Анотація до роботи:

Алімов С.С. Динаміка системи плазма-поверхня у розрядах магнетронного типу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за фахом 01.04.08 - фізика плазми. - Харківський національний університет ім. В.Н.Каразіна, Харків, 2003.

Дисертація присвячена дослідженню динаміки протікання фізичних процесів у приповерхневому шарі плазми та на поверхні в умовах розряду магнетронного типу. Актуальність роботи визначається перспективністю використання даного типу розряду для синтезу нанокомпозитних структур і матеріалів. Для дослідження застосовані апробовані у фізиці плазми та фізиці поверхні пасивні та активні діагностичні методики.

Проведено теоретичне моделювання та експериментальні дослідження формування конусоподібних новоутворень на поверхні металевого катоду у магнетронному розряді. Продемонстровано вплив даного ефекту на основні характеристики розряду. Результати експериментів використані для розробки методики створення суцільних покриттів на поверхні дисперсних матеріалів мікронних розмірів, а також можуть бути використані для розвитку системи, що дозволяє проводити плазмову обробку матеріалів на мікро - та нанорівні.

Таким чином, у дисертації виконана мета роботи, яка полягає у з’ясуванні динаміки фізичних процесів у системі плазма-поверхня в умовах розряду магнетронного типу, необхідних для створення тонких плівок і композитних структур на мікронному, субмікронному і нанометровому рівні.

Основні висновки та результати проведених експериментальних і теоретичних досліджень полягають у наступному:

1. Досліджено модифікацію рельєфу поверхні твердого тіла у плазмі магнетронного розряду. Експериментально встановлений факт формування “конусів росту” на поверхні катоду магнетронного розряду при його розпиленні іонами, прискореними в області катодного падіння потенціалу до енергій 100…500 эВ. Визначені умови на поверхні, в залежності від яких еволюція первісного мікровиступу веде або до розвитку класичних конусів розпилення, або до зростання конусоподібних новоутворень, висота яких перевищує початковий рівень поверхні.

2. Розроблена феноменологічна модель, яка описує зародження і початкові стадії еволюції конусоподібних новоутворень в умовах сильного електричного поля, що присутнє поблизу поверхні катоду МРС. В ній враховано найбільш важливі фізичні процеси, що супроводжують модифікацію поверхні катоду у низькотемпературній плазмі. В межах моделі отримано аналітичне рівняння, яке описує динаміку профілю поверхні у присутності сильного електричного поля. Знайдено точне рішення цього рівняння для початкових умов неоднорідності профілю поверхні у формі кругового конусу. Отримано граничну умову, яка визначає сценарій еволюції конусу в залежності від його первісної висоти і кута при вершині, а також від умов розпилення і конденсації частинок на прилеглій ділянці поверхні катоду. Теоретичний сценарій еволюції в цілому співпадає з результатами експериментальних досліджень.

3. Експериментально встановлено, що модифікація поверхні катоду призводить до формування окремих високих конусоподібних новоутворень критичних розмірів, які є однією із причин мікропробоїв у стаціонарному режимі магнетронного розряду. При цьому відбувається оплавлення вершин утворень, за рахунок чого у покритті, що осаджується, з’являються окремі дефекти у вигляді мікрокрапель.

4. Досліджено еволюцію вольт-амперних характеристик магнетронного розряду із часом для мішеней із різною мікротопографією поверхні. Продемонстровано, що розвиток мікрорельєфу з формуванням конусоподібних новоутворень супроводжується зміною емісійних характеристик катоду. З’ясований зв’язок між процесом встановлення динамічної рівноваги мікротопографії катоду і зміною складу газового середовища розряду.

5. Експериментально досліджено модифікацію поверхні дисперсних матеріалів у плазмі магнетронного, тліючого і дугового розрядів. Встановлено, що під впливом бомбардування іонами робочого газу і іонізованими атомами, розпиленими з катоду, на поверхні зерен дисперсних матеріалів відбуваються процеси іонно-стимульованого синтезу хімічних сполук.

6. Розроблено мас-спектрометричну методику діагностики газового середовища, яка дозволяє корегувати параметри згаданих процесів синтезу у режимі реального часу.

7. Проведено практичну апробацію експериментальної методики металізації алмазних зерен за допомогою магнетронної розпилювальної системи. Запропонований варіант одностадійного вакуум-плазмового синтезу порошку карбіду вольфраму із окису вольфраму.

Публікації автора:

1. Алимов С.С., Бобков В.В., Рябчиков Д.Л. Вакуум-плазменное нанесение тонкопленочных покрытий на порошки // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Серия "Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники". - 1998. - Вып. 4(5)-5(6). - С. 96-98.

2. Азаренков Н.А., Алимов С.С., Бобков В.В., Бизюков А.А., Литовченко С.В., Чишкала В.А. Синтез монокарбида вольфрама из вольфрамового ангидрида // Cб. научн. трудов Донецкого государственного технического университета. - 1998. - Т.1. - Вып. 6. - С.10-12.

3. Bardamid A.F., Konovalov V.G., Orlinskij D.V., Shtan’ A.F., Solodovchenko S.I., Voitsenya V.S., Yakimov K.I., Alimov S.S., Bobkov V.V. On the choice of material for fabricating the first mirrors of plasma diagnostics in a fusion reactors // Вопросы атомной науки и техники (ВАНТ). Серия "Физика плазмы". - 1999. - Вып. 1-2. - С. 124-125.

4. Азаренков Н.А., Алимов С.С., Бобков В.В., Литовченко С.В., Рябчиков Д.Л., Чишкала В.А., Бизюков И.А. Масс-спектрометрический способ оптимизации процесса синтеза карбида вольфрама в вакууме // Вісник ХНУ. Серія фізична "Ядра, частинки, поля". - 1999. - № 438, Вип 1. - С. 47-50.

5. Алимов С.С., Бобков В.В., Веремеенко В.П., Рябчиков Д.Л. Вакуум-плазменное нанесение углеродных покрытий при синтезе порошка карбида вольфрама // Вісник ХНУ. Серія фізична "Ядра, частинки, поля". - 2000. - № 443, Вип. 2. - С. 86-88.

6. Алимов С.С., Бобков В.В., Слюсаренко Ю.В., Старовойтов Р.И. Эволюция конических новообразований на поверхности катода в тлеющем газовом разряде // Вісник ХНУ. Серія фізична "Ядра, частинки, поля". - 2000 - №481, Вип. 2. - С. 71-78.

7. Алимов С.С., Андреев В.В., Бобков В.В., Онищенко А.В., Старовойтов Р.И. Исследование переходных процессов в магнетронной распылительной системе // Вісник Харківського університету. Серія фізична "Ядра, частинки, поля". - 2001. - №541, вип. 4. - С. 52-58.

8. Алимов С.С., Бобков В.В., Рябчиков Д.Л., Старовойтов Р.И. Металлизация порошков // Материалы Международной конференции "Физика плазмы и плазменные технологии". - Минск (Беларусь). - 1997. - Т. 4. - С. 724-727.

9. Азаренков Н.А., Алимов С.С., Бобков В.В., Бизюков А.А., Литовченко С.В., Чишкала В.А. Синтез монокарбида вольфрама в вакууме // Материалы Международного симпозиума "Вакуумные технологии и оборудование". - Харьков (Украина). - 1999. - С. 36-38.

10. Alimov S.S., Bobkov V.V., Bobkov Vl.V., Slyusarenko Yu.V., Starovoitov R.I. The evolution of the cathode surface in glow gas discharge // XV Europhysics Conference on Atomic and Molecular Physics of Ionized Gases. Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers. - Miscolc (Hungary). - ECA V. 24F - 2000. - P. 400-401.

11. Алимов С.С., Андреев В.В., Бобков В.В., Слюсаренко Ю.В., Старовойтов Р.И. Формирование конусоподобных микровыступов на поверхности катода магнетронной распылительной системы // Материалы Всероссийской научной конференции по физике низкотемпературной плазмы. - Петрозаводск (Россия). - Т. 2. - 2001. - С. 164-168.

12. Bobkov V.V., Alimov S.S., Andreiev V.V., Onischenko A.V., Starovoitov R.I. Transitional Phenomena in Magnetron Discharge // 29th EPS Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion. Abstracts of Invited Lectures and Contributed Papers. - Montreux (Switzerland). - ECA V. 26B. - 2002. - P. 2.028.