Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов для генерации плазмы и пучков ускоренных частиц тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

Метель Александр Сергеевич

I

ТЛЕЮЩИЙ РАЗРЯД С ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИМ УДЕРЖАНИЕМ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ ПЛАЗМЫ И ПУЧКОВ УСКОРЕННЫХ ЧАСТИЦ

01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математическвд наук

МОСКВА-2005

Работа выполнена в Московском государственном технологическом университете «СТАНКИН»

Научный консультант:

Лауреат Премии Правительства РФ в области науки и техники, доктор технических наук, профессор С.Н. Григорьев

Официальные оппоненты:

Доктор физ.-мат. наук Н.Н. Семашко Доктор физ.-мат. наук Н.В. Татаринова Доктор технических наук А.М. Зимин

Ведущая организация: Московский авиационный институт (государственный технический университет)

Защита состоится « 19 » октября 2005 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.130.05 в конференцзале главного корпуса (второй этаж) Московского инженерно-физического института (государственного университета) по адресу: 115409 г. Москва, Каширское шоссе д. 31, тел. 324-84-98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ (ГУ).

Автореферат разослан « ¡H » сентября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физико-математических наук, профессор И.В. Евсеев

</6 ¿2-4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Плазма и пучки ускоренных частиц широко используются для модификации свойств поверхности и решения других прикладных задач. При транспортировке ускоренных частиц и атомов осаждаемого материала длина их свободного пробега в рабочей вакуумной камере должна превышать расстояние ~ 10 см от источника до обрабатываемой поверхности. Поэтому для получения указанных частиц чаще всего используют высокочастотный, ваку-умно-дуговой, отражательный и магнетронный разрады при давлении газа ниже 0,1 Па. При этом давлении плазму, достаточно однородную в объеме до 1 м3, создают также с помощью разряда с периферийным магнитным полем, ограничивающим уход электронов на стенки камеры, и с термоэмиссионными катодами, в качестве которых часто используют накаливаемые сильноточным разрядом полые катоды из тугоплавкого металла диаметром несколько миллиметров.

Что касается тлеющего разряда с холодным полым катодом, то диапазон его применений был существенно ограничен из-за сравнительно высокого давления газа. На исходный момент настоящей работы в литературе полностью отсутствовали данные о тлеющем разряде с холодным катодом без магнитного поля при давлении ниже 1 Па. Не было четких представлений о механизме разряда и о факторах, определяющих величину его нижнего рабочего давления. Не существовало и общего мнения о причинах эффекта электростатической ловушки (ЭЭЛ), известного ранее лишь как эффект полого катода. В то же время результаты исследований и практического применения разряда свидетельствовали о том, что он может генерировать ионные и электронные пучки, а также плотную и достаточно однородную во всем объеме полости плазму. Концентрация атомов и ионов металла в плазме разряда достигала величины, достаточной, например, для высокоскоростного осаждения покрытий. При снижении давления газа на 1 - 2 порядка тлеющий разряд с холодным катодом и удержанием электронов без магнитного поля мог составить конкуренцию как вакуум-но-дуговому, так и ма ить эту глобальную с

практической точки зрения задачу можно было, лишь выяснив физическую суть эффекта электростатической ловушки и определив зависимость характеристик разряда от ее параметров. Была нужна теория ЭЭЛ, подтвержденная надежными экспериментальными результатами.

Простота конструкции, большой срок службы разрядных устройств с холодным катодом даже в случае генерации плазмы таких химически активных газов, как кислород, и их низкая себестоимость по сравнению с генераторами плазмы на основе высокочастотного разряда и разряда с периферийным магнитным полем явились обоснованием экономической целесообразности и актуальности исследований эффекта электростатической ловушки и предпосылок практического применения тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов, выполнявшихся в настоящей диссертационной работе в рамках федеральных целевых научно-технических программ, в том числе на 2002 -2006 годы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники», «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», «Интеграция науки и высшего образования России», и соответствовавших критической технологии федерального значения «Электронно-ионно-плазменные технологии».

Целью работы является определение механизма тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ), выяснение физической сущности эффекта электростатической ловушки (ЭЭЛ), установление для ловушек разных типов универсальных параметров, определяющих характеристики разряда и его рабочий диапазон давления, разработка теории и определение области ЭЭЛ (диапазона давления и катодного падения потенциала, в котором тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов существенно отличается от разряда без удержания электронов), получение аналитических выражений вольтамперной характеристики (ВАХ) разряда и границ характерных диапазонов давления области ЭЭЛ, поиск путей снижения рабочего давления сильноточного тлеющего разряда с холодным катодом без магнитного поля до 0,01 Па, а также разработка на основе полученных результатов устройств и

установок для обработки изделий плазмой и пучками ускоренных частиц и для решения других прикладных задач.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- впервые доказано, что эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ) в тлеющем разряде, известный ранее лишь как эффект полого катода, не зависит от типа ловушки, будь то полый катод, цилиндрический катод в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, или катод-лабиринт, и во всех случаях обусловлен ионизацией газа многократно возвращающимися в катодный слой разряда и размножающимися в нем быстрыми электронами;

- впервые установлены общие для всех тлеющих разрядов с электростатическими ловушками закономерности, в том числе специфические свойства (независимость при постоянном катодном падении ширины катодного слоя от давления и ее пропорциональная зависимость от длины пробега электронов между точками поворота в слое), позволяющие объединить их в одну группу тлеющих разрядов с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ);

- впервые для электростатических ловушек разных типов и геометрических форм установлены универсальные параметры, определяющие характеристики ТРЭУЭ и границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ;

- впервые для среднего диапазона давления области ЭЭЛ получено аналитическое выражение ВАХ, установлено и подтверждено экспериментально подобие разрядов с электростатическими ловушками;

- выявлены факторы, определяющие нижнее рабочее давление ТРЭУЭ: потери энергии быстрых электронов, покидающих ловушку через апертуру потерь, или распад анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи выходного отверстия ловушки при расположении анода за ее пределами;

- установлено, что в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ при значительных потерях энергии эмитированных катодом электронов разрядный ток поддерживается благодаря увеличению с ростом катодного падения потенциала и вклада в ионизацию электронов, образованных в катодном слое, а при

и в единицы и десятки киловольт предыдущие поколения образованных в слое быстрых электронов предают эстафету ионизации последующим поколениям;

- в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ на кривой зависимости катодного падения ТРЭУЭ от его тока обнаружен максимум, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, определяется нагрузочной характеристикой источника питания, причем положение максимума при увеличении ширины ловушки от ~ 1 см до ~ 100 см изменяется незначительно;

- впервые рабочее давление сильноточного тлеющего разряда с холодным катодом без магнитного поля снижено до ~ 0,01 Па, что позволяет разрабатывать на его основе новые источники плазмы и широких пучков ускоренных частиц для обработки поверхности изделий и решения других задач.

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что:

- результаты исследований существенно расширяют знания о физических процессах в тлеющем разряде с холодным катодом и электростатическим удержанием электронов;

- на основе полученных результатов разработаны установки плазменно-иммерсионной обработки изделий, а также источники электронов, ионов и быстрых нейтральных молекул с рекордно высокими параметрами;

- разработанные устройства и установки нашли применение, как в научных экспериментах, так и в промышленности.

Личный вклад автора. Автор внес определяющий вклад в постановку задач исследований, проведение экспериментов и анализ полученных результатов. Им разработаны все использовавшиеся в экспериментах установки, а также устройства, применяемые сегодня на предприятиях России и за рубежом.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Электростатическое удержание электронов определяет общие закономерности в тлеющих разрядах с катодом-лабиринтом, полым катодом и цилиндрическим катодом в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, в том числе их специфические свойства: независимость при постоянном катодном падении потенциала и ширины катодного слоя с/ от давления р и ее прямо

пропорциональную зависимость от длины а = 4V/SK пролета эмитированных катодом электронов в объеме V электростатической ловушки между точками поворота вблизи катодной поверхности площадью Sx.

2. Эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ) не зависит от ее типа и определяется ионизацией газа многократно возвращающимися из плазмы в катодный слой разряда и размножающимися в нем быстрыми электронами.

3. Границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ определяются средней длиной XN пробега между столкновениями с ионизацией эмитированных катодом электронов с начальной энергией eUc, где Uc - катодное падение потенциала в ее среднем диапазоне, длиной релаксации их энергии А -(eUJW)XN, где W - цена ионизации, и универсальными геометрическими параметрами ловушки: средней длиной а = 4V/SK пробега электронов между точками поворота в катодном слое и средней длиной L = 4 V/S0 их пути в ловушке до ухода из нее через апертуру потерь S0, причем верхнее граничное давление рв области ЭЭЛ определяется равенством Л = а, верхняя граница р ее среднего диапазона - равенством XN - а, нижняя граница р0 среднего диапазона - равенством Л = L, а нижнее граничное давление p¡¡ области ЭЭЛ - равенством Хц = L.

4. В верхнем диапазоне при постоянном катодном падении потенциала U ЭЭЛ проявляется с уменьшением давления р в снижении pd ив увеличении j/p2, где j - плотность тока на катоде, т. е. в нарушении характерных свойств тлеющего разряда без электростатического удержания электронов (pd и j/p1 постоянны при U = const), в среднем диапазоне разряд обладает, кроме того, специфическими свойствами (dla = const и ja2 = const при постоянном U), а в нижнем диапазоне при постоянном токе с уменьшением давления U растет, эмитированные катодом электроны и первые поколения электронов, образованных в катодном слое, значительную долю своей энергии уносят из ловушки, и разряд поддерживают последующие поколения образованных в слое электронов.

5. В нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ кривая зависимости катодного падения U от тока I квазистационарного тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ) имеет при токе в десятки ампер

максимум высотой до нескольких киловольт, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, неоднозначно определяется нагрузочной характеристикой источника питания, а положение максимума при увеличении ширины ловушки от ~ 1 см до ~ 100 см изменяется незначительно.

6. Увеличение электронной эмиссии на катоде в результате инжекции электронов в ловушку через сетчатый катод или его бомбардировки электронами с энергией до нескольких кэВ уменьшает катодное падение потенциала до 100 В и ниже, что снижает содержание в плазме примесей материала катода.

7. Нижнее рабочее давление ТРЭУЭ определяют потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов или распад анодной плазмы двойного электростатического слоя в выходном отверстии ловушки при расположении анода снаружи ловушки и ограниченном напряжении источника питания.

8. Полученный и подтвержденный экспериментально критерий образования в ТРЭУЭ с анодом, расположенным за пределами ловушки, двойного электростатического слоя < 5* = (2т/М)т5к, где - площадь отверстия ловушки, а т и М- массы электрона и иона рабочего газа, является при давлении 0,01 -0,1 Па критерием стабилизации вблизи отверстия вогнутой поверхности площадью !> плазменного эмиттера электронного пучка.

9. Полученные теоретические и экспериментальные закономерности позволяют разрабатывать на основе сильноточного тлеющего разряда с холодным катодом электрофизические устройства для обработки изделий плазмой и пучками ускоренных частиц, функционирующие при давлении 0,01-1 Па.

Достоверность и обоснованность результатов работы базируется на использовании независимых экспериментальных методик, систематическом характере исследований, сопоставлении экспериментальных и теоретических результатов, сравнении с результатами других исследователей, как в нашей стране, так и за рубежом, на практической реализации научных положений и выводов при создании электрофизических устройств и установок для обработки изделий плазмой и пучками ускоренных частиц, а также на результатах применения этих устройств как в эксперименте, так и в промышленности.

Апробация работы и публикации. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 12-ой (Эйндховен 1975) и 13-ой (Берлин 1977) Международных конференциях по явлениям в ионизованных газах, 13-ом (Париж 1988) Международном симпозиуме по разряду и электрической изоляции в вакууме, 5-ой Международной конференции по модификации поверхности (Сан-Паулу 1999), 6-ой (Гренобль 2001) Международной конференции по плазменно-иммерсионной ионной имплантации, 14-ой (Звенигород 1999) и 15-ой (Звенигород 2001) Международных конференциях по взаимодействию ионов с поверхностью, 4-ой Международной научно-технической конференции по качеству машин (Брянск 2001), на Международной конференции ПРОТЕК-2003 (Москва 2003), на Международном семинаре НАТО-Россия по теме: «Наност-руктурные тонкие пленки и покрытия, упрочненные наночастицами» (Москва 2003), 7-ой Международной конференции по модификации материалов пучками ускоренных частиц и потоками плазмы (Томск 2004), на 4-ом, 5-ом, 6-ом и 7-ом Всесоюзных симпозиумах по сильноточной электронике (Новосибирск 1982, 1984, 1986 и 1988), на 1-ом Всесоюзном совещании по применению лазеров в технологии машиностроения (Звенигород 1982), 6-ой (Ленинград 1983) Всесоюзной конференции по физике низкотемпературной плазмы, 3-ей Всесоюзной конференции по физике газового разряда (Киев 1986), 1-ой Всесоюзной конференции по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц (Томск 1988), 1-ом Всесоюзном совещании по плазменной эмиссионной электронике (Улан-Удэ 1991) и на Совместной сессии и выставке-ярмарке перспективных технологий (Тула 1997).

Результаты работы были представлены на международных выставках и удостоены в 2002 году бронзовой медали и диплома 30-го Международного салона изобретений, новой техники и товаров (г. Женева, Швейцария), серебряной медали 50-го Всемирного салона инноваций «Брюссель-Эврика 2001», двух золотых и одной серебряной медалей VI и VII Московских международных салонов промышленной собственности «АРХИМЕД 2003» и «АРХИМЕД 2004», а в 2003 году - медали Лауреата ВВЦ. Ряд разработок передан в инструмен-

тальные производства ОАО «АВТОВАЗ», ОАО Комсомольского-на-Амуре авиационного производственного объединения (КНААПО), Корейскому институту машиностроения и материалов KIMM, университету SUNMOON, а также предприятиям SUN IL HEAT TREANTMENT и JE IL FURNACE INDUSTRIAL (Республика Корея), Стамбульскому техническому университету, предприятиям TiN-KAP HARD COATINGS и OPAS OTOMOTIV PLATINLERI SANAYI VE TICARET (Турция), а также STRONG METAL TECHNOLOGY (Китай).

Основные результаты исследований изложены в одной монографии, 26 научных статьях, 31 докладах, опубликованных в сборниках Международных, Всесоюзных и Всероссийских конференций, по результатам работы получено 15 авторских свидетельств на изобретения, 10 патентов Российской Федерации, 2 патента США и один Европейский патент. Список основных публикаций по теме диссертационной работы приведен в конце автореферата.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, и заключения с общим объемом 267 страниц, содержит 112 рисунков. Список цитируемой литературы включает 238 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе дается обзор основных результатов исследований тлеющих разрядов с осциллирующими электронами: отражательного (Филлипс 1898, Пеннинг 1937) и магнетронного (Пеннинг 1936) разрядов с анодным слоем, а также разряда с полым катодом (Пашен 1916). Отмечаются отсутствие четких отличительных признаков разряда с полым катодом в магнитном поле и отражательного разряда при давлении свыше 1 Па, а также целый ряд противоречащих друг другу представлений о природе эффекта полого катода (частный случай ЭЭЛ) и подходов к определению его количественной меры и области.

Причиной погасания разряда с уменьшением давления многие авторы считают потери быстрых электронов из-за поглощения катодной поверхностью (Хельм 1972) или их ухода из полости Многосеточные анализаторы электронного спектра (Бородин 1966) и отсечка эмитируемых коллектором вторичных электронов потенциальным барьером между ним и щелью в катоде (Бакалейник 1970) обнаруживают в плазме разряда большое количество быстрых электронов с энергиями в десятки и сотни эВ, не регистрируемых обычными зондами из-за вторичной электронной эмиссии (ВЭЭ). Из-за ВЭЭ интенсивность неупругих процессов не соответствует получаемой зондовым методом функции распределения электронов по энергии (ФРЭЭ). Не зависит она и от температуры медленных плазменных электронов. Поэтому представляется возможным пренебречь вкладом последних в ионизацию газа, ограничиться быстрыми электронами, определять их начальную энергию и исследовать ее релаксацию.

Ряд авторов объясняют ЭЭЛ фотоэффектом на катоде (Ломпе и др. 1939, Литл и Энгель 1954), в том числе под действием ультрафиолетового излучения распыленных атомов и ионов материала катода (Муша 1962). Его объясняют также взаимодействием с плазмой пучков эмитируемых катодом электронов (Попович 1968), динатронным эффектом (Бакалейник 1970) и другими факторами. С ЭЭЛ связывают достигнутую в сверхплотном разряде (Клярфельд и др 1966) плотность тока на катоде до 100 А'см 2. В псевдоискровых разрядниках плотность тока возрасыет уже до 1 - 10 кА/см2 (Месяц 1992, Андерс 1995).

Кроме разрядников, разряд с полым катодом нашел применения в источниках узких электронных пучков для резки металлов, в спектральном анализе, различных источниках света, технике СВЧ, а также в ионных источниках и плазмохимии. Основным ограничением его применений являлось сравнительно высокое рабочее давление газа, во всех известных случаях превышавшее 1 Па.

Во второй главе представлены экспериментальные доказательства наличия в плазме тлеющих разрядов с электростатическими ловушками в виде полого катода, стержневого катода в аксиальном магнитном поле и катода-лабиринта из параллельных стержней быстрых электронов с максимальной

энергией е11, где II ~ катодное падение потенциала. Изучение радиального распределения интенсивности спектральных линий в плазме разряда с цилиндрическим полым катодом в магнитном поле обнаруживает вблизи оси катода область, в которой быстрые электроны отсутствуют. Между ней и катодом расположена область основной ионизации (ООИ), в которой быстрые электроны образуют заряженные частицы и частицы, участвующие во вторичных процессах возбуждения и ионизации. В ООИ быстрые электроны не только ионизуют, но и возбуждают газ, а в результате происходит визуализация объема ООИ.

В разряде с плоскопараллельными катодными дисками, потенциалы которых не равны, в области более высокого катодного падения потенциала обнаружены примыкающий к катоду слой с низкой интенсивностью свечения и слой с более высокой интенсивностью между ним и плазмой разряда. То, что второй слой действительно является частью области катодного падения потенциала, а не плазмы, подтверждает штарковское расщепление излучаемых указанным слоем линий гелия и водорода. Оно начинается на его границе с плазмой, интенсивность свечения которой максимальна, и без какого-либо преломления на границе с темным слоем продолжает увеличиваться до максимальной величины вблизи катодной поверхности. Повышенная интенсивность спектральных линий во втором слое - визуализация пространства, заполненного эмитированными противоположным катодным диском электронами. Положение границы между темным и светлым слоями соответствует точке поворота этих электронов и позволяет определить их энергию. При минимальном давлении она хорошо соответствует катодному падению потенциала противоположного диска.

Визуализация траекторий быстрых электронов в разрядах с цилиндрическим полым катодом и стержневым катодом равного диаметра в магнитном поле позволяет определить положение границ ООИ в обоих случаях. Экспериментально доказано, что поперечное сечение ООИ вокруг стержневого катода является геометрической инверсией сечения ООИ внутри полого катода относительно окружности с диаметром, равным диаметрам катодов. При напряженности магнитного поля ~ 10 кА/м и выше характеристики разрядов с полым и

стержневым катодами практически не отличаются. В обоих случаях электроны удерживаются в ООИ как магнитным, так и электрическим полем слоя. Поэтому разряд со стержневым катодом также как и разряд с полым катодом, является тлеющим разрядом с электростатической ловушкой в магнитном поле.

В настоящей работе изучалось влияние на нижнее давление погасания разряда как поглощения катодом электронов, возвращающихся на его поверхность (Хельм 1972), так и потерь электронов в результате их ухода из ловушки. В поисках путей снижения поглощения катодом исследуются разряды с ловушками, в которых электрон возвращается в катодный слой не под прямым углом к катоду и поэтому долететь до него не может. Один из вариантов - ловушки с переменной шириной катодного слоя. Второй вариант - ловушки из параллельных катодных стержней. Характеристики (рис. 1) разряда с катодом, содержащим 61 стержень (рис. 2), аналогичны характеристикам разряда с полым катодом (рис. 3), а давление его погасания определяется главным образом потерями электронов, покидающих ловушку через множество промежутков между внешними стержнями. Для снижения потерь электронов через эти промежутки в ловушке, содержащей 1266 стержней (рис. 4), вокруг них установлен катодный отражатель из 204 стержней на расстоянии 1,5 мм друг от друга. Все стержни ловушки соединены с источником питания через отдельные резисторы сопротивлением по 430 Ом (рис. 5), что исключает переход тлеющего разряда в дугу. Импульсный тлеющий разряд с током до 1 кА длительностью до 10 мс, в котором значительно снижены как потери эмитированных катодом электронов из-за их поглощения катодной поверхностью, так и потери в результате ухода за пределы ловушки, зажигается и при давлении аргона р < 0,01 Па, если амплитуда тока в цепи поджигающего электрода (рис. 6) превышает 500 А (рис. 7).

Высокая эффективность многостержневого катода с внешним отражателем электронов подтверждена и в случае разряда с ловушкой, содержащей 15 стержней диаметром по 2 см внутри полого катода диаметром 20 см и длиной 80 см: разряд не погасает с уменьшением давления аргона до 0,03 Па. Однако контрольный эксперимент показал, что и в отсутствие стержней разряд гаснет

и

О 20 40 60

р,Па

Рис 1 Зависимости от давления аргона р тока разряда I с многостержневым катодом при катодном падении потенциала и = 370 (1), 390 (2), 410 (3) и 430 В (4).

200 400 600 Р,Па

Рис. 3 Полученные Гюнтергиульце в 1930 году зависимости от давления водорода р тока 1 разряда с полым (1) и плоским (2) катодами и усиления тока д (3) при катодном падении 350 В (штриховые) и 400 В (сплошные кривые)

Рис 2 Разрядное устройство с катодом, содержащим 61 стержень.

1 - катодные стержни длиной по 8 см, 2 - катодный фланец, 3 - стеклянный цилиндр диаметром 18 см, 4- анодный фланец, 5-плазма, 6- катодный слой

Т7*

Рис 4. Схема катода-лабиринта из 1266 внутренних стержней с внешним отражателем из 204 стержней

1 - внутренние стержни, 2,3 - диэлектрические кольца диаметром 50 см, 4 - шайбы, 5 - внешние стержни длиной 21 см, 6—резисторы, 7 - источник питания разряда, 8 - анод, 9 - сетка, 10- вспомогательный анод, 11 - поджигающий электрод, 12 - изолятор

Рис б Схема электропитания генератора плазмы с катодом-лабиринтом

Рис 5 Фотография группы из 552 стержней 1 (рис. 4) и основного анода 8 на диэлектрическом кольце 2, защищенном от плазмы шайбами 4, и фотография резисторов 6, соединяющих стержни 1 с источником питания 7.

1— анод, 2—многостержневой катод, 3 - изолятор, 4 - вспомогательный анод, 5 - поджигающий электрод, 6 - генератор высоковольтных импульсов, 7 - повышающий трансформатор, 8 - конденсатор, 9,10, 11- резисторы, 12 - емкостной накопитель.

Рис 7. Осциллограммы тока в цепи поджигающего электрода Д и общего разрядного тока в цепи катода I при амплитуде /0 > 500 А (а) и <500 А (6)

также при р ~ 0,03 Па, когда длина свободного пробега эмитированных катодом электронов на 2 порядка превышает его диаметр. Этот неожиданный результат объясняется бесстолкновительными потерями небольшой, но достаточной для предотвращения возврата на катод доли их энергии и свидетельствует, что погасание ТРЭУЭ не связано с поглощением электронов катодом.

Причины погасания разряда с уменьшением р выявлены при исследовании разряда с перекрытой торцевыми диафрагмами ловушкой диаметром 20 см и длиной от 10 см до 80 см с отверстием в одной из диафрагм диаметром от 3 см до 16 см. Первая из них - потери энергии эмитированных катодом электронов, покидающих ловушку объемом V через апертуру потерь S0. Они сказываются, когда длина релаксации энергии эмитированных катодом электронов

A(p,U)=NÁ^p,U), (1)

становится с уменьшением давления больше средней длины L = 4 V/S0 их пробега в ловушке до вылета из нее через апертуру потерь Sa. Здесь N = eU/W -максимальное число электронов, образуемых в ловушке электроном, эмитированным катодом, W- средняя энергия, затрачиваемая им на образование одного электрона, а Х^р, U) - его пробег между столкновениями с ионизацией (рис. 8), усредненный по всему диапазону изменения энергии электрона от е U до W,

д / _}_"f dg 1 1 dz

n0(p)(eU-W) } а(е) п0 (p){N-1) / c{Wz)' где па - плотность молекул газа, а ст(е) - зависимость эффективного сечения а ионизации электронным ударом от энергии s электрона.

Если S„ включает лишь площадь выходного отверстия диафрагмы ловушки, то, уменьшая ее, удается снизить рабочее давление разряда до 0,01 - 0,1 Па. При постоянном токе катодное падение потенциала U (рис. 9) заметно возрастает лишь при давлении р, меньшем величины ра, определяемой равенством

A(p0,U)=L=4V/S0, (3)

а давление погасания разряда меньше р0 на порядок. При постоянном объеме ловушки V давление р0 снижается пропорционально S0. Однако при уменыпе-

16

нии ,90 ниже определенной пороговой величины 5* и рт и давление погасания начинают расти. В отверстии ловушки наблюдается при этом яркое свечение, смещающееся с уменьшением давления и тока внутрь ловушки (рис. 10), а давление погасания определяется уже не потерями электронов, а второй причиной.

Третья глава посвящена этой второй причине - распаду анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи отверстия ловушки. Слой образуется, когда плотность тока в плазменном канале между ООИ внутри ловушки и анодом снаружи нее возрастает до плотности хаотического тока плазменных электронов. Достаточное условие образования слоя - подтвержденный экспериментально для различных геометрических форм отверстия критерий

5, < 5* = (2/иШ)1/25к , (4)

где 5К и £„ - площади катода и выходного отверстия ловушки, ати М- массы электрона и иона. Зондовые измерения показали, что с уменьшением давления благодаря увеличению в несколько раз исходной энергии ~ 10 эВ ускоренных в слое электронов концентрация анодной плазмы слоя сначала изменяется незначительно. Однако при приближении энергии ускоренных электронов к величине, при которой сечение ионизации имеет максимум, анодная плазма распадается при критической плотности молекул аргона пс ~ 0,75x1014 см"3 и гелия пс ~ 5x10 14 см-3. При минимальном давлении площадь 5* вогнутой поверхности слоя постоянна и не зависит от площади круглого отверстия 5В. Слой фокусирует электроны на оси, и они покидают ловушку из области, размеры которой значительно меньше диаметра отверстия. Поэтому пс слабо зависит от При 5В« 5* обнаружена вращательная неустойчивость анодной плазмы слоя.

Если напряжение источника питания £/в (рис. 11) превышает ~ 10 кВ, двойной слой вырождается при распаде анодной плазмы в слой объемного заряда электронов. В этом случае при давлении 0,01 - 0,1 Па условие (4) является критерием стабилизации вблизи отверстия вогнутой поверхности плазменного эмиттера площадью 5*, а напряжение разряда £/р является суммой катодного падения II в сотни вольт и анодного падения £/а в тысячи вольт (рис. 12). После

Л„сч

е,е1\эВ

500

10

2 Е,е11,кэВ 4

200 N

Рис 8. Зависимости сечения а ионизации аргона от энергии электрона е (штриховая кривая) д ишы Л свободного пробега электронов с энергией еЬ' (штрих-тнктирная) и их \средненного пробега Л\ между столкновениями с ионизацией (сплошная кривая) от е11 при 293 К и давлении аргона 1 0 Па

р Па

Рис 9, Зависимости напряжения и от давления аргонар при постоянном токе 1, площади 5, отверстия в диафрагме и объеме Vполого катода неременной д чины диаметром 20 с и а- 5,- 200 см ' (штриховые) и 38 см' (сплошные кривые), V = 6280 см' 1 = 2 5 А (1) V = 12560 см2 / = 5 А (2) и У = 25120 см2, I = 10 А (3)

б - V = 25120 см 2 (стоишые кривые) 5, = 200 см 2,1 = 10 А (1/ 5. = 78,5 см2

1 = 10 А (2) 5, = 38 см2,1 = 10 А (3) 5,- 19 6 см2, /= 10 А (4) 5, = 19,6см2 1 = 2,5 А (4'), Б, = 19,6 СУ2,1 = 0,6 А (4')

5, = 7 см2, I = 10 А (5) V = 12560 см: и $, = 19,6 см ' (штриховые кривые) 10 А (I), 2 5 А (2) и 0 6 А (3)

Рис 10 Свечение аргоновой плазмы в отверстии диаметром 5 см диафрагмы полого катода диаметром 20 см при разных ветчинах его длины

а - объем катодной полости

V = 12560 см1, давление р = 0,8 Па, ток 1 = 5 А,

б - объем катодной полости

V = 25120 смí давление р = 0,8 Па, ток 1 = 5 А,

в - объем катодной полости

V = 25120 смдавление р = 0,411а ток 1 = 0,5 А

19 18 „ ■ ,-

■ v ¡да ii.m, 12

13 14-U„

plia

Рис II Схема установки <)1 я исс педования распада анодной тазмы двойного сюя I потый катод, 2 - ввод, 3 - вакуумная камера 4 фюнец 5 - лектрод со сменной диафрагмой 6-анод 7 - цичиндр Фарадея 8 ~ изолятор 9 12 и 17 — амперметры 10 - откачка камеры 11 - откачка анода 13 14 и 16 - резисторы 15 - конденсаторная батарея 18 статический возьтметр 19 -зонд

Рис 12 Зависимости от давления аргона в камере при токе О 45 А (I! и О 9 А (2) разрядного напряжения Up и п швающего потенциала çзонда 19 относительно катода 1 при диаметре отверстия в его диафрагме 5 см (сплошные кривые) и 10 см (штриховые кривые) а в диафрагме анода 4 см Вертикальные стрелки указывают давление погасания разряда

Рис 13 Зависимости от давленияр аргона тока Iразряда с цилиндрическим катодом диаметром 5 см в магнитном noie 12 кА/м {сплошные кривые) и в отсутствие поля (штриховые кривые) при U - 500 Bf I), 550 В (2) и 600 В (3)

Рис 14 Уменьшенный в 10раз пробег электронов от катода до катода (штриховые линии) и зависимости от давленияр аргона ширины й катодного сюя (стошные кривые) при С = 500 В и Н - О (1) 2 (2) 4 в) 8 (4) 12 (5) и 16кА'м (6)

распада анодной плазмы и скачка Up катодное падение U не изменяется. И при плотности молекул газа п0 < пс оно начинает расти лишь при уменьшении р ниже определяемой равенством (3) величины ра. Если же UB < 1 кВ, распад анодной плазмы приводит к погасанию разряда (кривые 4, 4', 4" и 5 на рис. 96).

Четвертая глава посвящена ионизации газа в катодном слое и образованию в нем быстрых электронов. Результаты исследования отбора электронов из полого катода закрытой формы через отверстия катодной сетки свидетельствуют о том, что электронов, образованных в слое, на порядок больше, чем электронов, эмитированных катодом. Для определения доли электронов, образованных в катодном слое цилиндрического полого катода, от общего числа электронов, образованных в разряде, использован стержень на его оси с меньшим в десять раз диаметром и слабое осевое магнитное поле. Приращение тока ионов в цепи стержня с уменьшением напряженности Я от 1 кА/м до нуля равно току электронов, образованных в слое стержня электронами из слоя цилиндра. Поэтому измерение приращения тока в цепи стержня позволяет оценить долю электронов, образованных в катодном слое цилиндра. Она возрастает с уменьшением давления и достигает ~ 20 %. Таким образом, экспериментально подтверждено присутствие в ТРЭУЭ трех групп электронов, отличающихся своим происхождением: на катоде, в слое и в плазме, причем в слое образуется на порядок больше электронов, чем на катоде и на порядок меньше, чем в плазме.

Если давление достаточно велико и длина релаксации энергии Л электрона, эмитированного катодом и возвращаемого магнитным полем из плазмы в катодный слой, меньше длины пути а от катода до слоя, то и в разрядах с цилиндрическими катодами диаметром от 1 до 10 см в осевом магнитном поле j/p2 = const (рис. 13) и pd= const (рис. 14). Анализ данных рис. 13 и 14 свидетельствует о том, что здесь, так же как в разрядах с катодом-лабиринтом (рис. 1) и полым катодом (рис. 3), ЭЭЛ (pd снижается, a j/p2 растет) наблюдается тогда, когда давление р становится меньше величины рв, определяемой равенством

Л(р„Ц) = а, (5)

т. е. когда эмитированные катодом электроны возвращаются в катодный слой с энергией, достаточной для ионизации в нем газа. Когда же давление становится ниже величины р, определяемой равенством

Xdp\U) = a, (6)

но превышает определяемую равенством (3) величину р0, ТРЭУЭ обладает еще и специфическими свойствами: dla - const и jo2 = const при постоянном катодном падении потенциала U. Для этого среднего диапазона давленияр0<р <р области ЭЭЛ получено выражение числа п ионов, образующихся в сферическом полом катоде диаметром А в результате ионизации газа быстрыми электронами, образованными в слое одним электроном, эмитированным катодом,

п = C(d/A)N2, (7)

где С - зависящий от U коэффициент, учитывающий увеличение вероятности ионизации влетающим в слой электроном из-за снижения его скорости и возрастающий лишь немного медленнее U,N~ e(U- Щ/W, а U, - потенциал ионизации газа. Подстановка А''и п в уравнение самостоятельности разряда

y(iV+ и) = 1, (8)

дает выражение для ширины катодного слоя

J- Л- л (9)

yC(U)N2 у C(U)e2(U-U,)2/W2

При постоянном катодном падении потенциала U оно соответствует известному из эксперимента специфическому свойству разряда dla = const. Если выражать напряжение U в вольтах, плотность тока j в А/см2, а массу иона М в атомных единицах массы А0, то М= Мл А0 и плотность тока на катоде

у = 5,46х10~8(1 +y)MAmUm/d2 (10)

Подстановка (9) в (10) дает выражение плотности тока на сферическом полом катоде диаметром А

j = 5,46хЮ"8Х(С7) Y(£/) (U- Щs*IMAmA2, (11)

где

= (1 + У) у2 [1 - ye(U- U,)/W] Y(U) = [U/(U- U,)]m C2/W4

(12) (13)

Умножая у на площадь катода яЛ2, получаем выражение вольтамперной характеристики (ВАХ) разряда

1= 1,7x10'1 МА'т Х(Ц) У(Ц) (и- Щ5'5, (14)

(14)

свидетельствующее о независимости ВАХ в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ от размеров разрядного пространства, т. е. о подобии ТРЭУЭ. Представленные на рис. 15 вольтамперные характеристики разрядов в аргоне с полыми катодами из нержавеющей стали, объемы которых отличаются в 64 раза, практически совпадают и хорошо согласуются с зависимостями 1(Ц), рассчитанными по формулам (12) - (14), при у « 0,04 и токе до 1 А. С дальнейшим ростом тока до 10 А из-за катодного распыления и пространственного перераспределения плотности газа внутри катода насыщение экспериментальной зависимости Щ1) происходит раньше, чем насыщение теоретической зависимости.

В пятой главе рассматривается ТРЭУЭ в нижнем диапазоне давления р области ЭЭЛ при значительных потерях энергии эмитированных катодом электронов. Здесь при А(р, Ц)> Ь среднее число К ионов, образованных в ловушке эмитированными катодом электронами, связано с £ выражением

При постоянном катодном падении U до 1000 В К « (L/A)N и убывает с уменьшением р линейно. В результате j падает (рис 1, 3 и 13) ширина катодного слоя d растет, и разряд погасает. Анализ выражения (7), в котором С увеличивается с ростом U лишь немного медленнее U, показывает, что при р ~ р0 и постоянном токе (U3r2/cf = const) п увеличивается с ростом U быстрее, чем U3. Сильная зависимость п от U сохраняется и при р < р0. При повышении U в 2 раза п увеличивается на порядок. Поэтому при уменьшении р электроны, образованные в катодном слое, легко компенсируют снижение числа К ионов, образованных электронами, эмитированными катодом, но для этого необходимо существенно

(15)

400 600

и,В

Рис 15 Вольтамперные характеристики (ВАХ) разряда в аргоне, рассчитанные по формулам (12) - (14) для у = 0,01(1), . 0,10 (10), 0,12 (11),0,15 (12) и 0,20 (13) и экспериментальные ВАХ разряда в аргоне со стальным цилиндрическим полым катодом с равными диаметром и длиной А =20 см, перекрытым торцевыми дисками с диаметром отверстия в одном из них h - 4 см при давлении р = 0,4 Па (светлые кружки), и разрядов со стальным (темные кружки) и алюминиевым (светло-темные кружки) полыми катодами сА=5 см uh = l см при р = 2 Па.

Рис 16 Зависимости установившегося напряжения С/„ импульсного разряда с полым катодом диаметром 50 см от установившегося тока /„ при давлении аргона 0,8 Па (1), 0,4 Па (2), 0,2 Па (3), 0,1 Па (4), 0,05 Па (5)

А - нагрузочная характеристика при напряжении холостого хода

Ц" = ЗкВ и И 20 Ом, В-при I/ = 3,5 кВиЯ = 20 Ом, С-при1/ = 2,5кВиН = 10 Ом

Рис 17. ВАХ трубки с полыми катодами диаметром 3 см, регистрируемые в течение

одного импульса разряда конденсатора длительностью 1 - Юме при давлении гелия 130 Па (1), 80 Па (2), 40 Па (3), 27 Па (4), 13 Па (5), 9 Па (6), 7 Па (7) и 5 Па (8)

Штриховые участки - экстраполяция ВАХ в

диапазоне тока, где не удалось получить тлеющий разряд длительностью свыше 1 мс без переходов в дугу

повышать катодное падение потенциала U (рис. 9).

При высоком катодном падении U ток ионов на катоде I, поддерживается постоянным, если у/у0 эмитированных катодом электронов с Л» L, где у„ - коэффициент ионно-электронной эмиссии при р = ра и энергии ионов, соответствующей катодному падению потенциала разряда в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ Uc = 200 -:- 500 В (рис. 15), а у - его величина при высокой энергии ионов ell, инициируют образование в катодном слое достаточного для поддержания I, числа быстрых электронов. Каждый из этих электронов до ухода из ловушки L/a раз возвращается в слой шириной d и на пути х ~ 2d(L/a), который в нижнем диапазоне области ЭЭЛ становится с ростом U значительно меньше Лц, образует в слое ~ х/Лц электронов. Для под держания тока I, ионов на катоде у/у0 эмитированных катодом электронов должны общими усилиями образовать в слое не менее одного быстрого электрона. В связи с этим нижняя граница ри области ЭЭЛ должна удовлетворять равенству [х/Лц(рн,и)](у/у0)да 1, т. е.

A^pH,U)*2(y/y0)dL/a. (16)

С ростом U отношение d/a стремится при постоянном токе к 1/2, а отношение у/у0 изменяется примерно так же как отношение Ац(р,и)/Ац(р,ио): при U < 500 В Хм(р,ис) « const (рис. 8) и Хц(р,и)/Лц(р,ис)« 1. В этом диапазоне и у/у0» 1, а далее оно линейно возрастает, как и Ан(р, Ц)/Ац(р, Щ. Это означает, что Хц(р,Ц) ж (у/у0)Ад(р,£/с), и при токе / < 10 А для оценки р„ можно пользоваться равенством

ЛЖ>тис)=Ь. (17)

Однако при токах I ~ 100 А и выше концентрация ионов и атомов распыленного материала катода становится в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ соизмеримой с плотностью ионов и молекул газа, и U снова снижается до сотен вольт. В результате с уменьшением давления аргона при /0 ~ 60 А появляется, а затем смещается до /0 ~ 20 А, возрастая до ~ 3 кВ, максимум зависимости устанавливающегося при зажигании катодного падения потенциала U0 от устанавливающегося тока /0 разряда со стальным цилиндрическим полым като-

дом диаметром 50 см (рис. 16). Этот максимум является причиной зависимости /0 от напряжения холостого хода II* и нагрузочной характеристики источника питания. Примерно в том же диапазоне тока и также до ~ 3 кВ увеличивается с уменьшением давления максимум на вольтамперных характеристиках (рис. 17) квазистационарного разряда с медным полым катодом диаметром 3 см в гелии. Таким образом, положение наблюдаемого в нижнем диапазоне области ЭЭЛ максимума ЩТ) слабо зависит от размера ловушки и рода рабочего газа.

Снижение числа ионов, образованных в ловушке электронами, эмитированными катодом, равносильно снижению их эмиссии и повышает катодное падение потенциала и. Экспериментально доказано, что, увеличивая эмиссию каким-либо образом, можно, наоборот, снижать V. Так, бомбардировка катода электронами с энергией ~ 1 кэВ в ловушках объемом 0,01 - 0,1 м3 снижает ¡7 до 80 - 90 В при токе разряда ~ 1 А. Инжекция электронов из плазмы вспомогательных разрядов через сетки на цилиндрической поверхности ловушки диаметром 36 см и высотой 16 см (рис. 18), позволяет при и = 60 - 70 В заполнять ее однородной плазмой, эмитирующей ионы с током в цепи ловушки ~ 100 А.

В шестой главе приводятся примеры практического использования результатов исследований. Снижение давления газа в сильноточном разряде до ~ 0,01 Па позволило разработать электронные пушки с большой поверхностью плазменного эмиттера. Так как в описанных в третьей главе источниках с вогнутым плазменным эмиттером формируются узкие пучки, для получения широкого пучка длительностью ~ 100 мкс с током до 100 А и энергией до 250 кэВ используется плоская эмиссионная сетка диаметром 16 см с множеством отверстий диаметром 3 мм на расстоянии 4 мм между их центрами и установленный на расстоянии от нее ~ 10 см заземленный анод с сеткой прозрачностью ~ 90 %.

После замены плоской эмиссионной сетки сферической с радиусом кривизны 12 см, а плоского анода - сферическим с центральным отверстием диаметром 4 см (рис. 19), за анодом на расстоянии 50 - 100 см от эмиссионной сетки диаметр пучка длительностью 250 мкс с током 250 А и энергией 250 кэВ составляет ~ 1 см. Превышение одного из указанных параметров (250 кэВ, 250 А,

Рис 18 Фотография газоразрядной камеры сильноточного ионного источника с инжекцией электронов в электростатическую ловушку диаметром 36 см и высотой 16 см через катодные сетки из полых катодов диаметром 12 си и длиной 18 см

Рис 19 Схема электронной пушки с компрессией пучка длительностью 0,1-1 мс с энергией до 300 кэВ и плотностью мощности на мишени до 100 МВт/см1

1 - поджигающий электрод, 2 - изолятор

3 - вспомогательный катод, 4 - полый катод, 5 — полый анод, 6 — высоковольтный ввод 7 - вакуу мная камера 8 - эмиссионная сетка, 9-анод, 10-когчектор

Рис 20 Фотография источника пучка прямоугольного сечения 900x160 мм2 быстрых нейтральных молекул инертных и химически активных газов с эквивалентным током до 2 А при любой заданной энергии от 100 эВ до 4000 эВ

Рис 21 Фотография универсального источника пучка круглого сечения диаметром 22 см с двумя распыляемыми мишенями внутри него из титана и алюминия для нанесения покрытий из (Т!,АЩ в сопровождении быстрыми моккучами с энергией 50-100 эВ после нагрева подложек электронным пучком и активации молекулами с энергией -800 эВ

250 мкс), например, тока, приводит в результате пробоя ускоряющего промежутка к снижению других, например, длительности импульса. Во многих случаях пробой связан с переходом тлеющего разряда в дуговой режим. Переход в дугу полностью исключен в электронных пушках, где вместо полого катода используется катод-лабиринт (рис. 4 - 6), позволяющий увеличить ток широкого электронного пучка сечением ~ 0,1 м2 до 1 кА, а также уменьшить давление в ускоряющем промежутке ниже 0,01 Па. Широкий пучок с плотностью мощности до 0,1 - 1 МВт/см 2 можно использовать для импульсной термообработки поверхности, а формируемый пушкой со сферической оптикой концентрированный пучок с плотностью мощности до 100 МВт/см2 - для импульсной плавки легирующих добавок на ограниченных участках поверхности.

Стационарный разряд с напряжением 200 - 500 В и током до 20 А при давлении рабочего газа 0,01 - 0,1 Па, в котором ловушкой служит рабочая вакуумная камера объемом до 1 м3, заполняет ее однородной плазмой, в которой проводится плазменно-иммерсионная обработка проводящих изделий: термообработка, травление поверхности ионами инертных и химически активных газов, азотирование, вакуумная переплавка металлических прутков, испарение материалов в аноде-тигле и осаждение пара на подложки, сопровождаемое бомбардировкой ионами из разрядной плазмы, в которую они погружены.

В ряде случаев ловушкой служит набор изолированных от камеры и охлаждаемых водой листовых мишеней, покрывающих ее поверхность. При осаждении покрытия распыленные атомы металла поступают на установленное в центре камеры изделие равномерно со всех сторон, и поэтому его не нужно вращать. Обычные для других технологий физического осаждения пара (ФОП) потери материала мишеней на стенках камеры здесь исключены.

Камера с ловушкой из листовых мишеней используется и для гогазменно-иммерсионной имплантации с подачей высоковольтных импульсов до 35 кВ разной полярности на изделие (отрицательный импульс) и на погруженный в плазму стационарного разряда с током ~ 1 А дополнительный анод (положительный импульс). При одновременной подаче обоих импульсов ток в цепи

мишеней за 10-20 мкс возрастает от 1 А до 100 А и выше, а при частоте следования 25 Гц импульсов длительностью ~ 50 мкс доза имплантации за 1 час достигает 2x10 17 ионов/см 2 Здесь энергия -30 кэВ вызывающих рентгеновское излучение вторичных электронов в два раза меньше минимальной энергии ~ 60 кэВ бомбардирующих изделие ионов, и это повышает радиационную безопасность обслуживания. Так как при обработке в течение часа плотные потоки частиц высокой энергии взаимодействуют с поверхностью в общей сложности лишь 3 секунды, а остальное время изделия находятся в плазме с низкой концентрацией, изделия можно обрабатывать при низкой температуре.

На основе ТРЭУЭ разработаны источники пучков быстрых нейтральных молекул (рис. 20) сечением до 10000 см2 с эквивалентным током до 10 А при любой заданной энергии молекул от ~ 10 эВ до - 10 кэВ для сопровождения пучком осаждения покрытий, травления диэлектриков и низкоэнергетической имплантации. Быстрые молекулы образуются в рабочей вакуумной камере при перезарядке ускоренных ионов.

Погружение в плазменный эмиттер источника быстрых молекул распыляемой ионами мишени превращает его в универсальный источник быстрых молекул и эмитируемых мишенью вторичных электронов и металлического пара (рис. 21). При подаче на мишень отрицательного напряжения до нескольких киловольт она интенсивно распыляется. Через сетку с прозрачностью 80 % образующийся пар поступает на поверхность изделий, и его осаждение сопровождается молекулами с регулируемой энергией 50 - 200 эВ. Предварительно изделия можно нагреть электронным пучком мощностью ~ 10 кВт при подаче на мишень напряжения 10 - 20 кВ, а затем активировать их поверхность молекулами с энергией 0,5 - 2 кэВ. Универсальные источники позволяют осаждать на нагретую и активированную поверхность покрытия из Л, А1, (Т:,А1) и их нитридов со скоростью до 5 - 10 мкм/час. В отличие от планарных магнетронов вся поверхность мишени распыляется здесь совершенно однородно.

В заключении анализируются основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Среди наиболее значимых результатов докторской диссертации можно выделить следующие.

1. Впервые доказано, что эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ) в тлеющем разряде, известный ранее лишь как эффект полого катода, не зависит от типа ловушки, будь то полый катод, цилиндрический катод в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, или катод-лабиринт, и во всех случаях обусловлен ионизацией газа многократно возвращающимися из плазмы в катодный слой разряда и размножающимися в нем быстрыми электронами;

2. Впервые для всех тлеющих разрядов с электростатическими ловушками установлены общие закономерности, в том числе специфические свойства (независимость при постоянном катодном падении потенциала ширины d катодного слоя от давления и ее прямо пропорциональная зависимость от средней длины пробега электронов в ловушке между точками поворота в слое), позволяющие объединить их в одну группу тлеющих разрядов с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ).

3. Для ловушек разных типов и геометрических форм установлены универсальные параметры, определяющие границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ и характеристики ТРЭУЭ.

4. Показано, что в верхнем диапазоне давления при постоянном катодном падении потенциала U ЭЭЛ проявляется с уменьшением давления р в снижении pd и в увеличении jlp2, где j - плотность тока на катоде, т. е. в нарушении характерных свойств (pd = const и jlp2 = const) тлеющего разряда без электростатического удержания электронов, в среднем диапазоне разряд обладает, кроме того, специфическими свойствами (dla = const и jd2 = const при постоянном U), а в нижнем диапазоне при постоянном токе с уменьшением давления U растет, эмитированные катодом электроны и первые поколения электронов, образованных в катодном слое, значительную долю энергии уносят из ловушки, и разряд поддерживают последующие поколения образованных в слое электронов.

5. Выполнен расчет ионизации газа в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ первым поколением образованных в слое электронов, и получены аналитические выражения вольтамперных характеристик, хорошо согласующиеся с экспериментом, установлено и подтверждено экспериментально подобие разрядов с электростатическими ловушками.

6. Установлено, что нижнее рабочее давление ТРЭУЭ определяют либо потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов, либо распад анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи отверстия ловушки при расположении анода за ее пределами и при ограниченном напряжении источника питания.

7. При расположении анода снаружи ловушки для разных геометрических форм ее выходного отверстия получен и подтвержден экспериментально критерий образования вблизи отверстия двойного электростатического слоя, доказана независимость друг от друга ионизации газа в ловушке и ионизации газа в анодной плазме двойного слоя, изучена зависимость геометрической формы двойного слоя от давления и площади отверстия, и обнаружена вращательная неустойчивость анодной плазмы слоя при малой площади отверстия.

8. Определена граничная ширина электростатической ловушки с расположенным за ее пределами анодом, подразделяющая все ловушки на малые, в которых единственной причиной погасания разряда с уменьшением давления являются потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов, и большие, в которых погасание разряда может быть также обусловлено распадом анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи отверстия ловушки.

9. Исследована новая форма ТРЭУЭ с катодным падением потенциала в сотни вольт и анодным падением от единиц до десятков киловольт, позволяющая формировать пучки ускоряемых в промежутке между плазмой и анодом электронов с энергией до 50 кэВ и током до десятков ампер, экспериментально доказано, что катодное падение потенциала в этом разряде не зависит от анодного и, как и в ТРЭУЭ без высоковольтного анодного падения, начинает повышаться лишь при переходе в нижний диапазон давления области ЭЭЛ. Крите-

рий образования в ТРЭУЭ двойного электростатического слоя является при давлении 0,01 - 0,1 Па критерием стабилизации вблизи отверстия ловушки вогнутой поверхности плазменного эмиттера электронного пучка.

10. Установлено, что в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ кривая зависимости катодного падения и от тока I квазистационарного ТРЭУЭ имеет при токе в десятки ампер максимум высотой до нескольких киловольт, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, неоднозначно определяется нагрузочной характеристикой источника питания, причем положение максимума при увеличении ширины ловушки от ~ 1 см до ~ 100 см изменяется незначительно.

11. Экспериментально доказано, что увеличение электронной эмиссии на катоде в результате его бомбардировки электронами с энергией до нескольких килоэлектронвольт или в результате инжекции электронов в ловушку через сетчатый катод уменьшает катодное падение потенциала до 100 В и ниже, что снижает содержание в плазме разряда примесей материала катода.

12. Достигнутые в настоящей работе значительные количественные изменения параметров тлеющего разряда (уменьшение на несколько порядков рабочего давления, повышение на несколько порядков степени ионизации газа, переход к вакуумному режиму разряда при длине свободного пробега молекул, превышающей размеры разрядного пространства, и переход тлеющего разряда с током до 0,1 - 1 к А в режим самораспыления, сопровождающийся изменением состава газовой среды) обеспечили тлеющему разряду с холодным катодом без магнитного поля новое качество и существенно расширили диапазон его практического использования при разработке генераторов плазмы и источников пучков ускоренных частиц.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Метель А. С, Григорьев С. Н. Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов: физика, техника, применения. - М.: ИЦ МГТУ «Стан-кин», «Янус-К», 2005. - 300 С.

2. Глазунов В. Н., Метель А. С Инверсия катодной полости тлеющего разряда в магнитном поле // ЖТФ. 1981. Т. 51. Вып. 5, С. 932 - 939.

3. Глазунов В. Н„ Метель А. С. Особенности работы генератора плазмы сильноточного инжектора электронного ускорителя на основе тлеющего разряда с полым катодом в диапазоне давлений рабочего газа Ю-5 — 10_3 Тор // Тез. докл. 4 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, 1982. Ч. 1. С. 138-141.

4. Гречаный В. Г., Метель А. С. Влияние граничных условий на характеристики тлеющего разряда с полым катодом // ЖТФ. 1982. Т. 52. Вып. 3. С. 442 -445.

5. Глазунов В. Н., Гречаный В. Г., Метель А. С. Тлеющий разряд в поперечном магнитном поле // ЖТФ. 1982. Т. 52 Вып. 9. С. 1767 - 1772.

6. Глазунов В Н, Метель А. С О механизме потерь быстрых электронов в тлеющем разряде с осциллирующими электронами // Физика плазмы. 1982. Т. 8. Вып. 5. С. 1099-1104.

7. Метель А С. О роли ионизации в катодном слое тлеющего разряда с полым катодом // Тез. докл. 6 Всес. конф. по физике низкотемпературной плазмы. Л.: ЛГУ, 1983. Т. 2, С. 69-71.

8. Гречаный В. Г., Метель А С. Влияние магнитного поля на распределение тока по катоду в тлеющем разряде с осциллирующими электронами // ТВТ. 1983. Т. 21. Вып 6. С. 1071 - 1075.

9. Метель А. С. Расширение рабочего диапазона давлений тлеющего разряда с полым катодом // ЖТФ. 1984. Т. 54. Вып. 2 С. 241 - 247.

10. Глазунов В. К, Гречаный В. Г, Метель А. С. Инжектор квазистационарного режима с плазменным эмиттером электронов // ПТЭ. 1984. Вып. 2. С. 146 -148.

11. Метель А. С. О стабилизации плазменного эмиттера на основе тлеющего разряда с полым катодом // Тез. докл. 5 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, 1984. Ч. 2. С. 186 - 188.

12.Гречаный В. Г., Метель А. С. Тлеющий разряд с полым катодом в вакуумном режиме катодной полости // ТВТ. 1984. Т. 22. Вып 6. С. 444 - 448.

13. Глазунов В. Я, Метель А. С. О рассеянии быстрых электронов шероховатой катодной поверхностью в тлеющем разряде с осциллирующими электронами II Электронная техника. Сер. 4.1984. Вып. 2. С. 4 - 6.

14. Метель А. С. Влияние ионизации в катодном слое на характеристики тлеющего разряда с осциллирующими электронами. I. Разряд с полым катодом // ЖТФ. 1985. Т. 55. Вып. 10. С. 1928 - 1934.

15. Глазунов В. Н„ Метель А. С. и др. Сильноточный генератор плазмы квазинепрерывного режима на основе тлеющего разряда с осциллирующими

электронами // Тез. докл. 6 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, 1986. Ч. 2. С. 88-90.

16. Метель А. С. Особенности установления квазистационарного состояния сильноточного тлеющего разряда с полым катодом при пониженных давлениях газа // ЖТФ. 1986. Т. 56. Вып. 12. С. 2329 - 2339.

17. Метель А. С. Плазменный источник электронов с секционированным холодным полым катодом // ПТЭ. 1987. Вып. 1. С. 164 - 167.

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

19. Мельник Ю. А., Метель А. С., Ушаков Г. Д. Многолучевой сильноточный инжектор квазинепрерывного режима с крупноструктурным сеточно-плазменным эмиттером электронов // Тез. докл. 7 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, 1988. Ч. 1. С. 113 - 115.

20. Глазунов В. Н., Метель А. С., Юрин В. А. Сильноточный ионный источник квазинепрерывного режима с плазменными катодами // Тез. докл. 7 Всесоюз. симп. по сильноточной электронике. Томск, 1988. Ч. 1. С. 116 - 118.

21. Dzagurov L. Yu., Zavyalov М. A., Metel A. S. et al. Anode plasma in high-voltage system for shaping intense electron beams // Proc. 13th Intern. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Part 1. Paris, 1988 P. 132 - 136.

22. Метель А. С. Актуальные вопросы физики и техники тлеющего разряда с холодным полым катодом // Вестн. Киев, ун-та. Физика. 1988. № 29. С. 99 -

23. Глазунов В. Н., Метель А. С., Юрин В. А. Технологический ионный источник на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом // Тез. докл. 1 Всесоюз. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 1988. Ч. 1. С. 76 - 78.

24. Глазунов В. Н., Метель А. С., Юрин В. А. Устройство для ионной обработки материалов в плазме тлеющего разряда с холодным полым катодом // Тез. докл. 1 Всесоюз. конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 1988. Ч. 1. С. 79 - 81.

25. Метель А. С. Источники пучков заряженных частиц большого сечения на основе тлеющего разряда с холодным полым катодом // Плазменная эмиссионная электроника / Улан-Удэ: Бурятский ин-т естественных наук СО АН СССР, 1991. С. 77-81.

26. А.с. № 1718297, кл. НО и 27/04. Источник ионов / А. С. Метель / Заявлено 17.08. 88 //БИ.- 1992,- №9.

27. Патент РФ № 2008739, кл. НОП 27/04. Источник ионов / А. С. Метель / Заявлено 28.04.92 // БИ. - 1994. - № 4.

28. Патент РФ № 2026413, кл. С23С 14/02, 14/32. Способ нагрева электропроводящих изделий в рабочей камере / Л. П. Саблев, С. Н. Григорьев, А. С. Метель / Заявлено 09.07.92 // БИ. - 1995. - № 1.

29. Патент РФ № 2026414, кл. С23С 14/02, 14/32. Способ обработки изделий / С. Н. Григорьев, А. С. Метель, Л. П. Саблев / Заявлено 09.07.92 // БИ. - 1995. -№1.

103.

рос нлциенАЛЬ

33 библиотека

С. Петербург

OS too а ст

30. Патент РФ № 2030015, кл. H01J 27/04, 17/06. Полый катод плазменного эмиттера ионов / А. С. Метель / Заявлено 19.05.92 // БИ. - 1995. - № 6.

31. Патент РФ № 2035789, кл. H01J 27/04, 317/08. Способ получения пучка ускоренных частиц в технологической вакуумной камере / А. С. Метель / Заявлено 15.04.92 // БИ. - 1995. - № 14.

32. Патент РФ № 2035790, кл. H01J 27/04, 17/06. Полый катод плазменного эмиттера ионов / А. С. Метель / Заявлено 15.04.92 // БИ. - 1995. - № 14.

33. United States Patent No 5,503,725, Int. CI. C23C 14/34; C23C 14/32. Method and device for treatment of products in gas-discharge plasma / L. P. Sablev, A. A. Andreev, S. N. Grigoriev, A. S. Metel / PCT Filed Apr. 23, 1992 // Date of Patent Apr. 2,1996.

34. Патент РФ № 2060298, кл. C23C 14/32. Установка для вакуумно-плазменной обработки изделий в среде рабочего газа / Л. П. Саблев, Э. М. Волин, С. Н. Григорьев, В. И. Дракин, А. С. Метель / Заявлено 31.08.93 // БИ. - 1996. - № 14.

35. Патент РФ № 2071992, кл. С23С 14/46, H01J 27/04. Способ обработки изделий источником ионов / АС. Метель, Л. П. Саблев, С. Н. Григорьев / Заявлено 241.12.91 // БИ. - 1997. -№ 2.

36. Патент РФ № 2094896, кл. H01J 27/04. Источник быстрых нейтральных молекул / А. С. Метель, С. Н. Григорьев / Заявлено 25.03.96 // БИ. - 1997. - № 30.

37. European Patent No 0 583 478, Int. CI. C23C 14/34; C23C 14/32. Method and device for treatment of articles in gas-discharge plasma / L. P. Sablev, A. A. Andreev, S. N. Grigoriev, A. S. Metel / PCT Filed Apr. 23, 1992 It Date of Patent 14.10.98.

38. Патент РФ № 2110867, кл. H01J 27/04. Плазменный эмиттер ионов / А. С. Метель, С. Н. Григорьев, Е. Р. Цыновников, Ю. А. Мельник, С. В. Федоров / Заявлено 15.12.96 //БИ. - 1998. -№ 13.

39. S. Grigoriev, А Metel, A. F. Cakir at al. Thin film deposition through complex ion-plasma treatment // Взаимодействие ионов с поверхностью. Материалы 14-й международной конференции, Звенигород, 1999. М. Т. 2. С. 218 - 221.

40. С. Н. Григорьев, А. С. Метель, А. П. Горовой. Новое оборудование для комплексной обработки изделий ионами, электронами и быстрыми нейтральными молекулами // Взаимодействие ионов с поверхностью. Материалы 14-й международной конференции, Звенигород, 1999. М. Т. 2. С. 231 - 234.

41.A. F Cakir, А. Metel, М. Urgen and S. Grigoriev. Arc-PVD coating of metallic and dielectric substrates using neutral molecular beam source pretreatment // Galvanotechnik. 2000. V. 91. No 3. P. 768 - 776.

42. А. С. Метель, Ю. А Мельник. Усиление адгезионной связи покрытия и быстрорежущей матрицы после предварительной обработки быстрыми нейтральными молекулами // Взаимодействие ионов с поверхностью. Материалы 14-й межд. конф-ции, Звенигород, 2001. М. Т. 2. С. 362 - 364.

43.United States Patent No 6,285,025, Int. CI. H01S 1/00; H01S 3/00. Source of fast neutral molecules / A. S. Metel, S. N. Grigoriev / PCT Filed Mar. 18, 1997 // Date of Patent Sep. 4,2001.

44. Metel A. Plasma immersion ion implantation based on glow discharge with electrostatic confinement of electrons // Surface and Coating Technology. 2002. V. 156. No 1/3. P. 38-43.

45. Grigoriev S., Melnik Yu., Metel A. Broad fast neutral molecule beam sources for industrial-scale beam-assisted deposition // Surface and Coating Technology. 2002. V. 156. No 1/3. P. 44 - 49.

46. Григорьев С. H., Мельник Ю. А., Метель А. С. Универсальный источник пучков ускоренных частиц и металлического пара для нанесения бескапельных покрытий на диэлектрики // Производство. Технология. Экология. Труды межд. конф-ции ПРОТЕК-2003. М.: «Янус-К» Т. 2. С. 476 - 480.

47. Метель А С. Радиационно-безопасное упрочнение поверхности плазменно-иммерсионной имплантацией ионов с энергией 50 - 80 кэВ // Производство. Технология. Экология. Труды межд. конф-ции ПРОТЕК-2003. М.: «Янус-К» Т. 2. С. 545 - 550.

48. Grigoriev S., Metel A. Plasma- and beam-assisted deposition methods // Nanos-tructured thin films and nanodispersion strengthened coatings / A. A. Voevodin et al. (eds.), Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, London. 2004. P. 147 -154.

49. Metel A. S. Plasma immersion ion implantation system based on glow discharge with electrostatic confinement of electrons // 7th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 26 - 29 July, 2004: Proceedings. Томск. 2004. С. 24 - 28.

50. Grigoriev S. N., Isaikov A. N., Melnik Yu. A., Metel A. S. Universal sources of accelerated particles and metal vapor for industrial-scale beam-assisted deposition // 7th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 26 - 29 July, 2004: Proceedings. Томск. 2004. С. 29-33.

51. Григорьев С. Н., Метель А. С. Зависимость от первеанса пучка углового распределения быстрых нейтральных молекул при ускорении ионов в системе плазма-сетка-плазма // Тез. докл. 3-й межд. конф-ции по фундаментальным проблемам физики. Казань, 2005. С. 115.

52. Метель А. С. Эффект электростатической ловушки в тлеющем разряде // Тез. докл. 3 межд. конф-ции по фундаментальным проблемам физики. Казань, 2005. С. 207.

53. Метель А. С., Мельник Ю. А. Особенности генерации плазмы в источнике быстрых молекул с полым анодом снаружи его электростатической ловушки // Инженерная физика. 2005. Вып. 2. С. 26 - 29.

54. Григорьев С. Н., Мельник Ю. А., Метель А. С. Снижение катодного падения потенциала тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов при облучении катода электронами с энергией 0,5 - 2 кэВ // Инженерная физика. 2005. Вып. 3. С. 23 - 27.

Р16145

РНБ Русский фонд

2006-4 16224

Подписано в печать 10.08.2005 г. Формат 60 х 90/16. Объем 1.1 пл. Тираж 100 экз. Заказ № 0908051

Оттиражировано на ризографе в «ЙП Гурбанов Сергей Талыбович» Св. о регистрации № 304770000207759 от 09 июня 2004 года ИНН 770170462581

Введение.

Глава 1. Основные результаты исследований тлеющих разрядов с осциллирующими электронами.

1.1. Область и количественная мера эффекта полого катода.

1.2. Энергетический спектр электронов, оптические характеристики, влияние температуры катода и неравновесность разрядной плазмы.

1.3. Вторичные процессы возбуждения и ионизации в разряде и в послесвечении, влияние катодного распыления. 1.4. Отличия разряда с полым катодом в магнитном поле от магнетронного и отражательного разрядов.

1.5. Процессы в катодном слое разряда и его реакция на инжекцию в полый катод электронов и ионов.

1.6. Разряд с разнопотенциальными катодами, роль различных видов электронной эмиссии и пучково-плазменных взаимодействий.

1.7. Переход тлеющего разряда в дугу, сверхплотный тлеющий разряд и колебания в плазме разряда.

1.8. Выводы

Глава 2. Влияние потерь энергии эмитированных катодом электронов на характеристики и нижнее рабочее давление разряда.

2.1. Столкновительная релаксация энергии быстрых электронов в газе

2.2. Зависимость потерь катодных электронов от геометрических параметров электростатической ловушки.

2.3. Анализ траекторий катодных электронов в магнитном поле.

2.4. Визуализация траекторий катодных электронов.

2.5. Инверсия разряда с цилиндрическим полым катодом в магнитном поле 95 ^ 2.6. Электростатические ловушки с переменной толщиной катодного слоя

2.7. Многостержневые электростатические ловушки.

2.8. Снижение рабочего давления газа в разряде с катодом-лабиринтом

2.9. Снижение рабочего давления газа в разряде с полым катодом.

2.10. Снижение рабочего давления ТРЭУЭ в магнитном поле. ф 2.11. Выводы.

Глава 3. Зависимость характеристик ТРЭУЭ от расположения анода, размеров ловушки и ее выходной апертуры.

3.1. Положительное анодное падение и двойной электростатический слой в ТРЭУЭ.

3.2. Распад анодной плазмы двойного слоя.

Ф 3.3. Зависимость формы и площади поверхности двойного слоя от геометрических параметров отверстия ловушки.

3.4. Стабилизация эмитирующей электроны поверхности плазмы ТРЭУЭ вблизи отверстия ловушки.

3.5. Большие и малые электростатические ловушки.

3.6. Выводы.

Глава 4. Размножение быстрых электронов в катодном слое разряда.

4.1. Отбор быстрых электронов из полого катода закрытой формы. 4.2. Доля ионизации в катодном слое разряда с цилиндрическим полым катодом.

4.3. Специфические свойства ТРЭУЭ

4.4. Ионизация газа электронами, образованными в катодном слое.

4.5. Вольтамперные характеристики и подобие ТРЭУЭ в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ.

4.6. Выводы.

Глава 5. ТРЭУЭ при значительных потерях энергии эмитированных

Ш катодом электронов.

5.1. Нижнее граничное давление области ЭЭЛ.

5.2. Снижение разрядного напряжения при увеличении эмиссии электронов на катоде.

5.3. Сильноточный ТРЭУЭ в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ . 218 # 5.4. Зависимость ТРЭУЭ от состояния газа и катодного распыления.

5.5. Особенности ТРЭУЭ с катодным падением потенциала до 30 кВ.

5.6. Выводы.

Глава 6. Практическое использование результатов исследований.

6.1. Электронные пушки с широким плазменным эмиттером.

6.2. Плазменно-иммерсионная обработка проводящих подложек. 6.3. Источники широких пучков быстрых нейтральных молекул.

6.4. Универсальные источники широких пучков электронов и быстрых молекул, совмещенных с потоком металлического пара.

В настоящее время для модификации свойств поверхности широко применяются плазма газового разряда низкого давления и пучки ускоренных частиц. Для транспортировки в рабочей вакуумной камере ускоренных частиц и атомов осаждаемых материалов от источника до обрабатываемой поверхности длина их свободного пробега должна превышать ~ 10 см. Поэтому для получения плазмы и пучков чаще всего используются высокочастотный [1], вакуумно-ду-говой [2] и магнетронный [3] разряды при давлении газа ниже ~ 0,1 Па. Для получения плазмы в больших камерах используют также разряд с периферийным магнитным полем на поверхности камеры, ограничивающим апертуру потерь электронов, и термоэмиссионными катодами [4]. При этом в качестве термокатода часто используют цилиндрический полый катод с внутренним диаметром в несколько миллиметров из тугоплавкого металла [5]. Через отверстие в катоде в камеру с большой скоростью подается газ, разряд с током до сотен и тысяч ампер при давлении внутри катода в десятки паскалей и напряжении в десятки вольт поддерживает внутри него плотную плазму, эмитирующую на его поверхность ионы, ток которых до ~ 100 А поддерживает необходимую для эмиссии температуру катода.

Что касается разряда с холодным полым катодом [6], его применения для обработки поверхности ограничены из-за сравнительно высокого давления рабочего газа. На исходный момент настоящей работы в литературе отсутствовали данные о тлеющем разряде с холодным катодом без магнитного поля при давлении газа ниже 1 Па. Не было устоявшихся представлений о механизме разряда и факторах, определяющих величину его нижнего рабочего давления. Не существовало и общего мнения о физических процессах, вызывающих эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ), известный ранее лишь как эффект полого катода. В то же время результаты исследований и практического применения разряда свидетельствовали о том, что тлеющий разряд с полым катодом способен формировать ионные и электронные пучки, а также плотную и однородную во всем объеме полости плазму. С ростом тока концентрация атомов и ионов металла в плазме достигала величины, достаточной, например, для высокоскоростного осаждения покрытий.

При снижении давления на 2 порядка тлеющий разряд с холодным катодом и электростатическим удержанием электронов мог составить конкуренцию и вакуумно-дуговому [2], и магнетронному [3] разрядам. Он позволил бы даже решить ряд известных проблем, ограничивающих область их применения, например, избавиться от микрокапель металла в покрытиях, осаждаемых дуговым методом, и существенно повысить по сравнению с величиной, обычной для магнетронного осаждения, концентрацию плазмы у поверхности обрабатываемого изделия. Однако решить эту глобальную с практической точки зрения задачу можно было, лишь выяснив физическую суть эффекта электростатической ловушки (ЭЭЛ) и определив зависимость характеристик разряда от ее параметров. Была нужна теория ЭЭЛ, подтвержденная надежными экспериментальными результатами.

Простота конструкции, большой срок службы разрядных устройств с холодным катодом даже в случае генерации плазмы таких химически активных газов, как, например, кислород, и их низкая себестоимость по сравнению с генераторами плазмы на основе высокочастотного разряда и разряда с периферийным магнитным полем определили экономическую целесообразность и актуальность выполненных в настоящей диссертационной работе исследований эффекта электростатической ловушки и изучения предпосылок практического применения тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов.

Целью работы является установление механизма тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ), выяснение физической сущности эффекта электростатической ловушки (ЭЭЛ), установление для ловушек разных типов универсальных параметров, от которых зависят характеристики разряда и его рабочий диапазон давления, разработка общей теории и определение области ЭЭЛ (диапазона давления и напряжения, в котором разряд с электростатическим удержанием электронов существенно отличается от разряда без удержания), получение аналитических выражений для определения границ характерных диапазонов давления области ЭЭЛ и вольтамперной характеристики (ВАХ) разряда, поиск путей снижения рабочего давления до ~ 0,01 Па, а также разработка на основе полученных результатов устройств и установок для обработки изделий плазмой и пучками ускоренных частиц.

Научная новизна работы заключается в том, что:

- впервые доказано, что эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ) в тлеющем разряде, ранее известный лишь как эффект полого катода, не зависит от типа ловушки, будь то полый катод, цилиндрический катод в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, или катод-лабиринт, и во всех случаях обусловлен ионизацией газа многократно возвращающимися в катодный слой разряда и размножающимися в нем быстрыми электронами;

- впервые установлены общие для всех тлеющих разрядов с электростатическими ловушками закономерности, в том числе специфические свойства (независимость при постоянном катодном падении потенциала ширины катодного слоя от давления и ее пропорциональная зависимость от длины пробега электронов между точками поворота в слое), позволяющие объединить их в одну группу тлеющих разрядов с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ);

- впервые для электростатических ловушек разных типов и геометрических форм установлены универсальные параметры, определяющие характеристики ТРЭУЭ и границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ;

- впервые для среднего диапазона давления области ЭЭЛ получено аналитическое выражение ВАХ, установлено и подтверждено экспериментально подобие разрядов с электростатическими ловушками;

- выявлены факторы, определяющие нижнее рабочее давление ТРЭУЭ: потери энергии быстрых электронов, покидающих ловушку через апертуру потерь, или распад анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи выходного отверстия ловушки при расположении анода за ее пределами;

- установлено, что в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ при значительных потерях энергии эмитированных катодом электронов разрядный ток поддерживается благодаря увеличению с ростом катодного падения потенциала и вклада в ионизацию электронов, образованных в катодном слое, а при и в единицы и десятки киловольт предыдущие поколения образованных в слое быстрых электронов предают эстафету ионизации последующим поколениям;

- в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ на кривой зависимости катодного падения ТРЭУЭ II от его тока / обнаружен максимум, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, неоднозначно определяется нагрузочной характеристикой источника питания, причем положение максимума при изменении ширины ловушки от ~ 1 до ~ 100 см изменяется незначительно;

- впервые рабочее давление сильноточного тлеющего разряда с холодным катодом без магнитного поля снижено до ~ 0,01 Па, что позволяет разрабатывать на его основе новые источники плазмы и широких пучков ускоренных частиц для обработки поверхности изделий и решения других задач.

Научная и практическая ценность работы состоит в том, что:

- результаты исследований существенно расширяют знания о физических процессах в тлеющем разряде с холодным катодом и электростатическим удержанием электронов;

- на основе полученных результатов разработаны установки иммерсионной обработки изделий, а также плазменные источники электронов, ионов и быстрых нейтральных молекул с рекордно высокими характеристиками;

- разработанные устройства и установки нашли применение, как в научных экспериментах, так и в промышленности.

В первой главе диссертации на основе литературных данных анализируются основные результаты исследований и практического использования тлеющих разрядов с осциллирующими электронами.

Во второй главе представлены результаты исследований потерь электронов, эмитированных катодом тлеющего разряда, из электростатических ловушек трех типов: в виде полого катода, стержневого катода в аксиальном магнитном поле и катода-лабиринта из параллельных стержней.

Третья глава посвящена зависимости разрядных характеристик от расположения анода, размеров ловушки и влиянию двойного электростатического слоя в плазменном канале, соединяющем плазму внутри нее с внешним анодом, на величину нижнего рабочего давления разряда.

В четвертой главе излагаются результаты исследования ионизации газа в катодном слое и вклада образованных в нем быстрых электронов в эффект электростатической ловушки.

В пятой главе рассматривается ТРЭУЭ в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ при значительных потерях энергии эмитированных катодом электронов.

В шестой главе приводятся примеры использования результатов исследований для обработки поверхности плазмой и пучками ускоренных частиц.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Электростатическое удержание электронов в тлеющем разряде определяет общие закономерности в разрядах с катодом-лабиринтом, стержневым катодом в осевом магнитном поле и полым катодом, в том числе - их специфические свойства: независимость при постоянном напряжении V ширины катодного слоя й от давления р и ее пропорциональную зависимость от длины а = 4 пролета эмитированных катодом электронов в объеме V ловушки между точками поворота вблизи катодной поверхности площадью

2. Эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ) не зависит от типа ловушки и во всех случаях определяется ионизацией газа многократно возвращающимися в катодный слой и размножающимися в нем быстрыми электронами, а рассчитанные с учетом ионизации газа первым поколением образованных в катодном слое электронов вольтамперные характеристики разряда хорошо согласуются с экспериментом в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ.

3. Границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ определяются средней длиной Ядг пробега между столкновениями с ионизацией эмитированных катодом электронов с начальной энергией eUc, где Uc - катодное падение потенциала в ее среднем диапазоне, длиной релаксации их энергии А = (eUJW)XN, где W - цена ионизации, и универсальными геометрическими параметрами ловушки: средней длиной а = 4 V/SK пробега электронов между точками поворота в катодном слое и средней длиной L = 4 V/S0 их пути в ловушке до ухода из нее через апертуру потерь S0, причем верхнее граничное давление рв области ЭЭЛ определяется равенством А = а, верхняя граница р ее среднего диапазона - равенством = а, нижняя граница р0 среднего диапазона - равенством А = L, а нижнее граничное давление рн области ЭЭЛ - равенством Ядг = L.

4. В верхнем диапазоне ЭЭЛ с уменьшением давления р нарушаются характерные свойства тлеющего разряда без электростатического удержания (при постоянном напряжении pd = const и jlp = const), в среднем диапазоне разряд обладает специфическими свойствами (при постоянном напряжении dla = const и ja2 = const), а в нижнем диапазоне эмитированные катодом электроны и первые поколения образованных в катодном слое электронов значительную долю своей энергии уносят из ловушки через апертуру потерь и разряд поддерживается последующими поколениями быстрых электронов.

5. В нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ кривая зависимости катодного падения U от тока / квазистационарного ТРЭУЭ имеет при токе в десятки ампер максимум высотой до нескольких киловольт, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, определяется нагрузочной характеристикой источника питания, причем положение максимума при изменении ширины ловушки от ~ 1 до ~ 100 см изменяется незначительно.

6. Увеличение электронной эмиссии на катоде в результате инжекции электронов в ловушку через сетчатый катод или его бомбардировки электронами с энергией до нескольких кэВ уменьшает катодное падение потенциала до 100 В и ниже, что снижает содержание в плазме примесей материала катода.

7. Нижнее рабочее давление тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов определяет один из двух факторов: потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов или распад анодной плазмы двойного электростатического слоя в выходном отверстии ловушки при расположении анода снаружи ловушки и ограниченном напряжении источника питания.

8. Полученный и подтвержденный экспериментально критерий образования в ТРЭУЭ с анодом, расположенным за пределами ловушки, двойного элек-простатического слоя < = (2где & - площадь отверстия ловушки, а т и М - массы электрона и иона рабочего газа, является при давлении 0,01 -0,1 Па критерием стабилизации вблизи отверстия вогнутой поверхности площадью плазменного эмиттера электронного пучка.

9. Полученные теоретические и экспериментальные закономерности позволяют разрабатывать на основе сильноточного тлеющего разряда с холодным катодом электрофизические устройства для обработки изделий плазмой и пучками ускоренных частиц, функционирующие при давлении 0,01-1 Па.

5. 6. Выводы

В нижнем диапазоне давлениярн<р <р0 области ЭЭЛ эмитированные катодом электроны передают свои функции образованным в катодном слое электронам второго, третьего и последующих поколений. Нижняя граница области ЭЭЛ определяется условием преемственности поколений и удовлетворяет выражению (5.2), учитывающему при высоком напряжении образование в катодном слое электронами с Л » Ь минимального числа эффективных быстрых электронов младших поколений с Л ~ Ь, необходимого для поддержания разряда. Эстафетный механизм передачи функций электронам последующих поколений и при катодном падении потенциала ТРЭУЭ ~ 30 кВ, когда Л ~ 10 4 Ь, обеспечивает примерно такую же скорость ионизации газа, как и при Л ~ Ь.

При переходе из среднего в нижний диапазон ЭЭЛ на вольтамперных характеристиках ТРЭУЭ в широком диапазоне ширины ловушки от ~ 1 см до ~ 100 см примерно при одном и том же токе 60 - 70 А появляется максимум, возрастающий с уменьшением давления до нескольких киловольт. Он обусловлен необходимостью повышения энергии быстрых электронов последующих поколений, принимающих на себя функцию ионизации газа от предыдущих поколений. С дальнейшим ростом тока разрядное напряжение снижается из-за изменения газовой среды в ловушке в результате самораспыления катода и при токах в сотни ампер уже практически не зависит от исходного давления газа в ловушке. Из-за указанного максимума устанавливающиеся при поджиге ТРЭУЭ напряжение и ток зависят от нагрузочной характеристики источника питания и от интенсивных колебаний, связанных с состоянием катодной поверхности.

И в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ разрядное напряжение в несколько киловольт можно уменьшить до 100 В и ниже, повысив эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии до у ~ 1 в результате инжекции электронов в ловушку через катодную сетку или облучения катодной поверхности электронами с энергией ~ 0,5 кэВ.

Глава 6. Практическое использование результатов исследований.

6.1. Электронные пушки с широким плазменным эмиттером.

Снижение давления газа в сильноточном разряде до ~ 0,01 Па позволило разработать электронные пушки с большой поверхностью плазменного эмиттера. Так как в описанных в третьей главе источниках с вогнутым плазменным эмиттером формируются сходящиеся пучки, для получения широкого пучка длительностью ~ 100 мкс с током до 100 А и энергией до 250 кэВ используется плоская эмиссионная сетка диаметром 16 см с отверстиями диаметром 3 мм на расстоянии 4 мм между их центрами и установленный на расстоянии от нее ~ 10 см заземленный анод из плоской сетки с высокой прозрачностью. Источником высоковольтных импульсов служит ГИН с запасаемой энергией 150 кДж (рис. 103).

После замены плоской сетки сферической сеткой 8 диаметром 16 см с радиусом кривизны 12 см, а плоского анода - сферическим анодом 9 с центральным отверстием диаметром 4 см (рис. 104), за анодом на расстоянии 50-100 см от эмиссионной сетки диаметр пучка длительностью ~ 250 мкс с током ~ 250 А и энергией ~ 250 кэВ составляет ~ 1 см (рис. 105). При установлении в течение ~ 10 мкс тока пучка происходит ограниченная эрозия поверхности анода 9 (рис. 106), отверстие в нем заполняется плазмой, и далее пучок фактически формируется в диоде с плазменным анодом. За анодным отверстием на расстоянии 10 см от его среза и 22 см от сетки отдельные составляющие пучка, эмитируемые отверстиями сетки, еще не перемешиваются между собой, и в период установления тока пучка рисуют на медной фольге толщиной 0,2 мм узкие радиальные линии, заканчивающиеся прожигаемым пучком центральным отверстием диаметром ~ 3 см (рис. 107а). Расположение следов составляющих пучка, эмитируемых периферийными отверстиями сетки, точно повторяет расположение соответствующих отверстий на сетке (рис. 1076). Малый диаметр (< 1мм) отдельных составляющих пучка объясняется ограничением площади эмитирующей плазмы в каждом отверстии слоем положительного объемного заряда у поверх

Рис 103. Фотография электронной пушки внутри бокса со свинцовыми стенками толщиной 1 см (на дальнем плане) и использовавшегося для получения высоковольтных импульсов ускоряющего напряжения до 300 кВ трехступенчатого ГИНа с запасаемой энергией 150 кДж источником питания генератора плазмы на высоком потенциале. На правой стене - заземленный пояс Роговского для регистрации импульса разрядного тока генератора плазмы на высоком потенциале.

Рис.104. Схема электронной пушки с компрессией пучка в диоде со сферической оптикой. 1 - поджигающий электрод, 2 - изолятор, 3 - катод, 4 - полый катод, 5 - полый анод, 6 - высоковольтный ввод, 7 - камера, 8 - эмиссионная сетка, 9 - анод, 10 - коллектор ности сетки с отрицательным потенциалом, запирающим ток в ее цепи и переключающим его в ускоряющий промежуток.

Превышение одного из указанных параметров (250 кэВ, 250 мкс, 250 А), например, тока, приводит в результате пробоев ускоряющего промежутка к снижению других, например, длительности импульса. В большинстве случаев пробои связаны с переходами тлеющего разряда в дугу. Они полностью исключаются в электронных пушках (рис. 108), где вместо полого катода используется катод-лабиринт (рис. 57 и 58), позволяющий на порядок снизить давление в ускоряющем промежутке и увеличить сечение широкого электронного пучка с током ~ 1 кА до 0,1 м2.

Широкий пучок с плотностью мощности до 0,1 - 1 МВт/см 2 можно использовать для импульсной термообработки поверхности, а формируемый пушкой со сферической оптикой концентрированный пучок с плотностью мощности до 100 МВт/см - для импульсной плавки легирующих добавок на ограниченных участках поверхности.

6.2. Плазменно-иммерсионная обработка проводящих подложек В большинстве случаев для получения необходимой для иммерсионной обработки стационарной плазмы в качестве ловушки используется рабочая вакуумная камера какой-либо технологической установки, в которой располагают анод и заземленные сетки, перекрывающие сечение канала откачки и защищающие датчики давления от положительной по отношению к ним плазмы. Источник питания конверторного типа поддерживает при давлении рабочего газа 0,01 -0,1 Па в камерах объемом 0,1-1 м2 однородную плазму стационарного разряда с напряжением 300 - 500 В, током до 20 А и не позволяет развиваться дуговому разряду. В ряде случаев ловушкой служит набор изолированных от камеры листовых мишеней, покрывающих ее поверхность, а анод внутри ловушки соединяется с заземленной камерой. Результаты исследований подтвердили возможность интенсивного травления в плазме ТРЭУЭ проводящих изделий,

Рис. 105. Отпечаток импульсного пучка длительностью ~250 мкс с энергией ~250 кэВ и током ~250 А на мишени из нержавеющей стали, установленной на расстоянии ~50 см от ускоряющего промежутка

Рис. 107. Фрагмент медной фольги толщиной 0,2 мм с прожигаемым пучком отверстием диаметром «3 см (а) и сферическая эмиссионная сетка 8 (рис.104) пушки (б).

Рис. 106. Фотография анода 9 ускоряющего промежутка (рис. 104) с оплавленной пучком кромкой отверстия.

Рис. 108. Плазменный эмиттер электронов с многостержневым катодом-лабиринтом закрепленных на вводе внутри камеры, ионами аргона, кислорода и других газов при подаче на изделия отрицательного напряжения смещения 1/0 от 1 кВ до 5 кВ. При использовании в качестве рабочего газа азота или его смесей с инертными газами исследуется азотирование изделий при С/0 ~ 1 кВ и давлении ~ 0,1 Па, меньшем на 2 порядка по сравнению со стандартным ионным азотированием в аномальном тлеющем разряде. Это исключает повреждение изделий в результате привязки разряда к полостям.

Нагревать в вакууме изделие с площадью поверхности, в несколько раз меньшей можно и без источника напряжения смещения, если использовать само изделие в качестве анода разряда. В камере диаметром 80 см и высотой 100 см с площадью поверхности = 3,5x10 4 см 2 изделия с поверхностью ~ 100 см 2 и ниже быстро нагреваются до высокой температуры, а при постепенной подаче в камеру через отверстие прутка из нержавеющей стали диаметром 8 мм, он при токе разряда 10 - 20 А полностью переплавляется в установленную под ним форму. При использовании в качестве анода установленного на дне той же камеры тигля, заполненного расплавом алюминия, на проводящие образцы осаждаются покрытия в сопровождении ионной бомбардировкой. В отличие от установок с электронно-лучевым испарением материалов образцы постоянно находятся в плотной однородной плазме, и для сопровождения ионной бомбардировкой нужно лишь подать на них относительно тигля отрицательное напряжение смещения.

Если в последнем случае, как и на всех промышленных установках физического осаждения пара (ФОП) с магнетронным распылением, дуговым или электронно-лучевым испарением мишеней, основная доля металлического пара конденсируется не на образцах, а на стенках камеры, то при распылении листовых мишеней из титана, полностью закрывающих стенки камеры диаметром и длиной по 0,5 м (рис. 109), потери материала мишеней вообще исключаются [236]. На мишени и на установленное в центре камеры изделие от двух независимых источников питания подаются по отношению к соединенному с камерой аноду отрицательные напряжения до 1,2 кВ. При давлении аргона 0,03 - 0,3 Па и напряжении на изделии ~ 1 кВ пространство внутри мишеней заполняется однородной плазмой разряда с током в цепи мишеней до 15 А при токе в цепи изделия до 5 А. Низкое напряжение на мишенях ~ 200 В при нагреве и очистке изделия ионами аргона с энергией ~ 1 кВ обусловлено вторичной электронной эмиссией в результате бомбардировки мишеней эмитируемыми изделием электронами с энергией ~ 0,8 кэВ. После предварительной обработки изделия ионами в течение ~ 10 минут напряжение смещения на изделии снижают до 100 — 200 В, и из-за поглощения его поверхностью электронов, эмитируемых мишенями, катодное падение потенциала у поверхности мишеней при токе 10 - 15 А повышается до ~ 1 кВ. В этом режиме мишени интенсивно распыляются, и на изделии в сопровождении бомбардировкой ионами с энергией 100 - 200 эВ осаждается покрытие из титана. Так как распыляемые мишени окружают изделие со всех сторон, распределение толщины покрытия на его поверхности достаточно однородно, и вращать его во время обработки не нужно. Пролетевшие мимо изделия распыленные атомы титана возвращаются на противоположную поверхность мишени. В результате потери материала мишени полностью исключаются. При добавлении к аргону ~ 20 % азота на поверхности неподвижного изделия площадью до 1000 см 2 за 1 час осаждается однородное покрытие из нитрида титана с микротвердостью ~ 2500НУ50 толщиной до 2 мкм.

Предварительная активация поверхности изделия и его нагрев ионами существенно улучшают адгезию и повышают срок службы покрытий. Еще более обнадеживающие результаты получены при импульсно-периодическом сопровождении осаждения ионами с энергией ~ 30 кэВ. Для этого один из источников питания отключается, между изделием и мишенями включается резистор сопротивлением 5 кОм, и на нем формируются импульсы напряжения до 30 кВ длительностью ~ 50 мкс с частотой следования 25 Гц. В результате перемешивания осаждаемых в промежутках между импульсами атомов с основой интерфейс расширяется до величины, соизмеримой с толщиной покрытия, что полностью решает адгезионные проблемы.

Та же камера объемом 0,1 м3 с титановыми мишенями использована при разработке технологии плазменно-иммерсионной имплантации, результаты которой изложены в разделе 5.5. Важной особенностью новой технологии, является то, что энергия бомбардирующих дополнительный анод 14 (рис. 100) вторичных электронов, эмитированных листовыми мишенями 2, и энергия бомбардирующих мишени 2 электронов, эмитированных установленным на держателе 13 изделием, в два раза меньше минимальной энергии бомбардирующих изделие ионов. Это значительно снижает выход рентгеновского излучения и повышает безопасность обслуживания.

6.3. Источники широких пучков быстрых нейтральных молекул

На основе ТРЭУЭ разработаны источники пучков быстрых нейтральных молекул сечением до 10000 см 2 с эквивалентным током до 10 А при энергии молекул от ~ 10 эВ до ~ 10 кэВ для сопровождения пучком осаждения покрытий, травления диэлектриков и низкоэнергетической имплантации [237]. Быстрые молекулы образуются в рабочей вакуумной камере при перезарядке ускоренных ионов вблизи единственной эмиссионной сетки (рис. 79). Для под держания в этих источниках при давлении ~ 0,1 Па сильноточного разряда используются либо перепад давления между полыми анодом и катодом (рис. 79), либо облучение катода электронами с энергией 0,5 - 2 кэВ (рис. 93), например, в источл нике пучка сечением 900x160 мм с эквивалентным током до 2 А при любой энергии от 100 эВ до 4 кэВ, представленном на рис. 110.

6.4. Универсальные источники широких пучков электронов и быстрых молекул, совмещенных с потоком металлического пара

Погружение мишени в плазменный эмиттер источника быстрых молекул превращает его в универсальный источник электронов, быстрых молекул и металлического пара (рис. 111 и 112). При подаче на мишень отрицательного напряжения до нескольких кВ она интенсивно распыляется. Через сетку с прозрачностью 80 % образующийся пар поступает на поверхность изделий, и его

Рис.109. Фотография экспериментальной установки с распыляемыми ионами аргона водоохлаждаемыми мишенями из листового титана для осаждения покрытий из нитрида титана, в которой полностью исключены потери материала мишеней.

Рис. 111. Фотография аксиально-симметричного универсального источника с цилиндрической эмиссионной поверхностью 2000 см2 и титановой мишенью на ее оси с площадью равномерно распыляемой поверхности 600 см2

Рис. 110. Фотография источника пучка быстрых нейтральных молекул прямоугольного сечения 900x160 мм2 с током до 2 А при любой энергии от 100 эВ до 4000 эВ

Рис. 112. Фотография универсального источника с круглым сечением пучка диаметром 20 см и двумя распыляемыми мишенями из титана и алюминия для нанесения покрытий из (Ti,Al)N в сопровождении быстрыми молекулами с энергией 50-100 эВ после нагрева подложек электронным пучком и активации поверхности молекулами с энергией 600 - 800 эВ. i-' v 'Ш осаждение сопровождается бомбардировкой молекулами с энергией 50 - 200 эВ. Предварительно изделия можно нагреть широким электронным пучком мощностью ~ 10 кВт, а их поверхность активировать молекулами с энергией 0,5 -2 кэВ [236]. Универсальные источники позволяют осаждать на нагретую и активированную поверхность покрытия из Тл, А1, СП,А1) и их нитридов со скоростью до ~ 5 - 10 мкм/час [238]. В отличие от магнетронных распылителей вся поверхность мишени распыляется совершенно однородно.

Перспективы применения полученных результатов в технологии обсуждаются в монографии [239].

Заключение

Результаты исследований тлеющих разрядов с электростатическими ловушками позволили решить основные задачи, обозначенные во введении настоящей докторской диссертации, существенно расширить знания о разряде с электростатическим удержанием электронов, выяснить физический смысл эффекта электростатической ловушки и объединить разряды с полым катодом, с катодом-лабиринтом и с цилиндрическим катодом в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, в одну группу тлеющих разрядов с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ). Среди наиболее значимых результатов работы можно выделить следующие.

1. Впервые экспериментально и теоретически доказано, что эффект электростатической ловушки (ЭЭЛ), ранее известный лишь как эффект полого катода, не зависит от типа ловушки, будь то полый катод, многостержневой катод-лабиринт или цилиндрический катод в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, и обусловлен во всех указанных случаях ионизацией газа многократно возвращающимися из плазмы в катодный слой и размножающимися в нем быстрыми электронами;

2. Впервые для тлеющих разрядов с полым катодом, с многостержневым катодом-лабиринтом и с цилиндрическим катодом в магнитном поле, параллельном образующей цилиндра, экспериментально установлены общие закономерности, в том числе специфические свойства (независимость при постоянном катодном падении потенциала ширины d катодного слоя от давления и ее прямо пропорциональная зависимость от средней длины пробега электронов между точками поворота в слое), позволяющие объединить их в одну группу тлеющих разрядов с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ).

3. Для ловушек разных типов и геометрических форм установлены универсальные параметры, определяющие характеристики тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов (ТРЭУЭ) и границы трех характерных диапазонов давления области ЭЭЛ.

4. Показано, что в верхнем диапазоне при постоянном катодном падении потенциала U с уменьшением давления р ЭЭЛ проявляется в снижении pd и в увеличении jlp , где j - плотность тока на катоде, т. е. в нарушении характерных свойств тлеющего разряда без электростатического удержания электронов (pd = const и jlp2 = const), в среднем диапазоне разряд обладает, кроме того, специфическими свойствами (dla = const и ja = const при постоянном U), а в нижнем диапазоне при постоянном токе с уменьшением давления U растет, эмитированные катодом электроны и первые поколения электронов, образованных в катодном слое, значительную долю своей энергии уносят из ловушки, и разряд поддерживают последующие поколения образованных в слое электронов.

5. Выполнен расчет ионизации газа в среднем диапазоне давления области ЭЭЛ первым поколением образованных в слое электронов, и получены аналитические выражения вольтамперных характеристик, хорошо согласующиеся с экспериментом, установлено и подтверждено экспериментально подобие разрядов с электростатическими ловушками.

6. Выявлены факторы, определяющие нижнее рабочее давление ТРЭУЭ: потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов или распад анодной плазмы двойного электростатического слоя в проводящем ток плазменном канале при расположении анода снаружи ловушки и при ограниченном напряжении источника питания.

7. При расположении анода снаружи ловушки для разных геометрических форм ее выходного отверстия получен и подтвержден экспериментально критерий образования вблизи отверстия двойного электростатического слоя, доказана независимость друг от друга ионизации газа в ловушке и ионизации газа в анодной плазме двойного слоя, изучена зависимость геометрической формы двойного слоя от давления и площади отверстия, и обнаружена вращательная неустойчивость анодной плазмы слоя при малой площади отверстия.

8. Определена граничная ширина электростатической ловушки с анодом, расположенным за ее пределами, подразделяющая все ловушки на малые, в которых единственной причиной погасания разряда с уменьшением давления являются потери энергии покидающих ловушку быстрых электронов, и большие, в которых погасание может быть также обусловлено распадом анодной плазмы двойного электростатического слоя вблизи отверстия ловушки.

9. Исследована новая форма ТРЭУЭ с катодным падением потенциала в сотни вольт и анодным падением от единиц до десятков киловольт, позволяющая формировать пучки ускоряемых в промежутке между плазмой и анодом электронов с энергией до 50 кэВ и током до десятков ампер, экспериментально доказано, что катодное падение потенциала в этом разряде не зависит от анодного и, как и в ТРЭУЭ без высоковольтного анодного падения, заметно повышается лишь в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ. Критерий образования в ТРЭУЭ с внешним расположением анода двойного электростатического слоя является при давлении 0,01 - 0,1 Па критерием стабилизации вблизи отверстия ловушки вогнутой поверхности плазменного эмиттера электронов.

10. Установлено, что в нижнем диапазоне давления области ЭЭЛ кривая зависимости катодного падения и от тока I квазистационарного ТРЭУЭ имеет при токе в десятки ампер максимум высотой до нескольких киловольт, из-за которого величина тока, устанавливающегося при зажигании разряда, неоднозначно определяется нагрузочной характеристикой источника питания, причем положение максимума при изменении ширины ловушки от ~ 1 до ~ 100 см изменяется незначительно.

11. Экспериментально доказано, что увеличение электронной эмиссии на катоде в результате его бомбардировки электронами с энергией до нескольких кэВ или в результате инжекции электронов в ловушку через сетчатый катод снижает катодное падение потенциала до ~ 100 В и уменьшает содержание в плазме примесей материала катода.

Достигнутые в настоящей работе значительные количественные изменения параметров тлеющего разряда (уменьшение на несколько порядков рабочего давления, повышение на несколько порядков степени ионизации газа, переход к вакуумному режиму разряда при длине свободного пробега молекул, превышающей ширину разрядного пространства, и переход тлеющего разряда с током до 0,1 - 1 кА в режим самораспыления, сопровождающийся изменением состава газовой среды) обеспечили тлеющему разряду с холодным катодом без магнитного поля новое качество и существенно расширили диапазон его практического использования при разработке генераторов плазмы и источников пучков ускоренных частиц.

1. Suzuki К., Okudaira S., Sakudo N. at al. Microwave plasma etching. // Jap. J. Appl.Phys., 1977. V. 16. No l.P. 1979-1984.

2. Handbook of vacuum arc science and technology: fundamentals and applications // edited by R. L. Boxman, Ph. J. Martin, D. Sanders, Park Ridge, New Jersey, U.S.A.: Noyes Publications, 1995.

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

4. Benhassine М. et al. Obtention d' un plasma de forte (5x10 11 cm" 3) dans une decharge multipolaire de grande dimension. // Revue Phys. Appl. 1984, V. 19. No 7. P. 545-553.

5. Willins D. J., Boyd R. L. F. A study of the electron emission processes in a hollow cathode discharge. //J. Phys. D: Appl. Phys. 1973. V. 6. No 12, P. 1447 1454.

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

7. Francis G. The glow discharge at low pressure. // Handbuch der Physik, Band XXII, Springer Verlag, 1956.

8. Парфентъев А. И. Отступления от закона Геля для некоторых форм тлеющего разряда. // Доклады АН СССР. 1940, Т. 26. Вып. 8. С. 762 764.

9. Paschen F. Bohrs Heliumlinien. I I Ann. der Phys. 1916. V. 50. No 16. P. 901 -940.

10. Paschen F. Die Funkenspektren des Aluminium. I. Teil. // Ann. der Phys. 1923. V. 71, No 9-12. P. 142-161.

11. Paschen F. Die Funkenspektren des Aluminiums. Teil II. // Ann. der Phys., 1923. V. 71. No 16. P. 537-561.

12. Schüler H. Über Potentialgefälle an Elektroden in Gasentladungsröhren. // Physikalische Zeitschrift. 1921. V. 22. No 9. P. 264-268.

13. Günther-Schulze A. Die Stromdichte des normalen Kathodenfalles. // Zeitschr. für Phys. 1923. V. 19. No 5/6. P. 313-332.

14. Günther-Schulze A. Einige neue charakteristische Abschtände bei der Glimmentladung // Zeitschr. für Phys. 1924. V. 30. No 3. P. 175 186.

15. Кучеренко E. Т., Зыкова Е. В. Полый холодный катод конической формы. // Радиотехника и электроника 1975. Т. 20. С. 438-439.

16. Hufford М. Е. On the discharge electricity between equipotential plates. // Philosophical Magazine. 1925. V. 50. No 300. P. 1197 1214.

17. Stephenson W. On the effect of the shape of the cathode on the glow discharge // Philosophical Magazine. 1926. V. 2. No 9. P. 556 577.

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

19. Güntherschulze А. Glimmentladung an Hohlkathoden. // Zeitschr. für techn. Phys. 1930. V. 11. No 2. P. 49-54.

20. Badareu E., Popovici C., Iova /., Somesan M. Hohlkathodeneffekt in Caesium-Dampf. // Ann. der Phys. 7. Folge. 1965. V. 15. P. 313 320.

21. Döpel R. Die Bedeutung des Ähnlichkeitsgesetzes für die Abhängigkeit der Doppelkatoden-Glimmentladung vom Gasdruck und Katodenabstand. // Wiss. Zeitschr. der Techn. Hochschule Ilmenau 1965. V. 11. No 1. P. 9 18.

22. Van Voorhis С. С., Shenstone A. G. Some characteristics of hollow-cathode discharge tubes. // Rev. Sei. Instrum. 1941. V. 12. No 5. P. 257 261.

23. Helm H. Experimenteller Nachweis der Pendel-Effektes in einer zylindrischen Niederdruck-Hohlkathoden-Entladung in Argon. // Zeitschrift Naturforsch. 1972. V. 27a. No 12. P. 1812- 1820.

24. Тиманюк В. А. Экспериментальное исследование тлеющего разряда с цилиндрическими полыми катодами различной геометрии в инертных газах. // Кандидатская диссертация. Харьков: ХГУ, 1983.

25. Krug W. Eine neue Glimmentladungserscheinung und ihre Anwendungsmöglichkeit für Braunsche Röhren mit niedrigen Kathodenspannungen. // Die Naturwissenschaften, 1935. V. 23. No 22. P. 355.

26. Krug W. Eine neue Glimmentladungserscheinung und ihre Anwendungsmöglichkeit für Braunsche Röhren mit niedrigen Kathodenspannungen. // Archiv für Elektrotechnik, 1936. V. 30. No 3. P. 157 183.

27. Popovici С., Balaceanu М., Ceausescu N., Avram E. Descarcari electrice de inalta tensune cu catod concav. // St. Cere. Fiz. 1980. V. 32. No 8. P. 889 907.

28. Drost H., Timm U., Pupke H. Zwei Formen der Niederdruck-Glimmentladung in Sauerstoff. // Ann. Der Phys. 7. Folge. 1963. V. 12. P. 186 194.

29. Sturges D. J., Oskam H. J. Studies of the properties of the hollow cathode glow discharge in helium and neon. // J. Appl. Phys. 1964. V. 35, No 10. P. 2887 -2894.

30. Ciobotaru D. Der Doppelkathodeneffekt und die Randbedingungen // Rev. Roum. Phys. 1972. V. 17. No 10. P. 1191-1198.

31. Döpel R. Empirie und Grundlagen einer Theorie der Hohlkathodenentlagung. // Wiss. Zeitschr. Der Techn. Hochschule Ilmenau. 1969. V. 15. No 1. P. 55 71.

32. Badareu E., Popescu I. Researches on the double cathode effect. // J. Electr. Control. 1958. V. 4. No 4. P. 503 514.

33. Бородин В. С., Гофмейстер В. П., Каган Ю. М, Коволлик Г. О характере эмиссии электронов с катода в разряде в полом катоде. // Журнал технической физики. 1968. Т. 38, Вып. 10. С. 1814 1817.

34. Кириченко В. И., Коновалов В. М., Ткаченко В. М. Сравнение продольного распределения тока в импульсном и стационарном разрядах с цилиндрическим полым катодом. // Вестник Харьковского ун-та № 130. Радиофизика и электроника. 1975. Вып. 4. С. 80-83.

35. Stör/ H., Märk T. D., Allis W. P., Pähl M. Investigation of the breakdown in an argon low pressure hollow cathode. // Proc. of 12-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Eindhoven. 1975. Contrib. Pap. Part 1. P. 96.

36. Грекова Г. В., Лапшин Е. И., Охматовский Г. В. и Слукин Е. В. Распределение плотности разрядного тока по длине полого катода закрытой формы и ширины области катодного падения потенциала. // Журнал технической физики. 1980. Т. 50. Вып. 10. С. 2232-2234.

37. Афанасьева В. Л., Лукин А. В., Мустафин К С. Определение функции распределения электронов по энергиям в разряде с полым катодом в смеси гелия и неона. // Журнал технической физики. 1966. Т. 36. Вып. 3. С. 526 532.

38. Fujii К., Takahashi T., Asami Y. Hollow-cathode type CW white light laser. // IEEE J. Quantum Electronics. 1975. V. QE-11. No 3. P. 111 114.

39. Mizeraczyk J., Urbanik W. Electron energy distribution function (0 40 eV range) in helium in transverse hollow-cathode discharge used for lasers. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1983. V. 16. No 11. P. 2119-2133.

40. Жиглинский А. Г., Хлопина T. H. Исследование механизма формирования газовой температуры разряда в охлаждаемом полом катоде. // Журнал прикладной спектроскопии. 1968. Т. 8. Вып. 4. С. 562 570.

41. Бородин В. С., Каган Ю. М. Исследование разряда в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1965. Т. 18. Вып. 6. С. 966 967.

42. Бородин В. С., Каган Ю. М. Исследование разряда в полом катоде. I. Сравнение электрических характеристик полого катода и положительного столба. // Журнал технической физики. 1966. Т. 36. Вып. 1. С. 181 185.

43. Бородин В. С., Каган Ю. М, Лягущенко Р. И. Исследование разряда в полом катоде. И. // Журнал технической физики. 1966. Т. 36. Вып. 7. С. 1198 1201.

44. Бородин В. С., Герасимов Г. Н., Каган Ю. М. Исследование аксиальных и радиальных неоднородностей в разряде в полом катоде в гелии. // Журнал технической физики. 1967. Т. 37. Вып. 2, С. 392-395.

45. Гофмейстер В. И., Каган Ю. М. Об электрических характеристиках разряда в полом катоде в неоне. // Rev. Roum. Phys. 1968. V. 13. No 1. P. 19-24.

46. Гофмейстер В. И., Каган Ю. М. Механизм возбуждения в полом катоде в аргоне. // Оптика и спектроскопия. 1969. Т. 26. Вып. 5. С. 689 695.

47. Десаи Ш. К, Каган Ю. М. Об электрических и оптических свойствах разряда в полом катоде в смеси ртути с гелием. // Оптика и спектроскопия. 1969. Т. 27, Вып. 1.С. 34-41.

48. Тютюнник В. Б., Ткаченко В. М. Деяю результата зондових визм1рювань в розряд1 з порожнистим катодом. // Вюник Харювського ушверситету № 80. Радю<|изика i електрошка. 1972. Вып. 1. С. 67 69.

49. Афанасьева В. Л., Лукин А. В., Мустафин К. С. Распределение электронов по энергиям в смеси неон-водород в разряде полого катода. // Журнал технической физики. 1967. Т. 37, Вып. 2. С. 327 329.

50. Солдатов А. Н., Климкин В. М, Муравьев И. И., Гуляев Ю. Н. О влиянии неупругих столкновений электронов с атомами на распределение электронов в разряде с полым катодом. // Изв. вузов Физика. 1970. Вып 6. С. 149 - 151.

51. Солдатов А. Н. Особенности распределения электронов по энергиям в разряде с полым катодом в гелии. // Оптика и спектроскопия. 1971. Т. 31. Вып. 2. С. 181-189.

52. Каган Ю. М., Тароян А. С. Возбуждение гелия в разряде в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1973. Т. 35. Вып. 2. С. 205 -212.

53. Каган Ю. М., Тароян А. С. Возбуждение смеси He-Ne в разряде в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1973. Т. 35. Вып. 3. С. 417 421.

54. Каган Ю. М, Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н. Механизм формирования функции распределения электронов и абсолютные интенсивности излучения в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1972. Т. 33. Вып. 3. С. 430 -435.

55. Каган Ю. М., Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н. О распределении электронов по энергиям в полом катоде. I // Журнал технической физики. 1972. Т. 42. Вып. 8. С. 1686- 1692.

56. Каган Ю. М, Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н. Об интенсивностях ионных и атомных линий в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1973. Т. 35. Вып. 3. С. 422-426.

57. Каган Ю. М., Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н. О распределении электронов по энергиям и возбуждении в полом катоде в смеси инертных газов. // ЖТФ. 1973. т. 43. Вып. 11. С. 2332-2339.

58. Каган Ю. М., Лягущенко Р. И., Тароян А. С., Хворостовский С. Н. О распределении электронов по энергиям в полом катоде. II // Журнал технической физики. 1973. Т. 43. Вып. 7. С. 1488 1495.

59. Каган Ю. М., Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н., Ходорковский М. А. О распределении электронов по энергиям в полом катоде. III // Журнал технической физики. 1975. Т. 45. Вып. 9. С. 1834 1838.

60. Каган Ю. М, Лягущенко Р. И., Хворостовский С. Н., Ходорковский М. А. О распределении электронов по энергиям в полом катоде. IV // Журнал технической физики. 1975. Т. 45. Вып. 9. С. 1839 1846.

61. Апостол И., Каган Ю. М., Лягущенко Р. К, Хворостовский С. Н., Ходорковский М. А. О процессах возбуждения и разрушения уровней гелия в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1977. Т. 42. Вып. 2. С. 256 263.

62. Хворостовский С. Н. О балансе заряженных частиц в плазме газового разряда с полым катодом. // Журнал технической физики. 1980. Т. 50. Вып. 9. С. 1876- 1885.

63. Kagan Yu. М. Rate of ionisation and density of electrons in a hollow cathode. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1985. V. 18. No 6. P. 1113-1123.

64. Emeleus K. G. Note on recombination and diffusion in hollow cathode tubes. J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17, No 3. P. L53 - L55.

65. Mizeraczyk J. Electron energy distribution function (0 40 eV range) in helium in a high-voltage discharge in a hollow-cathode used for lasers. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1984. V. 17. P. 1647- 1656.

66. Mizeraczyk J., Neiger M. On the high-voltage regime of the discharge in hollow-cathode tube.//Appl. Phys. 1984. V. В 33. No l.P. 17-21.

67. Охматовский Г. В. Измерение тока быстрых электронов в тлеющем разряде с полым катодом. // Журнал технической физики. 1978. Т. 48, Вып. 5. С. 945 -948.

68. Габович М. Д., Пасечник Л. JI. Аномальное рассеяние электронов и возбуждение плазменных колебаний. //ЖЭТФ. 1959. Т. 36. Вып. 4. С. 1025 1033.

69. Handle F., Pahl М., Holzmarm P., Howorka F., Lindinger W. Fast electrons in hollow cathode plasmas. // Proc. of 13-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Berlin, 1977. Contrib. Pap. Part 1. P. 309 310.

70. Holzmann P., Pahl M., Lindinger W. Angular distribution of fast electrons from a hollow cathode discharge. // Proc. of 13-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Berlin, 1977. Contrib. Pap. Part 1. P. 311 312.

71. Handle F., Lindinger W., Howorka F., Pahl M. Density of fast electrons on the axis of a cylindrical hollow-cathode discharge. // Beitr. Plasmaphys. 1984. V. 24. No 4. P. 407-416.

72. Gheorghiu O., Gheorghe V. Plasma density in a hollow cathode geometry from electronic tuning. // Rev. Roum. Phys. 1970. V. 15. No 9. P. 1059 1063.

73. Hildebrandt J. Microwave diagnostic of the pulsed plasma generation in the hollow-cathode glow discharge. // Z. Naturforsch. 1983. V. 38a. No 10. P. 1088 -1092.

74. Коновалов В. M., Ткаченко В. М., Тютюнник В. Б. Некоторые характеристики импульсного разряда с цилиндрическим полым катодом в аргоне. // Вестник Харьковского ун-та № 130. Радиофизика и электроника. 1975. Вып. 4. С. 83 -85.

75. Yamashita M., Kimura M. Spatial change of rise time of spectral line intensities in hollow cathode discharge tube. // Jap. J. Appl. Phys. 1980. V. 19, No 8, P. L449 -L452.

76. Popovici C., Somesan M. On the emission spectrum of the negative glow plasma of a hollow-cathode discharge in magnetic field. // Appl. Phys. Letters. 1966. V. 8. No 5. P. 103- 105.

77. Тиманюк В. А., Ткаченко В. M. Исследование оптических характеристик разряда с цилиндрическим полым катодом в гелии. // Вестник Харьковского унта №203. 1980. С. 69-71.

78. Богданова И. П., Чен Ги-Тхек. О концентрациях возбужденных атомов неона при разряде в полом катоде. // Оптика и спектроскопия. 1957. Т. 11. Вып. 6. С. 681 -688.

79. Толанский С. Спектроскопия высокой разрешающей силы. М.: Издательство иностранной литературы, 1955.

80. Schüler Н. Über eine neue Lichtquelle und ihre Anwendungsmöglichkeiten. // Zeitschr. für Phys. 1926. V. 35, No 5, P. 323 337.

81. Dyulgerova R. B. On the effect of pulse feeding applied to an aluminum-hollow-cathode discharge. // Bulgarian J. Phys. 1980. V. 7. No 1. P. 90 93.

82. Mohamed S. Z, Petkov A. P. Use of time-resolving high resolution spectroscopy in the investigation of pulse hollow-cathode discharges. // Journal de physique. Colloque C7. 1979. V. 40. Suppl. No 7. P. 195 -196.

83. Sullivan J. V., Walsh A. High intensity hollow-cathode lamps. // Spectrochim. Acta. 1965. V. 21. P. 721-726.

84. Delibas M., Mindreci I. The study of certain excitation characteristics of the discharges in a hollow cathode spectral lamp. // An. Sti. Univ. Iasi. 1978. Sec. Ib. V. 24. P. 61-64.

85. Саенко В. А., Деркач А. А., Борисенко А. Г. Температурные исследования полого катода-тигля в электрическом разряде. // ТВТ. 1988. Т. 26. Вып. 3. С. 450-454.

86. Timanyuk V. A., Tkachenko V. М. Hollow cathode temperature effect on the glow discharge in helium. // Proc. of 15-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Minsk, 1981. Contrib. Pap. Part 2. P. 771 772.

87. Schüler H., Gollnow H. Über die Verteilung der Rotationszustände bei einem Elementarprozeß der Molekülbildung (keine Bolzmann-Verteilung) und die Änderung der relativen Übergangswahrscheinlichkeit. // Zeitschr. für Phys. 1938. V. 111. No 3. P. 714 725.

88. Teixeira M. R., Rodrigues F. C. The state of equilibrium in a hollow cathode glow discharge. III. Phys. D: Appl. Phys. 1979. V. 12. P. 2173 -2180.

89. Danzmann K., Kock M. Population densities in a titanium hollow cathode. // J. Phys. B: At. Mol. Phys. 1981. V.14. No 16. P. 2989 2993.

90. Gerstenberger D. C., Solanski R., Collins G. J. Hollow cathode metal ion lasers. // IEEE J. Quant. Electron. 1980. V. 16. No 8. P. 820 834.

91. Zyrnicki W., Osinska E. Spectroscopic studies of the hollow cathode discharge. // Czechosl. J. Phys. 1982. V. В 32. No 11. P. 1303 1304.

92. Humphrey J. N., Adams D. L., Whaling W. Atomic level populations in the hollow cathode discharge. //J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1984. V. 31. No 1. P. 1 -5.

93. Mitchell К. B. Spectroscopic studies of ionization in a hollow-cathode discharge. //J. Opt. Soc. Am. 1961. V. 51. No 8. P. 846 853.

94. Kidrasov F. Kh. Excitation of magnesium in hollow cathode discharge. // J. Physique. 1979. V. 40. Suppl. No 7. P. 121 122.

95. Falk H. Über die optische Anregung im negativen Glimmlicht einer Hohlkathoden-entladung. // Ann. der Phys. 1965. V. 16. No 3/4. P. 160 173.

96. Белоусова И. М., Знаменский В. Б. О механизме заселения некоторых уровней неона в разряде полого катода. // Журнал технической физики. 1969. Т. 39. Вып. 6. С. 1140-1143.

97. Пачева Й. X., Праматаров П. М., Стефанова М. С. Инверсное заселение ионных уровней криптона и аргона в разряде с полым катодом. // Матер, симп. ученых соц. стран «Актуальные проблемы спектроскопии». Москва, 18 -22 июня 1984. М., 1985. С. 267-271.

98. Devyatov А. М., Fazlaev V. Kh., Malkov М. A., Volkova L. М. On mechanism of Ba and Sr ions formations in hollow cathode discharge. // Proc. of 13-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases. Berlin, 1977. Contrib. Pap. Part 1. P. 305 306.

99. Kuen I., Stori H., Howorka F. Spectroscopic investigations of a hollow cathode discharge in helium. // Symp. Atom, and Surface Phys." 80, Salzburg, 1980. Contrib. Insbruck. P. 159- 166.

100. Ш.Пиотровский Ю. А., Толмачев Ю. Л. Спектроскопическое исследование плазмы, образованной мощным электронным потоком в инертных газах. // Журнал прикладной спектроскопии. 1980. Т. 32. Вып. 8. С. 974 978.

101. Ernie D. W., Oskam Н. J. Energy-transfer processes in decaying helium-copper gaseous plasmas. //Phys. Rev. A. 1981. V. 23. No 1. P. 325 333.

102. Кравченко В. Ф., Михалевский В. С., Папакин В. Ф. Возбуждение линий Не при импульсном разряде в полом катоде. // Журнал технической физики. 1974. Т. 44. Вып. 10. С. 2173-2174.

103. Кравченко В. Ф., Папакин В. Ф. Кинетика образования плазмы внутри полого цилиндрического катода при импульсном разряде. // Журнал технической физики. 1973. Т. 43. Вып. 10. С. 2057 2060.

104. Langenwalter М., Grossl М., Mark Т. D. Hollow cathode stationary afterglow apparatus. // Proc. of 13-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Berlin, 1977. Contrib. Pap. Part 1, P. 45 46.

105. Wl.Musha T. Cathode sputtering in hollow cathode discharges. // J. Phys. Soc. Japan. 1962. V. 17. No 9. P. 1440 1446.

106. Musha Т. Theory of negative resistance in hollow cathode discharges. // J. Phys. Soc. Japan, 1962. V. 17. No 9. P. 1447 1453.

107. Somesan M. Selfabsorbtion and cathode sputtering in hollow cathode discharge in magnetic field. //Rev. Roum. Phys. 1971. V. 16. No 4. P. 407-411.

108. Ibadov S. On the formation of plasma carbon component in the hollow cathode anomalous glow discharge. // Journal de physique. Colloque C7. 1979. V. 40. Suppl. No 7. P. 173-174.

109. White A. D. New hollow cathode glow discharge. // J. Appl. Phys. 1959. V. 30, No 5, P. 711-719.

110. Warner В. E., Persson К. В., Collins G. J. Metal-vapor production by sputtering in a hollow-cathode discharge: Theory and experiment. // J. Appl. Phys. 1979. V. 50. No 9. P. 5694-5703.

111. Koch H., Eichler H. J. Particle densities in high current hollow cathode discharges. // J. Appl. Phys. 1983. V. 54. No 9. P. 4939 4946.

112. Rybnicek J. Corpuscular diagnostics of a hollow-cathode discharge III. The metal-ions-regime evolution. // Czech. J. Phys. 1980. V. В 30. P. 1307 - 1314.

113. Christov N. N. On the Cu2 bands in the cold cathode discharge in inert gas. // J. Mol. Struct. 1984. V. 115. Proc. 16-th Eur. Congr., Sofia, 12- 16 Sept., 1983. Pt. C. P. 177- 180.

114. Winiarczyk W., Krause L. Production of copper vapor in a pulsed hollow cathode discharge. // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1985. V. 33. No 6. P. 581 -589.

115. Phillips С. E. S. II Proc. Roy. Soc. 1898. V. A64, P. 172 179.

116. Phillips С. E. S. II Phil. Trans. Roy. Soc. 1901. V. A197, P. 135 139.

117. Penning F. M. Ein neues Manometer für niedrige Gasdrucke, insbesondere zwischen 10~3 und KT5 mm. // Phisica, 1937. V. 4. No 2. P. 71 75.

118. Knauer W. Mechanism of the Penning discharge at low pressures. // J. Appl. Phys. 1962. V. 33. No 6. P. 2093 2099.

119. Крейнделъ Ю. E., Ионов А. С. Некоторые особенности разряда в трубках типа Пеннинга при низких давлениях. // Журнал технической физики. 1964. Т. 34. Вып. 7. С. 1199- 1204.

120. Жаринов А. В., Кервалишвили Н А. Характеристики разряда низкого давления в поперечном магнитном поле. // Журнал технической физики. 1965. Т. 35. Вып. 12. С. 2194-2207.

121. Penning F. М. Die Glimmentladung bei niedrigem Druck zwischen koaxialen Zylindern in einem axialen Magnetfeld. // Phisica, 1936. V. 3. No 9. P. 873 894.

122. Popovici С., Raicu D., Gheorghe V. On the V I characteristic of the double-cathode discharge in a longitudinal magnetic field. // Ann. der Phys. 1970. V. 24. No 3/4. P. 142- 146.

123. Balaceanu M., Popovici C., Ceausescu N. Pavelescu G. Determination of plasma parameters and discharge characteristics in a low-pressure reflex discharge. // Rev. Roum. Phys. 1980. V. 25. No 7. P. 793 805.

124. Кучеренко E. Т., Саенко В. А. Отражательный разряд в слабом магнитном поле. // Журнал технической физики. 1967. Т. 37. Вып. 1. С. 112-117.

125. Adgur В., Temstroem U. Instabilities in Penning discharge. // Phys. Rev. Lett. 1964. V. 13. No l.P.5-7.136 .Allison J., Chambers B. Reflex discharge in argon using brush cathodes. // Electron. Lett. 1966. V. 2. No 12. P. 443 444.

126. Ткаченко В. Н., Тютюппик В. Б. Разряд с полым катодом в магнитном поле. // Журнал технической физики. 1972. Т. 42. Вып. 1. С. 67 70.

127. Ткаченко В. Н., Тютюнник В. Б. Експериментальне дослщження розряду з порожнистим катодом в магштному поль // Вюник Харювського ушверситету № 80. Радюф1зика i електрошка. 1972. Вып. 1. С. 127 132.

128. Сорокина В. М., Ткаченко В. М. Исследование влияния магнитного поля на разряд с никелевым цилиндрическим полым катодом в гелии. // Вестник Харьковского ун-та № 163. Радиофизика и электроника. 1978. Вып. 7. С. 83 — 84.

129. Pavelescu G., Ghita C., Balaceanu M. Experimental investigations of discharge characteristics and plasma parameters of a cylindrical cathode discharge in a magnetic field. II. Plasma parameters. // Beitr. Plasmaphys. 1984. V. 24. No 3. P. 237 -246.

130. Szczepanska H., Mizeraczyk J., Venzke D. On a transverse abnormal glow discharge between two cylindrical electrodes in nitrogen. // Acta Phys. Acad. Sci. Hung. 1981. V. 50. No 3. P. 263 273.

131. Szczepanska H., Venzke D., Mizeraczyk J. Study of a transverse abnormal glow discharge between two cylindrical electrodes in nitrogen. // Proc. of 15-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Minsk, 1981. Contrib. Pap. Part 2. S. 1. P. 765-766.

132. Gill W. D., Kay E. Efficient low pressure sputtering in a large inverted magnetron suitable for film synthesis. // Rev. Sci. Instrum. 1965. V. 36. No 3. P. 277 -282.

133. Кузьмичев А. И., Шендаков А. И. Влияние поперечного магнитного поля на концентрацию ионов в сверхплотном тлеющем разряде. // Изв. вузов Радиофизика. 1979. Т. 22. Вып. 7. С. 884 - 887.

134. Васильева Г. Г, Крейнделъ Ю. Е. Эффект полого катода в разряде типа Пеннинга низкого давления. // Журнал технической физики. 1969. Т. 39. Вып. 2. С. 298-301.

135. Груздев В. А., Крейнделъ Ю. Е., Троян О. Е. Инициирование разряда с холодным полым катодом газомагнетроном. // Журнал технической физики. 1980. Т. 50. Вып. 10. С. 2108-2111.

136. Grusdev V. A., Kreindel Yu. Е., Troy an О. Е. The cold hollow cathode discharge initiation at low pressure. // Proc. of 15-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Minsk, 1981. Contrib. Pap. Part 2. S. 1. P. 711-712.

137. Schmidt G. C. Der dunkle Kathodenraum. // Ann. der Phys. 1903. V. 12. No 11. P. 622 652.

138. Iova I., Dobre M., Katrib S. Effet «cathode creuse» en geometrie cylindrique en employant comme gaz He + H2. // Rev. Roum. Phys. 1979. V. 24. No 9. P. 931 -940.

139. Настич Ю. H., Абрамович Л. Ю. Энергии положительных ионов, приходящих на полый катод сверхплотного тлеющего разряда. // Журнал технической физики. 1972. Т. 42. Вып. 5. С. 1022 1026.

140. Грекова Г. В., Лапшин Е. И., Охматовский Г. В. Изменение структуры катодного слоя при переходе от аномального тлеющего разряда к тлеющему разряду с полым катодом. // Письма в ЖТФ. 1975. Т. 1. Вып. 6. С. 299 302.

141. Грекова Г. В., Лапшин Е. И., Охматовский Г. В. О массовом составе ионов в разряде с полым катодом. // Журнал технической физики. 1978. Т. 48. Вып. 9. С. 1979- 1981.

142. Iova /., Dobre М, loan A. Hollow effect with electronic and ionic injection. // Rev. Roum. Phys. 1980. V. 25. No 6. P. 657-661.

143. Dobre M., Iova I. Effect catodic cavitar in geometria catozilor cilindrici coaxiali in gas monoatomic. // St. Cere. Fiz. 1980. V. 32. No 8. P. 815 820.

144. Iova I, Ilie M, Dobre M. L' effet cavitaire en geometrie cylindrique a injections electronoque et ionique dans He et Ne. // An. Univ. Bucuresti. Fizica. 1981. V. 30, P. 19-23.

145. Iova /., Cher a I., Ganciu-Petcu M. On a pulsed hollow cathode discharge in cylindrical geometry. // Rev. Roum. Phys. 1984. V. 29. No 6. P. 519 524.

146. Sugawara M. et al. A hollow-cathode discharge as a cold uniform plasma source. //J. Phys. D: Appl. Phys. 1981. V. 14. No 9. P. L137 -L140.

147. Persson K.-B. Brush cathode plasma a well-behaved plasma. // J. Appl. Phys. 1965. V. 36. No 10. P. 3086 - 3094.

148. Musal H. M. An inverse brush cathode for the negative-glow plasma source. // J. Appl. Phys. 1966. V. 37. P. 1935 1937.

149. Тиманюк В. А., Ткаченко В. M., Тютюнник В. Б. Усиление тока в тлеющем разряде с плазменным полым катодом. // Вестник Харьковского ун-та № 180. Радиофизика и электроника. 1979. Вып. 8. С. 105 107.

150. Визирь А. В., Оке Е. М., Щанин П. М., Юшков Г. Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников. // Журнал технической физики. 1997. Т. 67. Вып. 6. С. 27 31.

151. Никитинский В. А., Журавлев Б. И. Разряд, контрагированный в скрещенных полях с холодным полым катодом. // Журнал технической физики. 1980. Т. 50. Вып. 2. С. 440-442.

152. Никитинский В. А., Журавлев Б. И. Условия существования разряда с холодным катодом, контрагированного в сктещенных полях // Журнал технической физики. 1982. Т. 52. Вып. 5. С. 880 883.

153. Никитинский В. А., Журавлев Б. И., Гапоненко А. Т. Двухкаскадный самостоятельный разряд низкого давления // Журнал технической физики. 1985. Т. 55. Вып. 8. С. 1637- 1639.

154. Paassen Н. L. L., Muly Е. С., Allen R. J. Electron beam phenomena associated with perforated wall hollow cathode discharges. // Proc. of the National Electronics Conference. 1962. V. 18. P. 590 596.

155. ПО. Paassen H. L. L., Muly E. C., Allen R. J. Cold hollow cathode discharge welding. // Proc. of the National Electronics Conference. 1962. V. 18. P. 597 600.

156. Geiger К. Ein neuer Effekt bei Glimmentladung in Argon. // Zeitschr. für Phys. 1937. V. 106. No l.P. 17-34.

157. Badareu E., Popescu /., Iova I. Beiträge zur Klärung des Mechanismus des Doppelkathodeneffektes. // Ann. der Phys. 1960. V. 5. P. 308 326.

158. Тиманюк В. А., Ткаченко В. М., Тютюнник В. Б. О механизме тлеющего разряда с цилиндрическим полым катодом. // Вестник Харьковского ун-та № 110. Радиофизика и электроника. 1974. Вып. 3. С. 110 113.

159. MA.Lompe А., Seeliger R., Wolter Е. Untersuchungen an Hohlkathoden. // Ann. der Phys. 1939. V. 36. No l.P. 9-37.

160. Little P. F., Engel A. The hollow-cathode effect and the theory of glow discharges. // Proc. Roy. Soc. 1954. V. A 224. P. 209 227.

161. Helm H. Experimental measurements on the current balance at the cathode of a cylindrical hollow cathode glow discharge. // Beitr. Plasmaphys. 1979. V. 19. No 4. P. 233-257.

162. Badareu E., Popescu I., Iova /. Beiträge zur Klärung des Mechanismus des Doppelkathodeneffektes. // Ann. der Phys. 1960. V. 5. P. 308 326.

163. Тиманюк В. А., Тютюнник В. Б. Сравнение характеристик тлеющего разряда с полым катодом из различных материалов. // Вестник Харьковского ун-та № 130. Радиофизика и электроника. 1975. Вып. 4. С. 78 80.

164. Popovici С., Somesan М., Nistor V. Beam-plasma instability in the hollow cathode discharge // Phys. Lett. 1966. V. 22. No 5. P. 587 588.

165. Popovici С., Somesan M., Nistor V. On the hollow cathode effect mechanism. // Ann. der Phys. 1967. V. 19. No 5/6. P. 225 233.

166. Popovici C. Contributii la studiul instabilitatii fascicul-plasma. // St. Cere. Fiz. 1968. V. 20. No 8. P. 805-845.

167. Кролл H., Трайвелпис А. Основы физики плазмы. M.: Мир, 1975.

168. Gheorghe V. N. VHF oscillations in a discharge with hollow cathode. // Internat. J. Electronics. 1971. V. 31. No 1. P. 65 76.

169. Rozsa K., Rubin G., Janossy M., Apai P. On the glow-to-arc transition in the high current A1 hollow cathode discharges. // Kozp. Fiz. Kut. Intez. 1982. No 97. 11 P.P.

170. Suginuma Y., Nogaki M. Flip-flop type transition (FFTT) between glow and arc discharges in air and in N г- I I Proc. of 15-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Minsk, 1981. Contrib. Pap. Part 2. S. 1. P. 767 768.

171. Tonegawa A., Takayama K. Special feature of the electron energy distribution function of a LaB6 hollow cathode in the glow-arc transition. // Phys. Lett. A. 1990. V. 144. No 3. P. 179- 182.

172. Langmuir I. The interaction of electron and positive ion space charges in cathode sheaths. // Phys. Rev. 1929. V. 33. No 6, P. 954 989.

173. Абрамович JI. Ю., Клярфелъд Б. Н., Настич Ю. Н. Сверхплотный тлеющий разряд с полым катодом. // Журнал технической физики. 1966. Т. 36. Вып. 4. С. 714-719.

174. Абрамович Л. Ю., Клярфелъд Б. Н., Настич Ю. Н. Коэффициент эффективности плазмы 5 сверхплотного тлеющего разряда. // Журнал технической физики. 1969. Т. 39. Вып. 7. С. 1251 1255.

175. Настич Ю. Н. Импульсный тлеющий разряд с полым катодом при большой плотности тока. // Кандидатская диссертация. 1973. М.: ВЭИ.

176. Аксенов И. И., Белоус В. А., Смирнов С. А. Исследование сильноточного тлеющего разряда с полым катодом. // Журнал технической физики. 1975. Т. 45. Вып. 8. С. 1717- 1724.

177. Крижановский В. И., Тихомиров Л. М., Шендаков А. И. Исследование импульсного сверхплотного разряда с полым катодом в магнитном поле. // Электронная техника. Серия 4. Электровакуумные и газоразрядные приборы. 1977. Вып. 1.С. 9-17.

178. Bloess D., Kamber I., Riege H. et al. The triggered pseudo-spark chamber as a fast switch and as a high-intensity beam source // Nuclear Instruments and Methods. 1983. V. 205. P. 173- 184.

179. Anders A., Anders S., Gundersen M., Martsinovskii A. M. Self-sustained self-sputtering. A possible mechanism for the superdense glow phase of a pseudospark. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1995. V. 23. No 3. P. 275 282.

180. Месяц Г. А. Эктоны. Ч. 1. Екатеринбург: Наука, 1993.19в. Anders A., Anders S., Gundersen М. A. Model for explosive electron emission in a pseudospark "superdense glow". // Phys. Rev. Letters. 1993. V. 71. No 3. P. 364 -367.

181. Korolev Yu. D. et al. Limited current for a low-pressure pulsed glow discharge with hollow cathode. // 6 Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, 23 28 Sept., 2002: Proceedings. Томск. 2002. С. 117-120.

182. Сорокина В. М., Тиманюк В. А. Исследование электрических колебаний звуковой частоты в тлеющем разряде с цилиндрическим полым катодом. // Вестник Харьковского ун-та № 138. Радиофизика и электроника. 1976. Вып. 5. С. 91-93.

183. Сорокина В. М., Тиманюк В. А. Исследование низкочастотных колебаний в тлеющем разряде с цилиндрическим полым катодом в поперечном магнитном поле. // Вест. Харьковского ун-та № 227. Внутренние и внешние задачи электродинамики. 1962. С. 63 64.

184. Burrell C. F., Kunze H.-J. Two-photon absorbtion and stimulated Raman scattering on excited helium atoms in a plasma. // Phys. Rev. Lett. 1972. V. 29. No 21. P. 1445- 1449.

185. Hildebrandt J., Kunze H. Measurement of the spectrum of electric-field fluctuations in a plasma by laser-fluorescence spectroscopy. // Phys. Rev. Lett. 1980. V. 45. No 3. P. 183- 186.

186. Hildebrandt J. Voltage modulation in a pulsed hollow-cathode discharge and its relation to the occurrence of plasma satellites. // Phys. Lett. 1983. V. A 95. No 7. P. 365-368.

187. Hildebrandt J. Current spiking a new effect in the pulsed double-plate hollow cathode. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1983. V. 16. No 6. P. 1023 - 1030.

188. Бронштейн И. M., Фрайман Б. С. Вторичная электронная эмиссия. М.: Наука, 1969.

189. Алхазов Г. Д. Ионизационный каскад нерелятивистских электронов в гелии. //Журнал технической физики. 1971. Т. 41. Вып. 12. С. 2513-2519.

190. Далгарно А. Атомные и молекулярные процессы. / Под ред. Д. Бейтса. М.: Мир, 1964, с. 552.

191. Хастед Дж. Физика атомных столкновений. М.: Мир, 1965.

192. Гречаный В. Г., Метель А. С. Влияние граничных условий на характеристики тлеющего разряда с полым катодом. // Журнал технической физики. 1982. Т. 52. Вып. 3. С. 442 445.

193. Глазунов В. Н., Метель А. С. О механизме потерь быстрых электронов в тлеющем разряде с осциллирующими электронами. // Физика плазмы. 1982. Т. 8. Вып. 5. С. 1099- 1104.

194. Metel A. S., Nastyukha А. /. Hollow cathode discharge in the transverse magnetic field with a foreign body in the cavity. // Proc. of 12-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Eindhoven, 1975. Contrib. Pap. Part 1. P. 100.

195. Metel A. S., Nastyukha A. I. Investigation of energy losses of fast electrons in the hollow cathode discharge plasma. // Proc. of 12-th Int. Conf. on Phenom. in Ionized Gases, Eindhoven, 1975. Contrib. Pap. Part 1. P. 99.

196. Глазунов В. Н., Метель А. С. Инверсия катодной полости тлеющего разряда в магнитном поле. // Журнал технической физики. 1981. Т. 51. Вып. 5. С. 932 -939.

197. Метель А. С. и др. Сильноточный генератор плазмы квазинепрерывного режима на основе тлеющего разряда с осциллирующими электронами. // VI Всес. симп. по сильноточной электронике. Тезисы докладов. Томск: ИСЭ СО АН СССР, 1986. Ч. 2. С. 88 90.

198. Никулин С. П. Влияние размеров анода на характеристики тлеющего разряда с полым катодом. // Журнал технической физики. 1997. Т. 67. Вып. 5. С. 43 47.

199. Метель А. С. Особенности установления квазистационарного состояния сильноточного тлеющего разряда с полым катодом при пониженных давлениях газа. // Журнал технической физики. 1986. Т. 56. Вып 12. С. 2329 -2339.

200. Мельник Ю. А., Метель А. С. Особенности генерации плазмы в источнике быстрых молекул с полым анодом снаружи его электростатической ловушки // Инженерная физика. 2005. Вып. 2. С. 26 29.

201. Гречаный В. Г., Метель А. С. Влияние магнитного поля на распределение тока по катоду в тлеющем разряде с осциллирующими электронами. // Теплофизика высоких температур. 1983. Т. 21. Вып. 6. С. 1071 1075.

202. Глазунов В. Н., Гречаный В. Г., Метель А. С. Тлеющий разряд в поперечном магнитном поле. // Журнал технической физики. 1982. Т. 52. Вып. 9. С. 1767-1772.

203. Метель А. С. Влияние ионизации в катодном слое на характеристики тлеющего разряда с осциллирующими электронами. I. Разряд с полым катодом. // Журнал технической физики. 1985. Т. 55. Вып. 10. С. 1928 1934.

204. Ховатсон А. М. Введение в теорию газового разряда. М.: Атомиздат, 1980.

205. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М.: Мир, 1967.

206. Cousinie P., Colombie N. et al. Variation du coefficient d'emission électronique secondaire de quelques métaux avec Г energie des ions incidents. // Comptes rendus. 1959. V. 249. No 3. P. 387 389.

207. Глазунов В. H., Метель A. С., Юрин В. А. Сильноточный ионный источник квазинепрерывного режима с плазменными катодами. // VII Всес. симп. по сильноточной электронике. Тезисы докладов. Томск: ИСЭ СО АН СССР, 1988. Ч. 1.С. 116-118.

208. Григорьев С. Н., Мельник Ю. А., Метель А. С. Снижение катодного падения потенциала тлеющего разряда с электростатическим удержанием электронов при облучении катода электронами с энергией 0,5 2 кэВ // Инженерная физика. 2005. Вып. 3. С. 17 - 23.

209. Патент РФ № 2094896, кл. H01J 27/04. Источник быстрых нейтральных молекул / А. С. Метель, С. Н. Григорьев / Заявлено 25.03.96 // БИ. 1997. - № 30.

210. United States Patent No 6,285,025, Int. CI. HOIS 1/00; H01S 3/00. Source of fast neutral molecules I A. S. Metel, S. N. Grigoriev / PCT Filed Mar. 18, 1997 // Dated Sep. 4, 2001.

211. Гречаный В. Г., Метель А. С. Тлеющий разряд с полым катодом в вакуумном режиме катодной полости. // Теплофизика высоких температур. 1984. Т. 22. Вып. 6. С. 444-448.

212. Плешивцев Н. В. Катодное распыление. М.: Атомиздат, 1968.

213. Grigoriev S., Metel A. Plasma- and beam-assisted deposition methods. // Nanos-tructured thin films and nanodispersion strengthened coatings. / Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, London. 2004. P. 147 154.

214. Grigoriev S., Melnik Yu., Metel A. Broad fast neutral molecule beam sources for industrial-scale beam-assisted deposition. // Surface and Coating Technology. 2002. V. 156. No 1/3. P. 44-49.

215. Метель А. С., Григорьев С. Н. Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов: физика, техника, применения. М.: ИЦ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2005. - 300 С.