., Ушаков A.B. Особенности динамики электронов в аксиально-неоднородном прианодном ЕН слое // Письма в ЖТФ. - 1995. - Т. 21, Вып. 2. - С. 25-30.

2. Дудин С.В., Зыков A.B., Ушаков A.B., Фареник В.И. Исследование функции распределения электронов в ионно-пучковой плазме с сильно неоднородными ЕН полями // Письма в ЖТФ. -1996. - Т. 22, Вып. 24. - С. 43-48.

3. Дудин С.В., Зыков A.B., Ушаков A.B., Фареник В.И. Равновесные состояния ионно-пучковой плазмы с замагниченными электронами при низких давлениях // Письма в ЖТФ. - 1998. - Т. 24, Вып. 5,-С. 33-38.

4. Dudin S. V., Zykov А. V., Ushakov А. V. Dynamics of Electrons in Anode Layer of Hall-type Ion Source // 21rd IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS'94). Conference Record-Abstracts. - Santa Fe, USA. - 1994. - P. 175.

5. Dudin S. Y., Zykov A. V., Ushakov A. V. The Research of the Electron Distribution Function in the EH Anode Layer of the Halltype Ion Source //6th International Conference on Ion Sources (ICIS'95). - Vancouver, Canada. -1995. P. 148.

6. Zykov A. V., Dudin S. V., Polozhiy К. I., Ushakov A. V. Optimization of Gas Dynamics in Technological Hall-Type Ion Source // Ibid. -1995.-P. 217.

7. Dudin S. V., Zykov A. V., Ushakov A. V., Farenik V. I. About the Two Regimes of the Dischaige in Crossed EH Fields at Low Pressure // 22rd IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS'95). Conference Record-Abstracts. - Madison. Wisconsin USA.-1995.-P. 147.

8. Ushakov A. V., Farenik V. I. Probe Measurements of the Parameten of the Electron Component in the Accelerators with Closed Drift o: Electrons // Ibid. - 1995. - P. 225.

9. Zykov A. V., Ushakov A. V., Farenik V. I., Polozhiy К. I. Electror Energy Distribution Function in Strong Inhomogeneous EH Fields /, 23rd EPS Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics

Abstracts of Invited and Contributed Papers. - Kiev, Ukraine. - 1996. -P. 231.

10. Dudin S. V., Ushakov A. V., Farenik V. I. Features of Application of Electric Probes in Crossed Non-Uniform E and H Fields // 23rd IEEE International Conference on Plasma Science (ICOPS'96). Conference Record-Abstracts. - Boston, USA. - 1996. - 1HP17.

11. Dudin S. Y., Zykov A. V., Ushakov A. V. Evolution of Distribution Function of Electrons in Anode EH Layer of the Low-Pressure Gas Discharge // Ibid. - 1996. - 5IP10.

12.Dudin S. V., Zykov A. V., Ushakov A. V., Farenik V. I. Peculiarities of Formation of EEDF in Ion-Plasma System with Closed Hall Current // 7th International Conference on Ion Sources (ICIS'97). -Taormina, Italy. - 1997. - P-J. 6.

Ушаков А. В. Динамка та кшетика електрошв в юнно-пучко-вих системах холл1вського типу. — Рукопис.

Дисертащя на здобутгя вченого ступеня кандидата фгзико-математичних наук за спещальшспо 01.04. 20 — ф1зика пучюв за-ряджених частинок. - Науковий фiзикo-тexiюлoгiчний центр Míh-ocríth та HAH Украши, XapKiB, 1998.

Дисертащю присвячено експериментальному та теоретичному до&шдженню napaMeTpie електронноТ компоненти плазми в при-аноднш обласп юнно-пучково'1 системи холл1вського типу в умо-вах, характерних для технолопчних при л ад i в юнно-променевого травления. На ochobí експериментальних даних про розподш у про-CTopi потснц1алу плазми, темперагури електрошв, а також функц^ розпод1лу електрошв за енерпями, виявлено тонку структуру при-анодно! oблacтi. Побудовано теоретичну модель пролпжноТ oójiacri mí>k анодним шаром та юнно-пучковою плазмою. Результата роботи можуть бути BiiKopncTani для побудови самоузгоджено'1 модел1 ioHiio-ny4KOBOí системи загалом та при po3pooui i опттйзаци тех-нолопчного устаткування.

Kjik>40bí слова: розряд у схрещених полях, анодний шар, ioHHo-пучкова система холл1вського типу, функц1я розпод1лу елек-tpohíb за енерг1ями, ленгмюр5вський зонд.

Ушаков А.В. Динамика и кинетика электронов в ионно-пучковых системах холловского типа. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.20 — физика пучков заряженных частиц. - Научный физико-технологический центр Минобразования и НАН Украины, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена экспериментальному и теоретическому исследованию параметров электронной компоненты плазмы г прианодной области ионно-пучковой системы холловского типа е условиях, характерных для технологических устройств ионно-лучевою травления. На основе экспериментальных данных о распределении в пространстве потенциала плазмы, температуры электронов, а также функции распределения электронов по энергиям выявлена тонкая структура прианодной области. Построена теоре тическая модель промежуточной области между анодным слоем i ионно-пучковой плазмой. Результаты работы могут быть использо ваны для построения самосогласованной модели ионно-пучковой системы в целом и при разработке и оптимизации технологическое оборудования.

Ключевые слова: разряд в скрещенных полях, анодный слой функция распределения электронов по энергиям, ленгмюровскш зонд.

Ushakov A.V. Dynamics and kinetics of electrons in Hall-type ion beam systems. — Manuscript.

Thesis for a Candidate of Sciences Degree in Physics and Mathe matics by speciality 01.04.20 — Physics of Charged Particles Beams. — Scientific Center of Physical Technologies of the Ministry of Educatioi and the National Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, 1998.

The thesis is devoted to experimental and theoretical researches о parameters of electron component of plasma in anode region of Hall-typ ion-beam system under typical conditions for technological devices о reactive ion-beam etching. The fine structure of anode region is reveal e on the basis of experimental data of the spatial distribution of plasm potential, electron temperature and electron energy distribution iunctior

The theoretical model of the transition region between anode sheath and ion-beam plasma is developed. The results of the researches can be used for creation of the self-consistent model of ion-beam system as a whole and for designing and optimization of technological equipments.

Key words: discharge in the crossed fields, anode sheath, electron energy distribution function, Langmuir probe.

Подписано к печати 17. 03. 98 г. Зак. №108 Тираж - 100 экз. Усл. печ. л. 1.0 Формат 60x84'/¡б

ООО "Знание 1ЛТ)", Харьков, ул. Артема, 32