Циліндричні обернені розряди магнетронного типу та їх застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА Академія Наук України Інститут Фізики

01.04.04 - фізична електроніка

удк: 533.9; 537.525; 533.95

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук

ЦИЛІНДРИЧНІ ОБЕРНЕНІ РОЗРЯДИ МАГНЕТРОННОГО ТИПУ ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ

ЄВСЮКОВ АНТОН

МИКОЛАЙОВИЧ

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана у відділі Газової електроніки Інституту фізики Національної Академії Наук України.

Науковий керівник:

доктор фізико-математичних наук, професор, Гончаров Олексій Антонович, Інститут фізики НАН України, головний науковий співробітник

Офіційні опоненти:

доктор фізико-математичних наук, професор, Анісімов Ігор Олексійович Київський національний університет імені Тараса Шевченка, декан Радіофізичного факультету доктор фізико-математичних наук, професор, Романюк Леонід Іванович, Інститут ядерних досліджень НАН України, провідний науковий співробітник

Захист дисертації відбудеться “_02_” __06________ 2011 р. о 1430 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.159.01 при Інституті фізики НАН України за адресою: 03028, м. Київ, проспект Науки, 46.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту фізики НАН України.

Автореферат розісланий “_29_” ___04_____ 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради О. О. Чумак

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Метод іонно-плазмової обробки поверхонь матеріалів у газових розрядах магнетронного типу отримав широке застосування в процесах синтезу високоякісних покриттів та плівок унікального складу. Використання плазми газових розрядів є найбільш простим та розповсюдженим засобом генерації іонів та транспортування іонного потоку до поверхні, яка обробляється. Накладання магнітного поля поперек електричного дозволяє знизити робочий тиск в розрядах та підвищити іонний струм до мішені, що зробило процеси іонної обробки матеріалів значно більш ефективними. Активне використання газових розрядів магнетронного типу в іонно-плазмових технологіях синтезу нових матеріалів та покриттів стимулювало зростання наукового інтересу до фізики розрядів цього типу.

Сучасні тенденції дослідження фізичних механізмів розвитку та підтримки газового розряду магнетронного типу пов'язані, в першу чергу, із з'ясуванням ролі електронної компоненти. Розподіл електронної густини здебільшого підпорядковується просторовій конфігурації магнітного поля. У зв'язку з цим, теоретичні та експериментальні підходи у дослідженні розряду базуються на більш детальному вивченні конфігурації магнітного поля як біля поверхні катоду, який розпилюється іонами, так і в об'ємі розряду, який заповнений плазмою. Магнетронні системи розпилення з незбалансованим магнітним полем, які останнім часом знайшли широке використання, експериментально показали важливу роль просторового розподілу магнітного поля в утворенні та підтримці магнетронного розряду.

Фізика газового розряду магнетронного типу довгий час висвітлювалася в рамках Таунсендівської моделі жевріючого розряду з урахуванням накладеного поперечного магнітного поля. На сьогоднішній день розповсюдження отримали гібридні моделі розрахунків та числове моделювання методом “частинки у комірці” (Particle In Cell - Monte-Carlo Collision, PIC-MCC). Зазвичай, теоретичні роботи не мали системного характеру та були покликані висвітлити роботу існуючих технологічних планарних систем (плаский катод). Послідовний кінетичний підхід до розгляду фізики газового розряду магнетронного типу було запропоновано в останні десять років. Висновки теорії були підтверджені на моделі циліндричного газового магнетрону, який був виготовлений безпосередньо для експериментальної перевірки результатів теоретичного розрахунку. Однак, використані в моделі величини розрядного струму та магнітного поля були значно занижені, що піддає сумніву можливість застосування результатів моделювання до газових розрядів типових магнетронних систем розпилення. Слід вказати на вкрай малу кількість робіт, які були присвячені оберненій конфігурації циліндричних магнетронних систем розпилення (зовнішній циліндричний порожнистий катод), незважаючи на те, що вони є найбільш привабливими як для теоретичного аналізу, так і для технологічного застосування.

Найбільш зрозумілий та системний підхід до опису ролі просторового розподілу магнітного поля у споріднених системах, для яких характерна наявність схрещених електричного та магнітного полів, базується на принципах плазмооптики, які були запропоновані та розвинені О.І. Морозовим. Ідеї плазмооптики, основою яких є принципи магнітної ізоляції електронів та еквіпотенціалізації магнітних силових ліній, так чи інакше використовуються в різноманітних плазмодинамічних системах: у плазмових прискорювачах із замкненим дрейфом електронів, у стаціонарних плазмових двигунах (СПД), електростатичних плазмових лінзах тощо. Згадана спорідненість магнетронних систем розпилення та СПД виправдовують застосування принципів плазмооптики в описі плазмодинамічних процесів у газовому розряді магнетронного типу.

Актуальність теми дисертаційної роботи.

Магнетронні, вакуумно-дугові, електронно-пучкові та інші електро-вакуумні технології, які стали невід'ємною частиною сучасних методів отримання нових матеріалів та покриттів, потребують безперервного удосконалення та адаптації до нових потреб часу, зокрема, у зв'язку з розвитком нанотехнологій. Тому комплексне експериментальне та теоретичне дослідження газових розрядів у циліндричному оберненому магнетроні на основі плазмооптичних принципів магнітної ізоляції електронів та еквіпотенціалізації магнітних силових ліній є актуальним. Такий підхід дає можливість послідовного та прозорого розуміння фізики газового розряду магнетронного типу та адаптації плазмодинамічних пристроїв цього класу до нових потреб.

Актуальною вбачається задача модифікації широко розповсюдженої моделі реактивного напилення С. Берга (S. Berg) з урахуванням поверхневої рухливості в плівках, які осаджуються. Це має вирішальне значення для адекватного опису процесу синтезу плівок бінарних сполук хімічно активних металів, які створюють методом реактивного магнетронного розпилення.

Вивчення впливу розподілених магнітних полів на плазмову динаміку газового розряду магнетронного типу вимагає розвитку методів діагностики електрофізичних, плазмодинамічних та оптичних параметрів такого розряду. Актуальною є задача подальшого розвитку безконтактного методу емісійної оптичної спектроскопії плазми, оскільки збудження атомів та іонів у розряді відбувається внаслідок електронних зіткнень. Вказаний метод виглядає привабливим та ефективним для безперервного контролю синтезу плівок бінарних сполук нанорозмірної товщини у реальному масштабі часу.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження виконані у відділі газової електроніки Інституту фізики Національної академії наук України в рамках зазначених нижче науково-дослідних бюджетних тем.

1. «Дослідження фундаментальних властивостей плазми газових розрядів, які використовуються в сучасних технологіях» №1.4.1.ВЦ/140, номер держ. реєстрації -- 0107U002663, 2007-2011 рр. В рамках теми автор проаналізував: використання газових розрядів, які застосовуються в сучасних технологіях нанесення покриттів (особливу увагу було приділено магнетронним системам розпилення), а також брав участь в розробці нового плазмодинамічного підходу в описі фізики магнетронного розряду за допомогою принципів плазмооптики.

2. «Дослідження фізичних процесів, які визначають фундаментальні властивості пучково-плазмових та газорозрядних систем» №1.4.1.В/143, номер держ. реєстрації -- 0108U000251, 2008-2012 рр. В рамках теми автор брав участь у розробці одновимірної плазмодинамічної моделі газового розряду магнетронного типу, а також досліджував плазмодинамічні процеси в циліндричному плазмооптичному магнетроні.

3. «Плазмохімічні та плазмодинамічні процеси в технологічних плазмових системах» №1.4.1.В/116, номер держ. реєстрації - 0105U000632, 2005-2007 рр. В рамках теми автор брав участь у розробці оптичного приладу «Plasma Spect»; досліджував оптичне випромінення плазми газового розряду циліндричного технологічного магнетрона в процесі синтезу плівок нітриду титану TiN; брав участь в розробці та апробації нового оптичного методу контрою процесу магнетронного реактивного напилення.

4. «Розробка і застосування плазмодинамічних пристроїв нового покоління для синтезу наномасштабних плівок і покриттів з металевих сполук із заданими функціональними властивостями» №93/07-Н, номер держ. реєстрації - 0107U008451, 2007-2009 рр. В рамках теми автор досліджував випромінення газового розряду в процесі синтезу плівок двоокису титану TiO2.

Мета та завдання дослідження.

При проведенні досліджень, які представлені в дисертаційній роботі, була поставлена мета дослідити фізичні процеси в розрядних системах типу циліндричного оберненого магнетрона, зокрема:

1. Побудова за допомогою плазмооптичних принципів плазмодинамічної моделі газового розряду магнетронного типу та експериментальна перевірка моделі на циліндричному плазмооптичному магнетроні.

2. Модифікація моделі реактивного магнетронного напилення С. Берга з урахуванням процесів на поверхні отриманих плівок бінарних сполук.

3. Розбудова методу емісійної оптичної спектроскопії у питаннях вивчення фізичних процесів за участю електронів у газовому розряді оберненого магнетронного типу, адаптація вказаного методу для прецизійного контролю параметрів розряду, який використовується в технології синтезу плівок бінарних сполук хімічно активних металів.

Для досягнення вказаної мети вирішувались такі завдання:

1. Теоретичний розгляд плазмодинамічних процесів в циліндричному газовому розряді оберненого магнетронного типу; визначення основних плазмодиманічних параметрів магнетронних систем розпилення на прикладі моделі магнітоізольованого газонаповненого діодного проміжку, який працює в плазмооптичному режимі.

2. Експериментальне вивчення плазмодинамічних процесів у циліндричному плазмооптичному магнетроні.

3. Теоретичне дослідження впливу підвищеної рухливості атомів плівки, що осаджується, на характер перебігу процесу реактивного магнетронного напилення в рамках модифікованої моделі С. Берга.

4. Дослідження випромінення плазми циліндричного газового розряду магнетронного типу в умовах синтезу плівок металу (Ti) та бінарних сполук (TiN и TiO2).

5. Вивчення можливості використання емісійної спектроскопії в методиці прецизійного контролю параметрів плазми магнетронного розряду в процесі напилення плівок у циліндричному технологічному магнетроні.

Об'єкт дослідження: циліндричний газовий розряд типу оберненого магнетрону.

Предмет дослідження: фізичні процеси у циліндричному газовому розряді оберненого магнетронного типу, які визначають його плазмодинамічні властивості; випромінення плазми циліндричного технологічного магнетрону у видимому діапазоні в режимах отримання металевих плівок та плівок бінарних сполук титану; механізм реактивного магнетронного напилення з урахуванням процесів поверхневої дифузії осаджуваних плівок.

Методи дослідження:

В процесі дослідження було використано добре розроблені та апробовані методи експериментальної фізики плазми: класичні методи отримання вольт-амперних характеристик (ВАХ) розряду; стандартизовані методи визначення тиску робочого газу за допомогою іонізованих манометричних перетворювачів та магнетронних датчиків; зондові методи визначення локальних параметрів плазми з використанням модифікованих ленгмюрівських зондів; комп'ютеризовані оптичні методи отримання емісійних спектрів плазми в реальному масштабі часу та розподілів інтенсивності випромінювання в розрядному проміжку.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше запропоновано системний плазмодинамічний підхід до опису фізики циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу. Цей підхід базується на залученні трьох квазіавтономних областей з відмінним характером перенесення струму: прикатодної області, де струм переноситься іонами; прианодної області, де струм переноситься електронами, та центральної області позитивного стовпа, де струм переноситься іонами та електронами.

2. Експериментально продемонстровано реалізацію плазмооптичних принципів еквіпотенціалізації магнітних силових ліній у циліндричному плазмооптичному магнетроні.

3. В рамках модифікованої моделі С. Берга показано значний вплив поверхневої рухливості атомів в осаджених плівках на характер перебігу процесу реактивного магнетронного напилення.

4. Показано, що збудження атомів аргону та титану відбувається за участі груп електронів з відмінною густиною та енергією, чим і визначаються особливості випромінення плазми магнетронного розряду.

Практичне значення отриманих результатів.

1. Експериментально доведено можливість застосування принципів плазмооптики до циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу, що відкриває нові можливості при розробці та конструюванні сучасних магнетронних систем розпилення.

2. З'ясування ролі підвищеної поверхневої дифузії в процесі реактивного напилення відкриває нові шляхи до стабілізації процесу синтезу бінарних сполук хімічно активних металів.

3. Вивчення оптичного випромінення плазми магнетронного розряду вказало на ефективність та привабливість методу емісійної спектроскопії в технології безконтактного контролю параметрів розряду в процесі синтезу бінарних сполук хімічно активних металів, що було продемонстровано в роботі на прикладі отримання бінарних сполук титану: нітриду TiN та діоксиду TiO2.

Особистий внесок здобувача

Автором були підготовлені пристрої та вузли вимірювання, а також відпрацьована методика вимірювання та досліджені плазмодинамічні властивості нового циліндричного плазмооптичного магнетрона, за участі автора отримані дані були інтерпретовані та опубліковані в роботах [1*, 3*]. В роботах [6*, 8*] автор брав участь у створенні та розбудові плазмооптичної моделі газового розряду магнетронного типу. В [2*, 4*] автор брав участь у теоретичному дослідженні впливу поверхневої дифузії на умови отримання стехіометричних плівок бінарних сполук. Автор брав участь в розробці програмного забезпечення оригінального спектрографа «Plasma Spect», використовував його для отримання емісійного оптичного спектру випромінення при дослідженні плазми циліндричного технологічного магнетрону, а також досліджував отримані в роботах [5*, 7*, 9*] спектри в умовах напилення металевих та композитних сполук плівок титану.

Автор брав активну участь в обговоренні отриманих результатів на підсумкових конференціях Інституту фізики НАН України в 2008 та 2009 рр., на науковому семінарі ІПЕНМП ННЦ “ХФТІ” у 2010 р., на всеукраїнської конференції у м. Києві [11], а також на міжнародних конференціях в м. Києві [4, 10] та м. Алушта (АР Крим) [3, 7].

Апробація результатів дисертації.

Основні результати та положення дисертаційної роботи доповідалися на наукових семінарах Відділу газової електроніки, на науковому семінарі ІПЕНМП ННЦ “ХФТІ” у 2010 р., та також на підсумкових конференціях Інституту фізики НАН України у 2008 та 2009 рр., всеукраїнських та міжнародних конференціях:

1. II Международный Крейнделевский Семинар «Плазменная Эмиссионная электроника», 17-24 июня, 2006 г., Улан-Удэ, Российская Федерация.

2. The 8th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flow, 10-15 September, 2006, Tomsk, The Russian Federation.

3. The 11th International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 11-16 September, 2006, Alushta, Ukraine.

4. The II International Conference «Electronics and Applied Physics», 11-14 October, 2006, Kyiv, Ukraine.

5. The 6th International Symposium on Applied Plasma Science «Advances in Applied Plasma Science», 24-28 September, 2007, Nikko, Japan.

6. The X International Workshop "Plasma Electronics and New Acceleration Methods", 25-29 August, 2008, Kharkov, Ukraine.

7. The XII International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 22-27 September, 2008, Alushta, Ukraine.

8. The XXIII International Symposium on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum, 15-19 September, 2008, Bucharest, Romania.

9. The 35th IEEE International Conference on Plasma Science, 15-19 Jule, 2008, Karlsruhe, Germany.

10. The III Central European Symposium on Plasma Chemistry, 23-27 August, 2009, Kiev, Ukraine.

11. Українська Конференція з Фізики Плазми та Керованого Термоядерного Синтезу, 27-28 жовтня 2009, Київ, Україна.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 20 наукових робіт: 9 статей у фахових наукових журналах [1*-9*] та 11 робіт у збірниках тез міжнародних конференцій [10*-21*].

Структура та об'єм дисертації.

Дисертаційна робота складається з вступу та п'яти розділів: огляду літератури, опису експериментальних установок, трьох розділів оригінальних досліджень, висновків та списку використаної літератури із 150 найменувань. Вона має 113 сторінок, 2 таблиці та 53 рисунки.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми досліджень, наведено зв'язок роботи з науковими програмами та темами. Представлено мету та завдання досліджень, з'ясовано його об'єкт та предмет. Сформульовано наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Визначено особистий внесок здобувача у дослідження, наведено дані про апробацію результатів дослідів та перелік публікацій автора за темою дисертації. Наведені відомості про структуру та об'єм дисертації.

У першому розділі дано огляд літератури з тематики дисертації та характеристику стану досліджених проблем, обґрунтовано вибір теми дисертації. Вказано, що газові розряди магнетронного типу, які реалізуються у магнетронних системах розпилення, є найбільш ефективними в технології отримання високоякісних плівок методом одноатомного переносу матеріалу катоду. Зауважено, що, незважаючи на широке розповсюдження магнетронних систем розпилення, комплексної та системної теорії фізики газового розряду магнетронного типу, яка б охоплювала сучасний стан експериментального розвитку магнетронних систем, немає. Більш того, кількість робіт, присвячених розгляду газових розрядів в циліндричних обернених магнетронних системах розпилення (найбільш привабливих як для теоретичного аналізу, так і для технологічного застосування) є незначною. Вказано, що значних успіхів в описі фізики магнетронного розряду можна досягнути застосуванням плазмооптичних підходів, які були запропоновані та розбудовані О.І. Морозовим при дослідженні СПД, що було продемонстровано на прикладі споріднених плазмодинамічних систем. Показано необхідність модифікації моделі реактивного магнетронного напилення в умовах підвищеної поверхневої рухливості атомів на підкладці, зумовленої впливом іонного потоку в розподілених електричних та магнітних полях. Обґрунтовано розвиток методу емісійної оптичної спектроскопії в дослідженні плазмодинамічних процесів у газових розрядах магнетронного типу.

У другому розділі описано дві оригінальні циліндричні системи розпилення типу оберненого магнетрона, а також наведені основні методики дослідження, використані в роботі.

Перша з них, Циліндричний Плазмооптичний Магнетрон (ЦПМ), була використана для проведення дослідження електрофізичних та плазмодинамічних властивостей циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу. Для цього проводились візуальні спостереження за характером світіння розряду, отримані залежності струму та напруги розряду від тиску, розрахована карта розподілу магнітних силових ліній, проведене тестове напилення зразків. Також було виконано низку робіт по локальному вимірюванню параметрів плазми магнетронного розряду за допомогою модифікованого ленгмюрівського зонда.

Детальна схема ЦПМ показано на Рис. 1. Катод (1) складався з системи охолодження проточною водою (4) та мідного циліндру висотою 63 мм, внутрішнім діаметром 60 мм. Всі металеві вузли були заземлені, за винятком катодної системи, на яку подавалась негативна щодо землі напруга. Анодна система (2) складалася з двох блоків: верхнього та нижнього. Кожний блок складався з шести стрижнів діаметром 4 мм, розташованих рівномірно по колу заданого діаметру.

Магнітна система (3) складалася з набору постійних Nd-Fe-B магнітів (5), вміщених до магнітопроводу (6). При вимірюванні локальних параметрів плазми був використаний модифікований ленгмюрівський зонд (8), який можна було переміщувати вздовж радіуса катоду в заданій частині розряду. Робочий тиск в межах до 1 Па створювався подачею робочого газу - аргону. Система живлення ЦПМ мала змогу живити прилад постійним струмом. Блок живлення мав змогу працювати в високовольтному слабкострумовому режимі з напругою до 2500 В та струмом до 0.1 А, а також в низьковольтному сильнострумовому режимі з напругою до 600 В та струмом до 2 А.

Друга розрядна система, Циліндричний Технологічний Магнетрон (ЦТМ), була використана для вивчення оптичного випромінення плазми магнетронного розряду та відпрацювання методики контролю процесу напилення бінарних сполук хімічно активних металів за допомогою методів емісійної оптичної спектроскопії. Для реалізації реактивного напилення установку було оснащено системою подачі в камеру реактивних газів, азоту та кисню. Було проведено тестові напилення зразків.

Схему експериментальної установки з ЦТМ представлено на Рис. 2. ЦТМ (3) мав циліндричний водоохолоджуваний катод (4) з титану з внутрішнім діаметром 230 мм і висотою 200 мм. Анодна система складалася з 9 стрижнів діаметром 6 мм та висотою 140 мм, які були розташовані на основі, яка оберталася. Анодна (5) та магнітна (2) системи оберталися з однаковою частотою в 6 об/хв приводом (6). Робочий тиск в межах 0.133-1.33 Па створювала система напуску (7). Зразок для напилення (8) опускався під час напилення системою подачі зразків (9). Випромінення зони інтенсивного свічення (10) проходило поворотний тубус (11) та оптичне волокно (12) оптичного приладу «Plasma Spect» (13). Оптичний спектр плазми аналізувався спеціально розробленою для даних дослідів комп'ютерною програмою. Максимальна потужність системи живлення ЦТМ складала 8 кВт при максимальному постійному струмі 20 А.

У третьому розділі запропоновано системний плазмодинамічний підхід до опису фізики циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу, який полягав у розгляді спрощеної моделі газонаповненого діодного проміжку в плазмооптичному режимі, в якому електрони були замагнічені, а іони вільно рухались під дією скінченного електричного поля. Спрощену схему такого проміжку представлено на Рис. 3, де зображено циліндричний катод радіуса та висоти , внутрішня поверхня якого може слугувати мішенню для іонного розпилення; два порожнистих рознесених на відстань циліндричних анода радіуса . Магнітне поле спрямоване паралельно твірній електродів. Твірні розведених анодних електродів формують віртуальну циліндричну поверхню, яка внаслідок умови еквіпотенціальності має потенціал, близький до анодного. Теоретичний аналіз проводився для таких типових умов: тиск робочого газу (аргону Ar) p=0.1-1 Па, величина магнітного поля B=0.05-0.1 Т, напруга розряду Ud= 300-600 В, густина розрядного струму jd= 10-30 mА/см2, радіус катода RC=3 см, радіус RA аноду варіювався в межах 0.5-2 см, характерний розмір діодного проміжку L= 1-2.5 см, h <6 см.

В розділі пояснюється, що газові розряди магнетронного типу у вказаному діапазоні тисків є сильнострумовими і тому природно припустити, за аналогію з СПД, наявність в цьому діодному проміжку трьох основних квазіавтономних зон із принципово різним перенесення струму (див. Рис. 4).

Перша зона - це зона катодного падіння потенціалу , де має місце основне падіння розрядної напруги. Це зона основного прискорення та формування іонного потоку. Прискорені в катодному шарі до енергії порядку , іони бомбардують катод, що приводить до розпилення мішені та вторинної іонно-електронної емісії. Таким чином, перенесення розрядного струму в цій області забезпечується іонами з густиною та електронами вторинної емісії з катоду ( - коефіцієнт вторинної іонно-електронної емісії). Оскільки в моделі , то можна вважати, що основними носіями струму в цій зоні є іони . Іони, які потрапляють у цю зону, можуть мати вже початкову швидкість, яка визначається електричними полями в плазмі другої області розряду. Враховуючи вищезазначене, в розділі наведено узагальнену формулу Чайлда-Ленгмюра:

,

де - товщина катодного шару, - діелектрична стала, - заряд електрона, -маса іона, а множник

,

задається виразом , де - швидкість іонів.

Вказується, що типовий розмір катодного шару при зазначених характерних параметрах є меншим за ларморівський радіус електронів, . Таким чином, електрони вторинної іонно-електронної емісії в шарі незамагнічені та вільно проникають у другу область, прискорені напругою . На виході з катодного шару вторинні електрони стають високоенергетичними. В розділі проаналізовано зміну розміру катодного шару при різних параметрах моделі та його вплив на перебіг фізичних процесів. Була визначена характерна концентрація плазми на границі шару за формулою Бома. Вона дорівнює 8?1017 м-3, що відповідає значенню ступеня іонізації біля 1,3 %.

Друга зона - зона позитивного стовпа, в об'ємі якого відбуваються основні процеси іонізації та збудження частинок. Це зона низькотемпературної плазми, де як швидкі вторинні електрони, які проникають з катодного шару, так і повільні первинні електрони, які генеруються в цьому шарі, замагнічені; іони ж вільно рухаються під дією скінченного електричного поля в бік катоду. Перенесення струму здійснюється як іонами, так і електронами: . В цій області справедливі одновимірні рівняння дворідинної магнітної гідродинаміки. Розв'язок рівнянь у першому наближенні вказує на слабку залежність розподілу потенціалу від розрядного струму , однак було виявлено значний вплив напруги на розряді та величини магнітного поля на розподіл потенціалу. Показано, що падіння потенціалу в плазмовому стовпі може досягати 10 % від прикладеної розрядної напруги . Розподіл потенціалу має практично лінійну залежність, тому можна вважати, що електричне поле в плазмі постійне і дорівнює . Особливу увагу приділено твердженню, що вторинні швидкі електрони не дають значного внеску в розрядний струм, але є основним фактором іонізації та збудження. Розрахунки показали, що їх концентрація у 30 разів нижча за концентрацію плазми. газовий плазмодинамічний наномасштабний плівка

Третя зона - вузька прианодна область, порядку ларморівського радіуса електрону , де порушується магнітна ізоляція та відбувається електронний перенос розрядного струму. Стверджується, що оптимальні умови горіння розряду передбачають відсутність падіння потенціалу в анодному шарі. Слід зауважити, що зазначена концепція плазмооптики передбачає можливість утворення віртуального аноду. Оскільки рухливість електронів вздовж віртуальної поверхні аноду дуже висока, в першому наближенні можна вважати, що поведінка електрона при його потраплянні на поверхню як реального, так і віртуального анода однакова.

У відповідності до розвинутих теоретичних уявлень була удосконалена експериментальна модель ЦПМ. В роботі продемонстровано роботу ЦПМ в режимі з віртуальним анодом, чим було підтверджено плазмооптичну концепцію еквіпотенціалізації магнітної силової поверхні та важливу роль просторового розподілу магнітних полів. Експериментально встановлено, що розряд має місце при будь-якому діаметрі віртуального анода. Максимальна висота віртуального анода, яка реалізувалася в експерименті, становила 55 мм та була співрозмірна з висотою катода.

Експерименти показали наявність двох режимів роботи ЦПМ, радикально відмінних за своїми плазмодинамічними властивостями. Перший режим відповідав слабкострумовому та високовольтному типові розряду (струм розряду порядку 10 мА, напруга розряду порядку 1 кВ), який спостерігався при низьких тисках (p<0.4 Па). Другий режим відрізнявся більшим значенням струму (до 2.5 А), меншою напругою (біля 400 В) та спостерігався при більших тисках (p>0.4 Па).

Залежність розрядної напруги і струму від тиску для обох типів розряду показана на Рис. 5. Перехід із слабкострумового режиму в сильнострумовий розряд відбувається стрибкоподібно з ростом тиску.

Наведені ВАХ обох типів розрядів (див. Рис. 6). Зазначено, що ВАХ слабострумового розряду подібні до прискорювачів з анодним шаром, а сильнострумового - до магнетронних систем розпилення. За допомогою модифікованого ленгмюрівського зонду було отримано розподіл плаваючого потенціалу в слабкострумовому та сильнострумовому режимах (див. Рис. 7). Область розташування віртуального аноду на рисунках затемнена. Зазначено, що в сильнострумовому розряді падіння потенціалу зосереджено у катодній області, що узгоджується із запропонованою вище моделлю. Також спостерігається невелике падіння потенціалу в плазмовому стовпі.

Досліджено можливість роботи ЦПМ як магнетронного розпилювача (швидкість зростання мідної плівки 500 нм/хв). Показано, що вибір магнітної системи дозволив суттєво розширити область ерозії катоду (до 90 % площі катоду) без додаткових механічних доробок.

У четвертому розділі наведено модифіковану модель реактивного магнетронного напилення С. Берга, яка враховує підвищену рухливість атомів на поверхні осаджуваної плівки та значне (на порядок) збільшення ефективної площі підкладки.

Модифікація запропонованої моделі С. Берга полягала в тому, що було відкинуте припущення стосовно неможливості поглинання плівкою бінарної сполуки реактивного газу, та формально полягала у введенні в розгляд нового коефіцієнта , який визначав вірогідність того, що молекула реактивного газу залишиться на поверхні підкладки, вкритою бінарною сполукою. У кінетичному рівнянні, яке визначає натікання молекул реактивного газу в об'єм камери магнетрону, з'явиться додатковий доданок:

,

де - об'єм камери, - концентрація молекул реактивного газу, - швидкість натікання реактивного газу, - потік реактивного газу на будь-яку поверхню, - найбільш вірогідне значення теплової швидкості молекул газу на пласку поверхню, - парціальний тиск реактивного газу, - стала Больцмана, - температура реактивного газу, - маса молекули реактивного газу, - ймовірності утворення молекули бінарної сполуки при взаємодії двоатомної молекули реактивного газу з атомами металу на поверхні мішені та підкладки, відповідно, - ймовірність того, що молекула реактивного газу залишиться на поверхні підкладки, яка вкрита плівкою бінарної сполуки, - площі мішені та підкладки відповідно, - площа діафрагми вакуумного насосу.

При рівняння збігається з класичним за моделлю С. Берга. В розділі показано, що врахування процесу адсорбції та дифузії на поверхні підкладки (що приводить до збільшення коефіцієнта з 0 до 0.1) дає змогу очікувати зменшення ефекту гістерезису процесу напилення (див. Рис. 8), що робить його більш стійким. Значних результатів можна очікувати при значенні параметра , що відповідає випадку, коли 3 % молекул реактивного газу, які потрапляють на поверхню, вкритою бінарною сполукою, адсорбується поверхнею. Показано, що підвищена поверхнева дифузія приводить до зміни механізму синтезу плівки бінарної сполуки: основним процесом стає синтез молекул на поверхні підкладки, а механізм перепорошення з мішені відіграє незначну роль.

В розділі показано, що збільшення ефективної площі підкладки внаслідок утворення поруватої плівки за умов пониженої рухливості атомів на її поверхні приводить до значної дестабілізації процесу напилення, що важливо враховувати при отриманні плівок з розвинутою поверхнею.

У п'ятому розділі представлені результати досліджень фізичних процесів у циліндричному газовому розряді оберненого магнетронного типу за допомогою методу оптичної емісійної спектроскопії. Отримані та проаналізовані спектри плазми циліндричного технологічного магнетрону у видимому діапазоні. На основі плазмодинамічного підходу, розвиненого в розділі 3, було показано, що зміна розрядної напруги може бути пов'язана зі зміною середньої енергії швидких вторинних електронів, які, в основному, забезпечують збудження атомів аргону в об'ємі. Тому, крім результатів оптичних вимірювань в даному розділі наводяться також результати досліджень плазмодинамічних властивостей розряду, зокрема, залежність напруги розряду від сили струму та тиску робочого газу.

Дослідження оптичного випромінення плазми магнетронного розряду було проведено по певних характерних лініях: лінії титану (465.647 нм) та аргону (696.543 нм). Аналіз спектру показав, що інтенсивності випромінення атомів титану з концентрацією =3·1017 м-3 та аргону концентрацією =1.5·1019 м-3 мають співрозмірні величини. До того ж, переважна більшість збуджених атомів аргону знаходиться на енергетичних рівнях в 13-15 еВ, тоді як для атомів титану вони складають 2-5 еВ. Наведено пояснення цих особливостей в рамках корональної моделі випромінення. Воно полягає в тому, що збудження атомів аргону та титану відбувається електронами різних ансамблів, які відрізняються середньою енергією та концентрацією. Так, атоми аргону (великої концентрації) збуджуються групою високоенергетичних (> 40 еВ) вторинних електронів невеликої концентрації. Потік атомів титану з низькою концентрацією, в свою чергу, збуджується за участю повільних електронів плазми. Звідси робиться висновок, що випромінення ліній титану здебільшого визначається розрядним струмом , а випромінення ліній аргону - кількома параметрами розряду: розрядним струмом , розрядною напругою та тиском.

Наведені графіки зміни обраних ліній випромінення зі зростанням розрядного струму при сталому тиску 0.665 Па (див. Рис. 9 ), а також із зростанням робочого тиску при сталому розрядному струмі 15 А (див. Рис. 10). З аналізу обох експериментальних графіків робиться висновок, що інтенсивність випромінення ліній титану зумовлена передусім розрядним струмом , а випромінення ліній аргону завдячує кільком параметрам: розрядному струму , розрядній напрузі та тиску .

Наводяться також дослідження оптичного випромінення в процесі синтезу плівок бінарних сполук титану. Вплив невеликої домішки реактивного газу (азоту чи кисню, ) визначено двома основними процесами, які домінують при різних швидкостях натікання реактивного газу. Перший процес проявляє себе при малих швидкостях натікання і обумовлений явищами на поверхнях розрядного проміжку. Молекули реактивного газу відсутні в об'ємі, а поверхня мішені та підкладки вкривається плівкою бінарної сполуки, яка має менший коефіцієнт розпилення та вторинної електронної емісії. Другий процес домінує при більших швидкостях натікання і стосується фізичних явищ в об'ємі розряду. Поверхні повністю вкриваються плівкою бінарної сполуки і перестають поглинати реактивний газ. Це приводить до появи помітної частки молекул реактивного газу в об'ємі розряду. В розділі проаналізовані зазначенні процеси по інтенсивностям випромінення ліній та зміною розрядної напруги в рамках запропонованих вище моделей.

Наведено дослідження оптичного випромінення в умовах синтезу нітриду титану TiN. Еволюцію випромінення обраних ліній показано на Рис. 11. Сірим кольором позначено ділянку з оптимальними умовами синтезу стехіометричних плівок. Можна виділити межі домінування першого процесу поверхневих явищ по незмінній інтенсивності лінії аргону, спаданню інтенсивності лінії титану, відсутності випромінення голови смуги азоту, а також по зростанню розрядної напруги . Домінування об'ємних явищ в розрядному проміжку при більших швидкостях натікання супроводжується зменшенням інтенсивності лінії аргону (через вплив молекул реактивного газу в об'ємі камери), появою випромінення смуги азоту, а також більшим зростанням розрядної напруги . Як можна бачити, другий процес починається при швидкостях натікання реактивного газу близьких до оптимальних умов напилення.

Наведені аналогічні дослідження оптичного випромінення в умовах синтезу діоксиду титану TiO2. На Рис. 12 представлено зміни інтенсивностей обраних ліній випромінення зі зростанням швидкості натікання кисню в камеру. Як можна побачити, зміна оптичного випромінення аналогічна випадку отримання плівок нітриду титану TiN. Вказано, що інтенсивності лінії випромінення титану зазнають більших змін, також значно відрізняється поведінка розрядної напруги . Зазначається, що вказані відмінності процесів синтезу нітриду TiN та діоксиду TiO2 титану пов'язані з більшою хімічною активністю кисню O2 та електричними властивостями бінарних сполук, які з'являються на катоді.

Запропоновано методику прецизійного неруйнівного контролю параметрів розряду за допомогою оригінального малогабаритного оптичного спектрографа “Plasma Spect”, який використовується для синтезу плівок бінарних сполук хімічно активних металів, в реальному масштабі часу. За розпилдопомогою запропонованої методики отримані плівки нітриду титану TiN та діоксиду титану TiO2 нанорозмірної товщини.

ВИСНОВКИ

1. Запропоновано системний плазмодинамічний підхід до опису циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу. Він базується на введені трьох квазіавтономних областей з різним характером перенесення струму: прикатодної області, прианодної області та центральної області позитивного плазмового стовпа.

- В прикатодній області, в якій зосереджене основне падіння потенціалу, відбувається основне прискорення іонів, які бомбардують катод, що приводить до розпилення мішені та появи вторинних електронів іонно-електронної емісії, які визначають процеси іонізації та збудження в плазмовому стовпі. Розрядний струм переноситься здебільшого позитивними іонами. Показано, що розмір катодної області менший за ларморівський радіус вторинного швидкого електрона та визначається більшою мірою розрядним струмом та початковою енергією іонів, що потрапляють до шару. Співвідношення між катодним падінням потенціалу та розміром шару визначають умови існування розряду. Його існування залежить від величини польової емісії, яка переводить розряд з магнетронного до дугового.

- В рамках наближення дворідинної магнітної гідродинаміки показано, що в шарі позитивного стовпа розподіл потенціалу є майже лінійним та може складати до 10 % від прикладеної напруги. Показано, що величина падіння потенціалу в шарі слабко залежить від розрядного струму і переважно визначається розрядною напругою та величиною магнітного поля. Струм переноситься як позитивними іонами, так і повільними електронами.

- В анодному шарі струм переноситься електронами. Оптимальні умови перенесення струму реалізуються за відсутності перепаду напруги в прианодному шарі.

- Оцінка концентрацій заряджених часток показала, що невеликої концентрації швидких вторинних електронів (в 30 раз меншої за концентрацію плазмових електронів при типових умовах експерименту) в рамках запропонованої моделі достатньо для забезпечення рівня іонізації порядку 1 %, який є типовим для газових розрядів магнетронного типу.

2. Виходячи з фундаментальних плазмооптичних принципів магнітної ізоляції електронів та еквіпотенціалізації магнітних силових ліній, удосконалено циліндричний плазмооптичний магнетрон. Експериментальні дослідження плазмодинамічних процесів в ньому виправдовують застосування плазмодинамичного підходу та принципів плазмооптики у розробці магнетронних розпилювачів нового покоління.

- Виявлено два режими розрядного процесу: сильнострумовий та слабкострумовий. Встановлено, що вони принципово відмінні за плазмодинамічними властивостями. В сильнострумовому режимі, який має невелику розрядну напругу, реалізується газовий розряд магнетронного типу. Для слабкострумового розряду, який має вищу розрядну напругу, спорідненими є розряди, які реалізуються у плазмових прискорювачах з анодним шаром та у іонному магнетроні.

- Показано, що в сильнострумовому розряді має місце еквіпотенціалізація магнітних силових поверхонь, що приводить до утворення віртуального аноду. Отримано стійкі режими розряду з поздовжніми розмірами віртуального аноду до 55 мм, які є такого ж порядку, що і розміри катоду.

- Експериментально показано існування основного катодного падіння потенціалу та наявність невеликого поля в об'ємі плазми, що узгоджується із запропонованою моделлю газового розряду магнетронного типу.

- Тестове напилення металевої плівки показало типову для даного класу приладів швидкість осадження (500 нм/хв), відсутність анодного затемнення та максимальне (до 90 %) та однорідне використання площі мішені.

3. Модифіковано розповсюджену модель реактивного напилення плівок бінарних сполук з врахуванням поверхневої дифузії та збільшення ефективної площі підкладки в процесі осадження.

- Показано, що збільшення ефективної площі підкладки значно збільшує ефекти гістерезису, що робить процес реактивного осадження нестійким.

- Невелике збільшення поверхневої дифузії робить процес реактивного осадження більш стійким та керованим, а синтез плівки визначається хімічними процесами на поверхні підкладки, а не процесом перепорошення молекул бінарної сполуки з катоду. Збільшення поверхневої дифузії підвищує швидкість зростання бінарної сполуки на підкладці до значень швидкості зростання металевої плівки.

4. Досліджено емісійний спектр у видимому діапазоні плазми циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу. В рамках запропонованих моделей наведено якісне пояснення основних фізичних процесів, які визначають характер поведінки випромінення плазми в різноманітних умовах отримання плівок.

- Показано, що збудження атомів аргону відбувається за участі групи високоенергетичних електронів (>40 еВ), а атомів титану - ансамблем повільних плазмових електронів, чим пояснюється співрозмірність інтенсивностей випромінення вказаних атомів.

- Запропоновано нову ефективну методику використання малогабаритного оптичного спектрографа у видимому діапазоні для прецизійного неруйнівного контролю параметрів розряду в процесі синтезу плівок бінарних сполук хімічно активних металів у реальному масштабі часу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1*. Dobrovolskii A.M. Cylindrical magnetron based on the plasmaoptical principles / Dobrovol's'kii A.M., Evsyukov A.N., Goncharov A.A., Protsenko I.M. // Problems of atomic science and technology. -2007. - Series: Plasma physics (13), №1. -P. 151-153.

2*. Евсюков А.Н. К теории синтеза стехиометрических пленок бинарных соединений реактивным напылением в магнетроне / Евсюков А.Н., Стеценко Б.В. // ЖТФ. -2007. -Том 77, Вып. 6. -С. 99-102.

(Evsyukov A.N. On the theory of stoichiometric binary compound films by reactive magnetron sputtering / Evsyukov A.N., Stetsenko B.V. // Technical Physics. -2007. -Vol. 52, № 6. -P. 776-780.)

3*. Гончаров А.А. Плазмодинамические особенности цилиндрических газовых разрядов магнетронного типа / Гончаров А.А., Добровольский А.Н., Евсюков А.Н., Проценко И.М., Литовко И.В. // Вопросы атомной науки и техники. -2008. -Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (5), № 4. -С. 189-194.

4*. Евсюков А.Н. Синтез стехиометрических пленок бинарных соединений реактивным магнетронным напылением и управление режимом напыления / Евсюков А.Н., Завьялов Ю.Г., Стеценко Б.В., Щуренко А.И. // Вопросы атомной науки и техники. -2008, -Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (17), № 1. -С. 68-71.

5*. Demchishin A.V. The investigation of the optical spectra in process of magnetron deposition / Demchishin A.V., Evsyukov A.N., Goncharov A.A., Kostin E.G. // Problems of atomic science and technology. -2008, -Series: Plasma physics (14), №6. -P. 195-197.

6*. Goncharov O.A. NEW VISION OF THE PHYSICS OF GAS MAGNETRON-TYPE DISCHARGES / Goncharov O.A., Dobrovol'skyi А.М., Evsyukov А.М., Protsenko I.М., Litovko I.V. // Ukr. J. Phys. -2009. -Vol. 54, N 1-2. -P. 63-67.

7*. Блонский И.В. Исследование плазмодинамических и оптических характеристик цилиндрического газового разряда магнетронного типа в условиях синтеза пленок нитрида титана / Блонский И.В., Гончаров А.А., Демчишин А.В., Евсюков А.Н., Костин Е.Г., Сальников В.А., Терещенко А.Г., Ткаченко Л.Н. // ЖТФ. -2009. -Том. 79, Вып. 7. -С. 127-132.

(Blonskii I.V. Plasma Dynamic and Optical Characteristics of Magnetron Type Cylindrical Gas Discharge under Conditions of Titanium Nitride Film Synthesis / Blonskii I.V., Goncharov A.A., Demchishin A.V., Evsyukov A.N., Kostin E.G., Sal'nikov V.A., Tereshchenko A.G., Tkachenko L.N. // Technical Physics. -2009. -Vol. 54, No. 7. -P. 1052-1057.)

8*. Goncharov A. Advances in Novel Plasma Devices Based on the Plasma Lens / Goncharov A., Evsyukov A., Litovko I. // IEEE Tran. Plasma Sci. -2009. -Vol. 37, № 7, Part 2. -P. 1283-1288.

9*. Гончаров О.А. Вивчення процесу синтезу нанокристалічних плівок двооксиду титану в розряді магнетронного типу за його оптичними та плазмодинамічними характеристиками / Гончаров О.А., Євсюков А.М., Костін Є.Г., Фролова О.К. // УФЖ. -2010. -Том. 55, №6, -С. 677-684.

(Goncharov A.A. Study of Nanocrystalline Titanium Dioxide Film Synthesis in a Magnetron-type Discharge by Monitoring Its Optical and Plasmodynamic Characteristics / Goncharov A.A., Evsyukov A.N., Kostin E.G., Frolova E.K. // Ukr. J. Phys. -2010. -Vol. 55, N 6. -P. 677-684.)

10*. Гончаров А.А. Модернизированные плазмооптические приборы для генерации и управления сильноточными пучками тяжелых ионов (фундаментальные результаты и приложения) / Гончаров А.А., Добровольский А.Н., Евсюков А.Н., Проценко И.М. // Труды II Международного Крейнделевского Семинара «Плазменная Эмиссионная электроника», 17-24 июня, 2006 г., Улан-Удэ, Российская Федерация. -С. 91-96.

11*. Dobrovol's'kii A. Cylindrical plasmaoptical magnetron / Dobrovol's'kii A., Evsyukov A., Goncharov A., Protsenko I. // Proc. of The 8th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flow, 10-15 September, 2006, Tomsk, The Russian Federation. -P. 151-153 (Известия ВУЗов. Физика. -2006, №8. Приложение. -С., -C.151-153).

12*. Dobrovol's'kii A.M. Cylindrical magnetron based on the plasmaoptical principles / Dobrovol's'kii A.M., Evsyukov A.N., Goncharov A.A., Protsenko I.M. // The 11th International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 11-16 September, -2006, Alushta, Ukraine. Book of abstracts. -P. 153.

13*. Evsyukov A. To a theory of the synthesis of films of binary compounds with reactive sputtering and controlling sputtering regime / Evsyukov A., Zavialov Yu., Stetsenko B., Schurenko A. // The 11th International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 11-16 September, -2006, Alushta, Ukraine. Book of abstracts. -P. 188.

14*. Dobrovol's'kii A.M. Plasmaoptical sputtering system / Dobrovol's'kii A.M., Goncharov A.A., Evsyukov A.N., Protsenko I.M. // Proc. of The II International Conference «Electronics and Applied Physics», 11-14 October, 2006, Kyiv, Ukraine. -P. 125-126.

15*. Goncharov A. Cylindrical plasma devices based on plasma lens configuration: review of new development and applications / Goncharov A., Evsyukov A., Dobrovol'skii A., Litovko I. // Proc. of The 6th International Symposium on Applied Plasma Science «Advances in Applied Plasma Science», 24-28 September, 2007, Nikko, Japan. -P. 5-8.

16*. Goncharov A.A. The investigation of the optical spectra in process of magnetron deposition / Goncharov A.A., Demchishin A.V., Evsyukov A.N., Kostin E.G. // The XII International Conference and School on Plasma Physics and Controlled Fusion, 22-27 September, 2008, Alushta, Ukraine. Book of abstracts. -P. 184.

17*. Goncharov A.A. Development of novel plasma devices based on the plasma lens configuration / Goncharov A.A., Evsyukov A.N., Litovko I.V. // Proc. of The XXIII International Symposium on Discharge and Electrical Insulation in Vacuum, 15-19 September, 2008, Bucharest, Romania. -C1-P06.

18*. Goncharov A. Advances in Novel Plasma Devices Based on the Plasma Lens / Goncharov A., Evsyukov A., Litovko I. // The 35th IEEE International Conference on Plasma Science, 15-19 Jule, 2008, Karlsruhe, Germany. Book of abstracts. -P. 125.

19*. Goncharov A.A. Plasmaoptical magnetron: new results and application / Goncharov A.A., Evsyukov A.N., Kostin E.G. // Proc. of The III Central European Symposium on Plasma Chemistry, 23-27 August, 2009, Kiev, Ukraine. -P. 55-56.

20*. Гончаров О.А. Дослідження оптичних та плазмодинамічних характеристик циліндричного газового розряду магнетронного типу в умовах синтезу нанокристалічних плівок оксиду титану / Гончаров О.А., Євсюков А.М., Костін Є.Г., Стеценко Б.В., Фролова О.К., Щуренко А.І. // Українська Конференція з Фізики Плазми та Керованого Термоядерного Синтезу, 27-28 жовтня 2009, Київ, Україна. Книга абстрактів. -С. 45.

АНОТАЦІЇ

Євсюков А.М. Циліндричні обернені розряди магнетронного типа та їх застосування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико- математичних наук за спеціальністю 01.04.04 - фізична електроніка. Інститут фізики Національної Академії Наук України, Київ, 2011 р.

В роботі вперше запропоновано системний плазмодинамічний підхід до опису фізики циліндричного газового розряду оберненого магнетронного типу. Запропонований підхід дозволив звести опис фізики газового розряду магнетронного типу до простої плазмооптичної моделі, що заснована на принципах магнітної ізоляції електронів та еквіпотенціалізції магнітних силових ліній. Використовуючи запропоновану теоретичну модель, удосконалено циліндричний плазмооптичний магнетрон. В роботі вивчені основні його плазмодинамічні та електрофізичні властивості, які підтвердили висновки запропонованої теоретичної моделі магнетронного розряду. В рамках модифікованої моделі С. Берга показано значний вплив поверхневої рухливості атомів у плівках осадження на характер перебігу процесу реактивного магнетронного напилення. В роботі наведено дослідження емісійного оптичного спектра плазми циліндричного технологічного магнетрона оберненого типу та проаналізовані основні фізичні процеси, які визначають характер випромінення атомів в різноманітних режимах розряду: в режимі синтезу плівок титану та його бінарних сполук (TiN и TiO2).

...