Плазменный источник электронов для генерации пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.04 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

На правах рукописи

Федоров Михаил Владимирович

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПУЧКА ЛЕНТОЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ В ФОРВАКУУМНОМ ДИАПАЗОНЕ

ДАВЛЕНИЙ

01.04.04 - физическая электроника

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ТОМСК-2005

Работа выполнена в Томском Государственном Университете Систем Управления и Радиоэлектроники.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Оке Ефим Михайлович (ТУСУР, г.Томск)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, Юшков Георгий Юрьевич (ИСЭ СО РАН, г. Томск)

кандидат технических наук, Троян Павел Ефимович (ТУСУР, г.Томск)

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт

Высоких напряжений при ТПУ. (г. Томск)

Защита состоится « 5 » октября 2005г. в « 9 30 » часов на заседании диссертационного совета Д. 212.268.04 в Томском Государственном Университете Систем Управления и Радиоэлектроники по адресу: 634050, г.Томск, прЛенина 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского Государственного Университета Систем Управления и Радиоэлектроники.

Автореферат разослан «25» августа 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, Акулиничев Ю.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современное состояние и дальнейшее совершенствование технологий модификации поверхностных свойств конструкционных материалов, связанных с использованием электронных пучков, стимулирует разработку новых источников электронов. Ряд технологических задач, например, плазмохимическое травление, плазмохимическое осаждение покрытий на протяженные плоские образцы требует создания однородного плазменного образования большой (порядка 1 м ) площади типа «плазменный лист». Одним из наиболее перспективных способов формирования такого плазменного образования оказывается ионизация газа электронным пучком ленточной конфигурации. Поскольку эффективная передача энергии пучка газу и достижение приемлемой концентрации плазмы возможны при достаточно высоких (1-100 Па) давлениях, то становится очевидной сложность использования для этих целей электронного источника на основе термоэмиссионного катода. Альтернативное решение состоит в применении плазменного источника электронов, основанного на эмиссии электронов из плазмы газового разряда. Традиционный диапазон рабочих давлений большинства современных плазменных электронных источников находится в пределах 10"э-1 Па. Создание электронной пушки, надежно функционирующей и обеспечивающей стабильные характеристики электронного пучка при более высоких давлениях - в форвакуумном диапазоне (1-25 Па), позволило бы существенно расширить возможности установок электронно-лучевой технологии. Практически во всех существующих плазмохимиче-ских установках область генерации пучка и зона реакции разделяется сложной и дорогостоящей системой дифференциальной откачки. Очевидно, что использование электронных пучков большого сечения в этих установках затруднено из-за сложности или невозможности создания требуемого перепада давлений между указанными областями. Осуществление генерации электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений позволило бы отказаться от использования систем дифференциальной откачки и сделать технологический процесс более простым, надежным и рентабельным.

Для решения задач генерации в источниках с плазменным катодом электронных пучков большого сечения, в том числе и пучков ленггочной конфигурации, при повышенном давлении вплоть до форвакуумного диапазона наиболее перспективными представляются устройства, использующие для формирования пучка эмиссию электронов с развитой плазменной границы. Плазму следует получать в разрядах с электродами, размеры которых сравнимы с размерами пучка, например, в разряде с полым катодом. Отсутствие в таких источниках накаленных до термоэмиссионной температуры электродов делает их некритичными к функционированию в области относительно высоких давлений.

Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с исследованиями и разработкой плазменного источника ленточного электронного пучка на основе разряда с полым катодом для форвакуумного диапазона давлений, представляется актуальной.

Целью настоящей работы являются:

1. Исследование эмиссионных свойств протяженной плазмы, образованной в разряде с полым катодом в форвакуумной области давлений, и выявление степени влияния условий формирования электронного пучка на его пространственную однородность

2. Исследование процессов, определяющих электрическую прочность ускоряющего промежутка плазменного источника электронов при его работе в форвакуумной области давлений.

3. Разработка на основе разряда с полым катодом плазменного источника электронов для генерации пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений и исследование возможности его использования для различных видов плазменной обработки.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. Выявлены особенности формирования электронного пучка ленточной конфигурации при отборе электронов из протяженной плазмы разряда с полым катодом в форвакуумной области давлений, изучено влияние обратного ионного потока на однородность параметров электронного пучка и определены условия достижения требуемой однородности параметров электронного пучка.

2. Установлены два различных механизма пробоя ускоряющего промежутка плазменного источника электронов, функционирующего в форвакуумном диапазоне давлений и предложен ряд технических решений, способствующих повышению электрической прочности промежутка в условиях генерации электронного пучка.

Практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований создан простой и надежный электронный источник с плазменным катодом, который в форвакуумном диапазоне давлений, вплоть до 10 Па, позволяет получать стационарный электронный пучок ленточной конфигурации со стабильными параметрами. Разработанный источник использован для генерации плазмы в форме «листа» площадью 50x30 см2. Показана возможность применения такого генератора плазмы в технологии осаждения покрытий.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием различных экспе-

риментальных методик, сопоставлением экспериментальных результатов и численных оценок, а также практической реализацией научных положений и выводов при создании источников электронов.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. В форвакуумной области давлений однородность плотности тока ленточного электронного пучка, генерируемого плазменным источником электронов на основе разряда с полым катодом, определяется в равной степени как процессами генерации однородной плазмы в полости, так и влиянием обратного потока ионов, образованных в ускоряющем промежутке и области транспортировки электронного пучка. Между ионным потоком и плотностью плазмы существует положительная обратная связь, многократно усиливающая локальную неоднородность эмиссионного тока Требуемая однородность электронного пучка может быть достигнута размещением в катодной полости торцевых диэлектрических стенок, а также применением двух эмиссионных сеток с разным размером ячеек для рассеяния обратного ионного потока и подавления положительной обратной связи.

2. В плазменном источнике электронов, генерирующем пучок в форвакуумной области давлений, нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка происходит в результате двух различных типов реализации пробоя: «плазменного», связанного с распространением плазмы из разрядной области в ускоряющий промежуток, контролируемого током разряда, и «межэлектродного» - обусловленного зажиганием разряда между электродами ускоряющего промежутка, контролируемого эмиссионным током. Повышение электрической прочности промежутка может быть достигнуто эффективным экранированием области генерации плазмы от электрического поля ускоряющего промежутка для препятствования «плазменному» пробою и использованием в качестве материала эмиссионного электрода металла с высокой пороговой напряженностью дугообразования для предотвращения «межэлектродного» пробоя.

3. Плазменный источник электронов на основе разряда с протяженным полым катодом обеспечивает при давлении газа I - !0 Па генерацию непрерывного электронного пучка ленточной конфигурации сечением 25x1 см2 током до 1А и энергией до 8 кВ. Для указанной области давлений, достигнутые параметры являются рекордными.

Апробация. Результаты работы докладывались и обсуждались на 6-й и 7-й международных конференциях по модификации свойств материалов пучками частиц и плазменными потоками (Томск, Россия, 2002, 2004 гг.), the IIth Internationa! Congress on Plasma Physics (Sydney, Australia, 2002), the 7,h international Conference on Electron Beam Technologies (Varna, Bulgaria, 2003), the 16th

International Symposium on Plasma Chemistry (Taormina, Italy, 2003), 13th International Symposium on High Current Electronics (Tomsk, Russia, 2004), международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, Россия, 2004г.).

Публикации. По результатам исследований по теме диссертации опубликовано 22 работы и получен патент Российской Федерации на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация содержит 134 страниц машинописного текста, 68 иллюстраций, список цитируемой литературы из 103 наименований и состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений.

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 процессах генерации пучков большого сечения системами с плазменными катодами При рассмотрении типичных способов формирования развитой эмиссионной границы плазмы, сделан вывод, что эмиссионная плазма достаточной концентрации и однородности создается в области давлений 1-20 Па в разрядах с осциллирующими электродами, в частности, в разряде с полым катодом. Рассмотрены процессы формирования электронных пучков большого сечения в источниках с плазменным эмиттером. Особое внимание уделено существующим представлениям о потере электрической прочности ускоряющего промежутка таких источников и реакции эмиссионной плазмы на извлечение электронов в условиях повышенного давления газа (до 10 Па). Значительная часть обзора посвящена различным схемам реализации источников электронных пучков большого сечения основанных на эмиссии из газоразрядной плазмы. Многообразие конструктивных решений наглядно показывает отсутствие эффективных источников электронных пучков работоспособных в области давлений 1-10 Па. Описаны особенности транспортировки электронных пучков при повышенном давлении газа. В заключении главы сформулированы основные задачи исследований.

Во второй главе описаны экспериментально установленные особенности зажигания разряда с полым катодом в источнике электронов, работающем в форвакуумной области давлений. Схема экспериментального макета источника электронов приведена на рис. 1. Показано, что напряжение зажигания разряда в катодной полости может быть существенно снижено за счет дополнительной инжекции в полость ионов из плазмы высоковольтного тлеющего разряда, возникающего при таких давлениях в ускоряющем промежутке.

Рис. 1 - Схема экспериментального макета. 1-полый катод, 2-анод, 3-сетка, 4-ускоряющий электрод, 5,6-изоляторы, 7-зонды, 8-перемещаемый коллектор.

О 5 10 15 20 25 30 X, см

Рис.2 - Распределение плотности эмиссионного тока (1) при соответствующей концентрации плазмы в полости (2) по ширине.

Представлены результаты экспериментальных исследований распределения параметров тлеющего разряда в протяженном полом катоде прямоугольной формы в зависимости от геометрических размеров, давления газа, разрядного тока. Неоднородность концентрации плазмы возрастает при увеличении давления, увеличении тока и уменьшении ширины полости. Предложена модель, с помощью которой удалось оценить распределение концентрации плазмы в полости. Результаты расчетов отражают экспериментально обнаруженные тенденции.

Приводятся результаты исследования такого разряда в условиях эмиссии электронного пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений. Из рис.2 видно, что даже при равномерном распределении концентрации плазмы в полости, в распределении эмиссионного тока присутствуют максимумы концентрации. Следовательно, условия, необходимые для обеспечения однородности распределения эмиссионного тока нарушаются в процессе извлечения и формирования электронного пучка.

Предложенная модель, позволяющая объяснить неравномерность в распределении эмиссионного тока, основана на присутствии положительной обратной связи между концентрацией плазмы и эмиссионным током. Малые неоднородности в распределениях концентрации плазмы или плотности эмиссионного тока приводят к появлению неоднородного потока ионов газа направленного из ускоряющего промежутка, навстречу электронному пучку. Попадая в плазму, быстрые ионы, перезаряжаясь на газовых молекулах, приносят с собой положительный пространственный заряд, нейтрализуемый плазменными электронами. Результат проявляется в возникновении устойчивых неоднород-ностей концентрации плазмы и последующем усилением неоднородностей эмиссионного тока. Стационарное существование локальной неоднородности, как показала количественная оценка, возможно и обусловлено балансом между процессами перезарядки в плазме быстрых ионов, поступающих из ускоряющего промежутка, и диффузией медленных ионов из области возмущения.

Третья глава посвящена вопросу обеспечения требуемой электрической прочности ускоряющего промежутка в плазменном источнике электронов. Существенное повышение электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов может быть достигнуто введением в ускоряющий промежуток пластины из термостойкого диэлектрика, перекрывающей пути пробоя по периферии. Экспериментально установлено, что нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов при его работе в форвакуумной области давлений происходит в результате двух различных, но взаимосвязанных, механизмов пробоя: «плазменного», вызванного переключением тока основного разряда с анода на коллектор и «межэлектродного» - обусловленного зажиганием разряда между электродами ускоряющего промежутка.

р=8Па (расчет) р=8Па(эксперимент)

<

с£ чео-

с

2 т

80

40-

- • - р=1§3 ГЪ (эсперлент)

р=14,6ГЬ(зсщив10 --- й=153ГЬ(рвов)

- - - р=Н6ГЬ(раов)

6

б)

Рис.3 - Зависимость значения пробивного напряжения при «межэлектродном» пробое от эмиссионного тока (а) и тока «плазменного» пробоя от ускоряющего напряжения (б).

Различия в условиях наблюдения и характере проявления (рис.3), двух типов пробоя свидетельствуют о разных физических механизмах, лежащих в их основе. «Плазменный» пробой реализуется при сравнительно высоких давлениях и больших размерах ячеек сетки (или отверстий в эмиссионном электроде). Этот тип пробоя зависит от тока разряда, обеспечивающего эмиссию электронов из плазмы, и обусловлен проникновением плазмы из разрядной области в ускоряющий промежуток. «Межэлектродный» пробой определяется током ускоренного электронного пучка и представляет собой переход высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке в низковольтный дуговой разряд.

Предложены и подтверждены численными расчетами физические механизмы, приводящие к пробою ускоряющего промежутка в конкретном случае. Аналитическое выражение для определения условия «плазменного» пробоя имеет вид:

^проб

VёкТе

1

4 0,

04е-5,

[Щ] V М

(1)

где 1пров- значение тока разряда, при котором происходит пробой; с!е-размер ячейки эмиссионной сетки (эмиссионного отверстия); а- константа, определяющая соотношение между размером эмиссионной ячейки и толщиной слоя в критерии пробоя (экспериментально ое=6); еи- электрическая постоянная; £/г падение напряжения на прианодном слое, равное потенциалу плазмы; е- заряд электрона; к- постоянная Больцмана; Те, Т, - температура электронов и ионов; п„- концентрация нейтральных молекул газа; Qe, Q¡, Qn- сечение ионизации

газовых молекул быстрыми электронами, полное сечение взаимодействия медленного иона в плазме, сечение перезарядки быстрого иона; й- протяженность ускоряющего промежутка; М,т- масса иона и электрона; 5*- площадь катода.

Для «межэлектродного» пробоя также было получено аналитическое выражение, связывающее пробивное напряжение с плотностью эмиссионного тока:

Г . \2

и проб. ~ О'З '

м ' Го

V

где Е|<р - напряженность поля у поверхности электрода, при которой происходит пробой (для большинства металлов ~105 В/м), ^-плотность эмиссионного тока.

В четвертой главе представлены научно обоснованные технические решения для преодоления неоднородностей в распределении эмиссионного тока. Так, дня подавления максимумов плотности электронного тока в средней части ленточного пучка использовалась двойная эмиссионная сетка, причем сетка с большим размером ячейки была обращена к ускоряющему промежутку. Такая конфигурация, как показывают приведенные оценочные расчеты позволяет снизить влияние положительной обратной связи между концентрацией плазмы и эмиссионным током, описанной во второй главе. Также показано, что максимумы в распределении плотности электронного тока на краях пучка вызваны повышенной концентрацией плазмы вблизи торцевых стенок прямоугольного полого катода. Наиболее рациональным решением, направленным на устранение влияния торцевых стенок является не перенос торцевых стенок дальше от эмиссионной щели, а закрытие ее термостойким диэлектриком, так как в этом случае отсутствуют дополнительно образуемые полости, в которых происходит осцилляция электронов разряда.(рис.4)

Приведена конструкция и параметры разработанного в результате проведенных исследований плазменного источника ленточного пучка электронов на основе тлеющего разряда с полым катодом, функционирующего в диапазоне давлений 1-13 Па (рис.5). Поперечный размер пучка 250х10мм2, ток пучка до 1А, энергия до 8кэВ. Неоднородность распределения плотности тока по сечению пучка не превышает 10%.

Представлены результаты экспериментов по созданию пучкового разряда в виде «плазменного листа» с использованием ленточного электронного пучка, генерируемого разработанным источником. Размеры плазменного образования составляют 300x40x500 мм, концентрация до ЗхЮ10 см"3 при температуре электронов порядка 2-5 эВ. Приводятся конкретные результаты технологического применения созданного устройства - осаждения углеродных покрытий посредством диссоциации метана в плазме пучкового разряда. Использование им-

пульсного отрицательного смещения на подложку позволило получить углеродные пленки с микротвердостью до 20 ГПа.

X, ст

Рис. 4 - Эффект применения диэлектрических торцевых стенок. Распределение линейной плотности I электронного тока по ширине пучка в отсутствие (1) и при наличии (2) керамических пластин. (Давление газа 5 Па, ускоряющее напряжение 3 кВ).

Рис. 5 - Внешний вид источника электронов.

В заключении изложены основные результаты работы:

1. Показано, что продольное распределение концентрации плазмы в полости прямоугольного катода определяется главным образом тремя факторами: давлением газа, разрядным током и геометрией полости. Неоднородность параметров плазмы возрастает при: увеличении давления газа; увеличении тока разряда; уменьшении ширины полости. Причины неоднородности в распределении концентрации плазмы состоят в особенностях механизмов генерации и исчезновения ионно-электронных пар в протяженном полом катоде. Предложена модель, с помощью которой удалось рассчитать распределение концентрации плазмы в полости. Результаты расчетов отражают экспериментально обнаруженные тенденции.

2. Установлено, что в плазменном источнике электронов на основе разряда с протяженным полым катодом, функционирующем в форвакуумной области давлений, неоднородность в распределении плотности тока пучка, может быть связана с повышенной концентрацией плазмы вблизи торцевых стенок полого катода. Это проявляется в ярко выраженных максимумах плотности эмиссионного тока по краям электронного пучка. Удаление торцевых стенок полого катода от границы эмиссионной поверхности плазмы, хотя и обеспечивает некоторое снижение неоднородности, однако не приводит к полному исчезновению «краевых» максимумов плотности тока. Наиболее рациональным решением снижения влияния «эффекта стенок» стало использование пластин из термостойкого диэлектрика, закрывающих торцевые стенки полости.

3. Выявлено, что неоднородность в распределении эмиссионною тока по ширине пучка плазменного источника электронов в форвакуумном диапазоне давлений обусловлена не только неравномерностью распределения плотности плазмы в катодной полости, но и процессами в ускоряющем промежутке, когда между обратным ионным потоком и локальным повышением концентрации плазмы существует положительная обратная связь. Влияние обратного ионного потока на однородность распределения плотности электронного тока может быть ослаблено созданием условий для эффективного рассеивания ионного потока, которое достигается использованием в эмиссионном электроде двух сеток с различным размером элементарной ячейки.

4. Установлено, что нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов при его работе в форвакуумной области давлений происходит в результате двух различных, но взаимосвязанных, механизмов пробоя: «плазменного», вызванного переключением тока основного разряда с анода на коллектор и «межэлектродного» - обусловленного зажиганием разряда между электродами ускоряющего промежутка. «Плазменный» пробой реализуется при сравнительно высоких давлениях газа и больших размерах ячеек сетки или отверстий в эмиссионном электроде. Этот тип пробоя зависит от тока разряда, определяющего концентрацию плазмы, и

обусловлен проникновением плазмы из разрядной области в ускоряющий промежуток. «Межэлектродный» пробой определяется током ускоренного электронного пучка и представляет собой переход высоковольтного тлеющего разряда в ускоряющем промежутке в низковольтный дуговой разряд.

5. Показано, что повышение электрической прочности промежутка плазменного источника электронов может быть достигнуто более эффективным экранированием области генерации плазмы от электрического поля ускоряющего промежутка для препятствования «плазменному» пробою и введением в ускоряющий промежуток пластины из термостойкого диэлектрика, перекрывающей пути пробоя по периферии.

6. На основании проведенных исследований создан плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом, генерирующий при рабочих давлениях вплоть до 13 Па электронный пучок ленточной конфигурации с поперечным размерами 250x10 мм2, током до 1 А, энергией до 7кэВ и неоднородностью распределения плотности тока по сечению пучка не превышающей 10%. Показано, что с использованием ленточного электронного пучка, генерируемого разработанным источником, возможна генерация плазменного образования типа «плазменный лист» с концентрацией порядка ЗхЮ10 см'3, температурой электронов порядка 2-5 эВ. Это плазменное образование нашло применение для осуществления плазмохимической реакции диссоциации метана с последующим осаждением твердых углеродных покрытий (микротвердость до 20 ГПа).

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. 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, Приб. и техн. экспер., 2003, №2, с.127-129.

2. В.А.Бурдовицин, Ю.А.Бурачевский, Е.М.Окс, М.В.Федоров, Особенности формирования однородного ленточного пучка электронов плазменным источником в форвакуумной области давлений, Журн. техн. физики,

2004, Т.74, вып. 1, с.104-107.

3. В.А.Бурдовицин, Е.М.Окс, М.В.Федоров. Параметры «плазменного листа», генерируемого ленточным электронным пучком в форвакуумной области давлений. Известия ВУЗов. Физика, 2004, №3, с.74-77.

4. В.А. Бурдовицин, Е.М. Оке, М.В. Федоров. Получение углеродных по-

крытий на стекле в плазме, генерируемой в области давлений 1-10 Па

ленточным электронным пучком. Физика и химия обработки материалов,

2005, № 1, с.66-69.

5. Климов А.С., Заворин Ю.И. Федоров МБ. Плазмохимическое выращивание. Известия ВУЗов. Физика, 2005, №6 (приложение), с.162-163.

6. Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Федоров М.В., Оке Е.М. Плазменный электронный источник ленточного пучка для форвакуумно-го диапазона давлений. Материалы б-й международной конференции по модификации материалов пучками частиц и плазменными потоками, 23-28 Сентября, 2002, Томск, Россия. С.57-60. (6th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. - Tomsk, Russia, 2002.)

7. Yu.Burachevsky, V.Burdovitsin, E.Oks, M.Fedorov, Film synthesis in a beam-plasma discharge driven by electron beam from the fore-pump plasma gun. Proc. 7th international conference on electron beam technologies, 1-6 June, 2003, Varna, Bulgaria.p. 160-166.

B. Viktor Burdovitsin, Yurii Burachevsky, Efim Oks, and Michael Fedorov. Fore-Vacuum Plasma Electron Gun of Ribbon Beam. AIP Conference Proceedings, ICOPP-2002, June 11,2003, Volume 669, Issue 1, pp.358-360.

9. V.Burdovitsin, Yu.Burachevsky, E.Oks, S.Rabotkin, M.Fedorov, Initiation of plasma chemistry reaction with electron beam, produced by plasma electron gun. Proc. 16ft international symposium on plasma chemistry, 22-27 June, 2003, Taormina, Italy.c.389.

10. V.Burdovitsin, M.Fedorov, E.Oks. Carbon Film Deposition in Hydrocarbon Plasma Produced by Ribbon Electron Beam at Fore-Pump Pressure. Proc. 7th International conference on modification of materials with particle beams and plasma flows. 25-29 July, 2004, Tomsk, Russia, c.437-439.

11. V.Burdovitsin, Y.Burachevsky, I.Zhirkov, M.Fedorov, E.Oks. Narrow Focusing Electron Beam Production by Plasma Cathode Gun at Fore-Pump Pressure Range. Proc. 13th International symposium on high current electronics. 25-29 July, 2004, Tomsk, Russia, c.68-69.

12. Бурачевский Ю.А., Бурдовицин B.A., Жирков И.С., Оке Е.М., Федоров М.В. Разработка и возможные применения плазменной электронной пушки в области повышенных давлений. Материалы международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления». Томск, 6-8 октября 2004 г. с.175-177

13. М.В.Федоров, В.А.Бурдовицин, Ю.А.Бурачевский, Е.М.Окс. Применение плазмы с развитой поверхностью для возбуждения плазмохимиче-ской реакции и осаждения покрытий. Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2004, с.134-138.28-30 июня 2004г., Петрозаводск, Карелия, Россия.

14. М.В. Федоров, Плазменный электронный источник для инициирования плазменно-пучкового разряда. Научная сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов. Т.4., М.: МИФИ. 2003.- 256с. (с.68)

15. Федоров М.В., Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Оке Е.М. Плазменный электронный источник с ленточной конфигурацией пучка для фор-вакуумного диапазона давлений и его применение. Материалы Всероссийской Научно-Практической Конференции "Электронные средства и системы управления", Томск, Россия, 2003, с.255-256.

16. Федоров М.В. Распределение концентрации плазмы в протяженном полом катоде. Материалы региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2003», с. 62-64. 13-15 мая 2003 г., Томск, Россия.

17. Лакида П.А., Федоров М.В., Бурдовицин В.А. Осаждение твердых углеродных пленок из плазмы пучкового разряда. Материалы всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2004», с. 7476.18-20 мая 2004 г., Томск, Россия.

18. А.Н. Касенюк, М.В. Федоров. Анализ траекторий заряженных частиц в плазменном источнике электронов при повышенном давлении газа. Материалы Всероссийской НТК студентов, аспирантов и молодых специалистов «Научная сессия ТУСУР-2005», 26-28 апреля, 2005г., Томск, Россия. 4.2. с.21-23.

19. Федоров М.В., Применение плазменного электронного источника для инициирования пучкового разряда и осаждения покрытий. «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Сборник статей молодых ученых, Томск, ТГУ, 2003, с. 133-135.

20. Федоров М.В., Лакида П.А., Применение газоразрядного источника ленточного электронного пучка для инициирования плазмохимической реакции и осаждения покрытий. Труды V школы-семинара молодых ученых «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», СФТИ, Томск, 4-6 февраля 2004г. с. 159-161.

21. Патент Российской Федерации на изобретение № 2231164 «Плазменный электронный источник ленточного пучка». Авторы - Бурдовицин В.А., Федоров М.В., Оке Е.М. Патентообладатель - ТУСУР, 2003г.

US 1 5 1 68

РНБ Русский фонд

2006-4 11676

Тираж 100. Заказ 787. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ БОЛЬШОГО СЕЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ СИСТЕМ С ПЛАЗМЕННЫМ КАТОДОМ В ОБЛАСТИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЙ.

1.1. Создание плазмы с развитой эмиссионной границей.

1.2. Формирование электронных пучков большого сечения.

1.3. Схемы реализации плазменных источников электронных пучков большого сечения.

1.4. Транспортировка электронных пучков в области повышенных давлений.

1.5. Выводы и постановка задач исследования.

ГЛАВА II. ОСОБЕННОСТИ ЭМИССИИ ЭЛЕКТРОНОВ С ПРОТЯЖЕННОЙ ПЛАЗМЕННОЙ ГРАНИЦЫ ПРИ ПОВЫШЕННЫХ ДАВЛЕНИЯХ.

2.1. Методика измерений.

2.2. Особенности зажигания разряда с полым катодом в форвакуум-ном диапазоне давлений.

2.3. Формирование однородной протяженной плазмы в разряде с полым катодом.

2.4. Реакция параметров плазмы на отбор электронов в форвакуум-ной области давлений.

2.5. Выводы.

ГЛАВА III. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ УСКОРЯЮЩЕГО ПРОМЕ

ЖУТКА ПЛАЗМЕННОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОНОВ В ФОРВАКУУМНОЙ ОБЛАСТИ ДАВЛЕНИЙ.

3.1. Методика и техника эксперимента.

3.2. Экспериментальные исследования электрического пробоя ускоряющего промежутка.

3.3. Анализ результатов экспериментов по исследованию пробоя ускоряющего промежутка.

3.3.1. Межэлектродный пробой ускоряющего промежутка.

3.3.2. Плазменный пробой ускоряющего промежутка.

3.4. Выводы.

ГЛАВА IV. ИСТОЧНИК ЛЕНТОЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА НА ОСНОВЕ РАЗРЯДА С ПРОТЯЖЕННЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ.

4.1. Однородность параметров электронного пучка. Причины неод-нородностей и пути преодоления.

4.2. Конструкция источника ленточного пучка и его параметры.

4.3. Некоторые применения источника ленточного пучка.

4.3.1 Создание пучковой плазмы.

4.3.2. Получение углеродных покрытий разложением метана электронным пучком.

4.4. Выводы.

Современное состояние и дальнейшее совершенствование технологий модификации поверхностных свойств конструкционных материалов, связанных с использованием электронных пучков, стимулирует разработку новых источников электронов. Существующие электронные пушки генерируют электронные пучки с широким спектром рабочих параметров и применяются в различных технологических процессах - термической обработке, пайке, электронно-лучевой сварке, осаждении покрытий, получении новых материалов, плазмохимической технологии и т.д. Ряд технологических задач, например, плазмохимическое травление, плазмохимическое осаждение покрытий требует создания однородной плазмы большой (порядка 1м) площади. Одним из наиболее перспективных способов формирования такого плазменного образования оказывается ионизация газа электронным пучком ленточной конфигурации. Поскольку эффективная передача энергии пучка газу и достижение приемлемой концентрации плазмы возможны при достаточно высоких (1-100 Па) давлениях, то становится очевидной сложность использования для этих целей термокатодного электронного источника. Альтернативное решение состоит в применении плазменного источника, основанного на эмиссии электронов из плазмы газового разряда. Традиционный диапазон рабочих давлений большинства современных плазменных электронных источников находится в пределах 10"3-1 Па. Создание электронной пушки, надежно функционирующей и обеспечивающей стабильные характеристики электронного пучка при более высоких давлениях - в форвакуумном диапазоне (1-25 Па), позволило бы существенно расширить возможности установок электронно-лучевой технологии, а также отказаться от использования двухступенчатых систем откачки, использующих диффузионные или турбомолекулярные насосы. В первую очередь, это относится к установкам плазмохимической технологии, так как производительность и рентабельность таких технологий определяется скоростью прокачки рабочего газа. Практически во всех существующих плазмохимических установках область генерации пучка и зона реакции разделяется сложной и дорогостоящей системой дифференциальной откачки. Очевидно, что использование электронных пучков большого сечения в этих установках затруднено из-за сложности или невозможности создания требуемого перепада давлений между указанными областями. Осуществление генерации электронного пучка в форвакуумном диапазоне давлений позволило бы отказаться от использования систем дифференциальной откачки и сделать технологический процесс более простым, надежным и рентабельным.

Существующие на сегодняшний день источники электронных пучков большого сечения оказываются неработоспособными при давлениях превышающих ~ 1 Па. Исключение составляют источники на основе высоковольтного тлеющего разряда (ВТР), однако эти источники обладают рядом недостатков, главные из которых зависимость тока пучка от ускоряющего напряжения и неоднородность пучка по его сечению. Для решения задач генерации электронных пучков при повышенном давлении вплоть до фор-вакуумного диапазона наиболее перспективными представляются устройства, использующие для формирования пучка эмиссию электронов с развитой плазменной границы. Плазму следует получать в разрядах с электродами, размеры которых сравнимы с размерами пучка, например, в разряде с полым катодом. Отсутствие в таких источниках накаленных до термоэмиссионной температуры электродов делает их некритичными к функционированию в области относительно высоких давлений. Как следует из анализа литературных данных, несмотря на достаточно широкую номенклатуру созданных плазменных источников электронов, вопросы генерации в таких источниках электронных пучков ленточной конфигурации в фор-вакуумной области давлений практически не изучались.

Таким образом, тема диссертационной работы, связанная с исследованиями и разработкой плазменного источника ленточного электронного пучка на основе разряда с полым катодом для форвакуумного диапазона давлений, представляется актуальной, поскольку решение этой задачи приведет к дальнейшему развитию и расширению области применения электронно-лучевых устройств в целом.

Основными задачами настоящей работы являются:

1. Исследование эмиссионных свойств протяженной плазмы, образованной в разряде с полым катодом в форвакуумной области давлений, и выявление степени влияния условий формирования электронного пучка на его пространственную однородность.

2. Исследование процессов, определяющих электрическую прочность ускоряющего промежутка плазменного источника электронов при его работе в форвакуумной области давлений.

3. Разработка на основе разряда с полым катодом плазменного источника электронов для генерации пучка ленточной конфигурации в форваку-умном диапазоне давлений и исследование возможности его использования для различных видов плазменной обработки материалов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Выявлены особенности формирования электронного пучка ленточной конфигурации при отборе электронов из протяженной плазмы разряда с полым катодом в форвакуумной области давлений, изучено влияние обратного ионного потока на однородность параметров электронного пучка и определены условия достижения требуемой однородности параметров электронного пучка.

2. Установлены два различных механизма пробоя ускоряющего промежутка плазменного источника электронов, функционирующего в форва-куумном диапазоне давлений, и предложен ряд технических решений, способствующих повышению электрической прочности промежутка в условиях генерации электронного пучка.

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что на основе проведенных исследований создан простой и надежный электронный источник с плазменным катодом, который в форвакуумном диапазоне давлений, вплоть до 10 Па, позволяет получать стационарный электронный пучок ленточной конфигурации со стабильными параметрами. Разработанный источник использован для генерации плазмы в форме «листа» площадью 50x30 см . Показана возможность применения такого генератора плазмы в технологии осаждения покрытий.

Результаты проведенных исследований могут быть использованы при разработке и эксплуатации целого ряда электронно-ионно-плазменных устройств различного назначения, в которых используется разряд с полым катодом, функционирующий в форвакуумном диапазоне давлений.

Диссертационная работа состоит из четырёх глав.

В первой главе, на основании анализа литературных данных, рассмотрены особенности формирования протяженной плазменной границы для получения пучков большого поперечного сечения, а также самого пучка. Особое внимание при этом уделено вопросам обеспечения требуемой электрической прочности ускоряющего промежутка плазменных источников электронов и достаточной однородности в распределении плотности электронного тока в поперечном сечении. Описаны различные схемы реализации источников электронных пучков большого сечения и особенности транспортировки электронных пучков при повышенном давлении газа. В заключение главы формулируются задаг1к)иЕхард0нящ*й. описаны экспериментально установленные особенности зажигания разряда с полым катодом в источнике электронов, работающем в форвакуумной области давлений. Приводятся результаты экспериментальных исследований распределения параметров тлеющего разряда в полом катоде прямоугольной формы в зависимости от геометрических размеров, давления газа, разрядного тока. Представлены результаты исследования такого разряда в условиях эмиссии электронного пучка ленточной конфигурации в форвакуумном диапазоне давлений.

Третья глава посвящена вопросу обеспечения требуемой электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов. Приведены результаты экспериментального исследования двух выявленных в ходе работы типов пробоев, приводящих к потере электрической прочности ускоряющего промежутка плазменного источника электронов. Предложены и подтверждены численными расчетами физические механизмы, приводящие к пробою ускоряющего промежутка в конкретном случае.

В четвертой главе приведена конструкция и параметры разработанного в результате проведенных исследований плазменного источника ленточного пучка электронов на основе тлеющего разряда с полым катодом, функционирующего в диапазоне давлений 1-13 Па, представлены результаты экспериментов по созданию пучкового разряда в виде «плазменного листа». Приводятся конкретные результаты технологического применения созданного устройства - осаждения углеродных покрытий посредством диссоциации метана в плазме пучкового разряда.

Основываясь на полученных результатах, можно сформулировать следующие защищаемые научные положения:

1. В форвакуумной области давлений однородность плотности тока ленточного электронного пучка, генерируемого плазменным источником электронов на основе разряда с полым катодом, определяется в равной степени как процессами генерации однородной плазмы в полости, так и влиянием обратного потока ионов, образованных в ускоряющем промежутке и области транспортировки электронного пучка. Между ионным потоком и плотностью плазмы существует положительная обратная связь, многократно усиливающая локальную неоднородность эмиссионного тока. Требуемая однородность электронного пучка может быть достигнута размещением в катодной полости торцевых диэлектрических стенок, а также применением двух эмиссионных сеток с разным размером ячеек для рассеяния обратного ионного потока и подавления, таким образом, положительной обратной связи.

2. В плазменном источнике электронов, генерирующем пучок в фор-вакуумной области давлений, нарушение электрической прочности ускоряющего промежутка происходит в результате двух различных типов реализации пробоя: «плазменного», связанного с распространением плазмы из разрядной области в ускоряющий промежуток, контролируемого током разряда, и «межэлектродного» - обусловленного зажиганием разряда между электродами ускоряющего промежутка, контролируемого эмиссионным током. Повышение электрической прочности промежутка может быть достигнуто эффективным экранированием области генерации плазмы от электрического поля ускоряющего промежутка для препятствования «плазменному» пробою и использованием в качестве материала эмиссионного электрода металла с высокой пороговой напряженностью дугообразования для предотвращения «межэлектродного» пробоя.

3. Плазменный источник электронов на основе разряда с протяженным полым катодом обеспечивает при давлении газа 1-10 Па генерацию непрерывного электронного пучка ленточной конфигурации сечением 25 х 1см2, током до 1 А и энергией до 8 кэВ. Для указанной области давлений, достигнутые параметры являются рекордными.

10

Результаты работы докладывались и обсуждались на 6-й и 7-й международных конференциях по модификации свойств материалов пучками частиц и плазменными потоками (Томск, Россия, 2002, 2004 гг.), the llth International Congress on Plasma Physics (Sydney, Australia, 2002), the 7th International Conference on Electron Beam Technologies (Varna, Bulgaria, 2003), the 16th International Symposium on Plasma Chemistiy (Taormina, Italy, 2003), 13th International Symposium on High Current Electronics (Tomsk, Russia, 2004), международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления» (Томск, Россия, 2004г.).

Результаты диссертационной работы представлены в опубликованных статьях, [59, 89, 91, 96], в сборниках докладов международных конференций [70, 87, 88, 92, 95, 101, 102], в трудах конференций всероссийского и регионального масштабов [56, 71, 83, 86, 90, 93, 94, 98-100].Созданный в результате исследований источник ленточного пучка электронов защищен патентом Российской Федерации [84].

Полученные в ходе диссертационной работы результаты были использованы в процессе исследования синтеза пленок из плазмы в институте

Ядерного синтеза РНЦ «Курчатовский институт» (Москва), при модернизации плазменного источника ленточного пучка электронов в Отделе Физики Плазмы Лаборатории ВМС США (Вашингтон), а также при создании плазменного источника цилиндрического пучка электронов в Отделении Физических Проблем Электронно-лучевых Технологий Института Электроники (София) Болгарской Академии Наук.

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. Автором самостоятельно выдвинуты защищаемые научные положения, сделаны выводы и даны рекомендации, на основании которых разработана конструкция источника электронов с ленточной конфигурацией пучка. Окончательная редакция защищаемых научных положений и выводов по работе осуществлялась совместно с научными руководителями при активном творческом участии соискателя.

В заключение автор искренне благодарит своего научного руководителя д.т.н., профессора Е.М. Окса и научного консультанта к.т.н., доцента В.А. Бурдовицина, взявших на себя кропотливую работу по формированию личности автора как исследователя и человека, к.т.н., доцента Ю.А. Бурачевского за помощь в проведении экспериментов и ценные замечания. Автор признателен сотрудникам лаборатории НИЧ кафедры физики ТУСУР за проявленный интерес и поддержку работы.

124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

2. Крейндель Ю.Е., Плазменные источники электронов. М.: Энергоатомиздат. 1977. 143 с.

3. Ю.Д. Королев, Г.А. Месяц. Автоэмиссионные и взрывные процессы в газовом разряде. Новосибирск: Наука, 1982. 256 с.

4. Галанский В.Л., Крейндель Ю.Е., Оке Е.М., Рипп А.Г. и Щанин П.М. Условия образования и параметры анодной плазмы в дуговом разряде низкого давления. // Теплофизика высоких температур. 1987. Т.25, вып.5, с. 880-886.

5. Влияние рода газа и геометрического фактора на параметры плазмы дугового разряда низкого давления./ В.Л.Галанский, Ю.Е.Крейндель, Е.М.Окс, А.Г.Рипп.// Теплофизика высоких температур. 1989. Т.27, вып.2. с.390-392.

6. Крейндель Ю.Е., Мартене В .Я., Съедин В.Я. Исследование плазмы электронного эмиттера непрерывного действия с большой эмитирующей поверхностью./ Источники электронов с плазменным эмиттером. Новосибирск: Наука, 1983, с.25-33.

7. Визирь A.B., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для источников широкоапертурных ионных пучков. // Журн. техн. физики. 1997, Т.67. Вып.6. С.611- 614.

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

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

10. Генерация однородной плазмы в тлеющих разрядах низкого давления./ С.П. Никулин, C.B. Кулешов // Журнал технической физики, 2000, Т.70, вып.4. с. 18-23.

11. Семенов А.П., Нархинов В.П. Плазменный эмитгер на основе тлеющего разряда в электродной структуре сетчатого и пластинчатого катодов большой площади//ПТЭ, 1996, №3, с.98-102.

12. R. Fernsler, W. Manheimer, R. Meger et al. Production of large-area plasmas by electron beams Physics of Plasmas, Vol.5, №5, May 1998, p. 2137-2143.

13. Оке E.M. Основы физики низкотемпературной плазмы, Томск.: 1997.

14. Жаринов A.B. Коваленко Ю.А. К теории электронных коллекторов в газовом разряде // ЖТФ, 1986, Т. 56, № 4, с. 681-686.

15. Burdovitsin V.А., Oks E.M.// Rev. Sei. Instrum. 70, 2975-2978, 1999.

16. Крейндель Ю. E., Никитинский В. AM ЖТФ, 1971, Т.41, Вып. 11, с.2378-2382

17. Завьялов М. А., Крейндель Ю. Е., Новиков А. А., Шантурин Л. П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М. Энергоатомиздат, 1989.

18. С. Ю. Удовиченко. Электрическая прочность ускоряющего промежутка в плазменном источнике заряженных частиц. // ЖТФ, 2000, Т.70, вып.З, с.19-23.

19. Гаврилов Н.В., Крейндель Ю.Е., Шубин O.A. Источник мощных электронных и ионных пучков импульсно-периодического действия//ПТЭ, 1991, №3, с.130-134.

20. Высоковольтный электронный источник с плазменным эмиттером для формирования пучков большого сечения / Н.В.Гаврилов, Б.М.Ковальчук, Ю.Е.Крейндель и др. Приборы и техника эксперимента., 1981., №3, с.152-154.

21. Ефремов A.M., Ковальчук Б.М., Крейндель Ю.Е. и др. Высоковольтный импульсный источник электронов с плазменнным эмиттером для получения радиально расходящегося пучка//ПТЭ, 1987, №1, с. 167-169.

22. Vintizenko L.G., Gushenets V.l., Koval N.N. et al. Convergent electron beam accelerator with plasma cathode// Proc.VII Intern. Conf. High-Power Particle Beams. Karlsruhe, 1988, Vol. 2, p. 1491-1496.

23. A long pulse 300 keV electron gun with a plasma cathode for high pressure gas laser. / S.W.A. Giclens, P.J.M. Peters, W.J. Witterman, P.V. Borovikov, A.V.

24. Stepanov, V.M. Tskhai, M.A. Zavijalov, V.I. Gushenets, N.N. Koval .// Rev. Sci. Instrum. 1996, vol. 67, no.7, pp. 2449 2452.

25. W. Manheimer, R. Fernsler, M. Lampe, R. Meger. Theoretical overview of the large-area plasma processing system (LAPPS). Plasma Sources Sci. & Technol., 2000, №9, c. 370-386.

26. Probe diagnostic development for electron beam produced plasmas. / D.D.Blackwell, S. G. Walton, D. Leonhardt, D. P. Murphy et al. //J. Vac. Sci. Technol. A 19(4), Jul/Aug 2001.

27. Завьялов M.A. Крейндель Ю.Е. Новиков А. А. Шашурин Л.П. Плазменные процессы в технологических электронных пушках. М.: Энергоатомиздат, 1989.

28. Новиков А.А. Источники электронов высоковольтного тлеющего разряда с анодной плазмой. М.: Энергоатомиздат, 1983

29. Новиков А.А., Мельник В.И., Морозов В.В. Разработка и исследование новых катодных материалов для устройств В TP // Электронная техника, 1983, Сер. 6, № 10, с. 23-26.

30. Иванов А.А, Лейман В.И. О зажигании пучково-плазменного разряда мощным электронным пучком в газе большой плотности// Физика плазмы. 1977. Т.З, Вып.4. с.780-785.

31. Незлин М. В. Динамика пучков в плазме. М.: Энергоатомиздат, 1982. 264с.

32. Иванов А. А. Физика химически активной плазмы // Физика плазмы,1975, Т. 1, № 1, с. 147-159.

33. Лебедев П. М., Онищенко И. Н., Ткач Ю. В., ФайнбергЯ. Б., Шевченко В. И. Теория плазменно-пучкового разряда // Физика плазмы, 1976, Т. 2, № 3, с. 407-413.

34. Иванов А. А., Соболева Т. К., Электронные пучки в плазме // сб. Химия плазмы под редакцией профессора Смирнова Б. М., № 3, М.: Атомиздат,1976, с. 240.

35. Крашенинников С. И., Никифоров В. А., Физико-химические процессы в стационарном плазменно-пучковом разряде // сб. Химия плазмы под редакцией профессора Смирнова Б. М., № 9, М.: Энергоиздат, 1982, с. 179-206.

36. Иванов А. А. Неравновесная плазма для химии // в сб. Итоги науки и техники, серия Физика Плазмы, Т. 3, с. 176-238.

37. Власенко С. И., Попович В. П., Харченко И. Ф., Формирование пучково-плазменного разряда при инжекции электронного пучка в поток газа // Физика плазмы, 1976, Т.2, № 2, с. 272-276.

38. Попович В. П., Харченко И. Ф., Шустин Е. Г. Пучково-плазменный разряд без магнитного поля // Радиотехника и электроника, 1973, Т. 18, № 3, с. 649-651

39. Иванов А. А., Соболева Т. К., Юшманов П. Н., Перспективы использования плазменно-пучкового разряда в плазмохимии // Физика плазмы, 1977, Т.З, № 1, с. 152-162

40. Атаманов В. М. и др. Экспериментальное исследование пучково-плазменного разряда с целью проведения плазмохимических реакций // Физика плазмы, 1979, Т.5, № 1, с. 204-210.

41. Атаманов В. М. и др. Исследование реакции диссоциации СОг в неравновесной плазме стационарного плазменно-пучкового разряда // Физика плазмы, 1979, Т. 5, № 3, с. 663-669.

42. Атаманов В. М. и др. Восстановление металлов в плазме стационарного пучково-плазменного разряда // ЖТФ, 1979, Т. 49, № 11, с. 2311-2320.

43. Гадеев К. К., Иванов А. А., Северный В. В., Шапкин В. В. Экспериментальное исследование некоторых характеристик пучково-плазменного разряда в скрещенным электрическом и магнитном полях // Физика плазмы, 1979, Т.5, № 5, с. 1029-1034.

44. Кочмарев Л. Ю. Ускорение электронов в пучково-плазменном разряде // Физика плазмы, 1985, Т. 11, № 5, с. 622-625.

45. Гвоздецкий В. С., Коваленко В. П., Парнета И. М. Пучково-плазменный разряд без магнитного поля со встречными электронными пучками // Письма в ЖТФ, Т.10, № 22, с. 1398-1401.

46. Кондратьев B.H., Никитин E.E. Кинетика и механизм газофазных реакций. М.: 1975, 559 с.

47. A.Ivanov, A.Serov, L.Kniazev, S.V.Muraviov. Study of Plasma Chemical Effectiveness of Beam-Plasma Discharge at Increased Pressures. Proceed. 14th Intern. Symp. on Plasma Chemistry (ISPC-H)Prague, Czech Rep., Aug. 1999, V.II, p.p. 711-716

48. A.A.Ivanov, A.A.Serov, L.N.Kniazev, and S.V.Muraviov. Efficiency of Electron-Beam Energy Deposition in a Beam-Plasma Discharge. Plasma Physics Reports, v.25, No.l, 1999, p.p.46-52

49. Electron-beam-generated plasmas for materials processing. S.G.Walton, C.Muratore, D.Leonhardt, R.F.Fernsler et al. // Surface & Coatings Technology, 186 (2004), p. 40-46.

50. LAPPS Based on Electron Beam Ionization. D.Leonhardt, C.Muratore, S.G.Walton et al. // Proc. 15th Intern. Symp. On Plasma Chemistry (ISPC-15). Thaormina, Italy, Jule, 2003.

51. Федоров M.B. Распределение концентрации плазмы в протяженном полом катоде. Материалы региональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2003», с. 62-64. 13-15 мая 2003 г., Томск, Россия.

52. Диагностика плазмы. Под ред. Р. Хаддлстоуна и С. Леонарда, Мир, 1967. 250с.

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

54. В. А. Бурдовицин, Ю. А. Бурачевский, Е. М. Оке, М. В. Федоров, Особенности формирования однородного ленточного пучка электронов плазменным источником в форвакуумной области давлений, Журн. техн. физики, 2004, Т.74, вып. 1, с. 104-107.

55. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб. руководство: Для вузов-2-e изд., перераб. и доп. -М: Наука. Гл. ред. Физ.-мат. лит., 1992.-536с.

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

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

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

59. Данилин Б.С., Сырчин B.K. Магнетронные распылительные системы. М: «Радио и связь», 1982.

60. С.И. Белюк, Ю.Е. Крейндель, Н.Г. Ремпе. Исследование возможности расширения области давлений рабочего газа плазменного источника электронов. ЖТФ, 1980, т. 50, с. 203-205.

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

62. H.A. Капцов. Электроника. ГИТТЛ. М. 1956. с. 230. 459 с.

63. Бурдовицин В. А., Галанский В. Л., Груздев В. А. и др. Аксиальное распределение параметров плазмы в катодной полости отражательного разряда// ЖТФ. 1992. Т. 62.

64. Левитский С.М. Сборник задач и расчетов по физической электронике. Изд-во Киевского университета. 1964. 212с.

65. M.B. Федоров, Плазменный электронный источник для инициирования плазменно-пучкового разряда. Научная сессия МИФИ-2003. Сборник научных трудов. Т.4., М.: МИФИ. 2003.- 256с.

66. Мытников A.B. Плазменный источник электронов на основе разряда с полым катодом для генерации пучков в форвакуумном диапазоне давлений: дисс.канд.техн.наук, Томск, ТУ СУР, 2002.

67. Месяц Г. А. Эктоны. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1993.

68. Hancox R. Importance of insulating inclusions in arc initiation // Brit. J. Appl. Phys. 1960. V.11,N 10. P. 468

69. E.A. Абрамян, Б.А. Альтеркоп, Г.Д. Кулешов. Интенсивные электронные пучки. М: Энергоатомиздат, 1984. 230 с.

70. Арифов У.А. Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. М. «Наука», 1968

71. Груздев В.А., Крейндель Ю.Е., Ларин Ю.М. Влияние ионизации газа в высоковольтном промежутке с плазменным катодом на положение эмиттирующей поверхности плазмы // ЖТФ, 1973, Т. 43, № 11, с. 23182323.

72. Бурдовицин В.А., Куземченко М.Н., Оке Е.М. ЖТФ, 2002, Т. 72, вып. 7, с. 134-136.

73. Жаринов A.B. Коваленко Ю.А. К теории электронных коллекторов в газовом разряде // ЖТФ, 1986, Т. 56, № 4, с. 681-686.

74. V. Burdovitsin, D. Danilishin, A. Mytnikov and E. Oks// Electron emission from discharge plasma at forevacuum gas pressure//12th Symposium on High Current Electronics, 2000, September, 24-29, Tomsk, Russia.

75. Патент Российской Федерации на изобретение № 2231164 «Плазменный электронный источник ленточного пучка». Авторы В.А.Бурдовицин, Е.М.Окс, М.В.Федоров. Патентообладатель - ТУСУР.

76. Kovalenko Yu.A. Beam-CAD. Electron-ion beam analysts program.

77. V.Burdovitsin, Y.Burachevsky, I.Zhirkov, M.Fedorov, E.Oks. Narrow

78. Focusing Electron Beam Production by Plasma Cathode Gun at Fore-Pumpth

79. Pressure Range. Proc. 13 International symposium on high current electronics. 25-29 July, 2004, Tomsk, Russia, c.68-69.

80. Viktor Burdovitsin, Yurii Burachevsky, Efim Oks, and Michael Fedorov. Fore-Vacuum Plasma Electron Gun of Ribbon Beam. AIP Conference Proceedings, ICOPP-2002, June 11, 2003, Volume 669, Issue 1, pp.358-360.

81. Бурдовицин В.А., Бурачевский Ю.А., Оке E.M., Федоров M.B. Электронный источник с плазменным катодом для генерации ленточного пучка в форвакуумном диапазоне давлений, Приб. и техн. экспер., 2003, №2, с. 127 129.

82. Федоров М.В., Мальцев М.С. Установка для нанесения покрытий большой площади. Материалы 8ой Российской научной студенческойконференции по физике твердого тела, Май 14-16, 2002, Томск, Россия, с.96.

83. В.А.Бурдовицин, Е.М.Окс, М.В.Федоров. Параметры «плазменного листа», генерируемого ленточным электронным пучком в форвакуумной области давлений. Известия ВУЗов. Физика, 2004, №3, с.74-77.

84. Федоров М.В., Применение плазменного электронного источника для инициирования пучкового разряда и осаждения покрытий. «Современные проблемы физики, технологии и инновационного развития», Сборник статей молодых ученых, Томск, ТГУ, 2003, с. 133-135.

85. B.A. Бурдовицин, E.M. Оке, М.В. Федоров. Получение углеродных покрытий на стекле в плазме, генерируемой в области давлений 1-10 Па ленточным электронным пучком. Физика и химия обработки материалов, 2005, № 1, с.66-69.

86. Словецкий Д.И. Диссоциация молекул электронным ударом. В кн.: Химия плазмы. Под ред. Б.М. Смирнова. Вып.Х1. М., Атомиздат, 1984, с.156.

87. Климов А .С., Заворин Ю.И., Федоров М.В. Плазмохимическое выращивание. Известия ВУЗов. Физика, 2005, №6 (приложение), с. 162163.

88. Лакида П.А., Федоров М.В. Управление свойствами пленок, получаемых плазмохимическим осаждением. Материалы XI российской научной студенческой конференции по физике твердого тела, 12-14 мая 2004 г., Томск, Россия, с.96.

89. Лакида П.А., Федоров М.В., Бурдовицин В.А. Осаждение твердых углеродных пленок из плазмы пучкового разряда. Материалы всероссийской научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР-2004», с. 74-76. 18-20 мая 2004 г., Томск, Россия.

90. V.Burdovitsin, Yu.Burachevsky, E.Oks, S.Rabotkin, M.Fedorov, Initiation ofplasma chemistry reaction with electron beam, produced by plasma electron thgun. Proc. 16 international symposium on plasma chemistry, 22-27 June, 2003, Taormina, Italy.c.389.