Моделирование влияния полевой электронной эмиссии из катода с тонкой диэлектрической пленкой на его распыление в газовом разряде в смеси аргона и паров ртути

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложена модель слаботочного газового разряда в смеси аргона и паров ртути при наличии на поверхности катода тонкой диэлектрической пленки. Модель учитывает, что в такой смеси существенный вклад в ионизацию рабочего газа может давать ионизация атомов ртути при их столкновениях с метастабильными возбужденными атомами аргона. В разряде на поверхности пленки накапливаются положительные заряды, создающие в диэлектрике электрическое поле, достаточное для возникновения полевой эмиссии электронов из металлической подложки электрода в диэлектрик. Такие электроны ускоряются в пленке полем и могут выходить из нее в разрядный объем. В результате увеличивается эффективный коэффициент ионно-электронной эмиссии катода. Рассчитаны температурные зависимости характеристик разряда и показано, что вследствие быстрого уменьшения при снижении температуры концентрации паров ртути в смеси увеличиваются напряженность электрического поля в разрядном промежутке и разрядное напряжение. Наличие на катоде тонкой диэлектрической пленки может приводить к улучшению его эмиссионных свойств и существенному снижению разрядного напряжения. Это обусловливает уменьшение энергии ионов и атомов, бомбардирующих поверхность катода и, следовательно, интенсивности распыления катода в разряде.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Г. Бондаренко

Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Автор, ответственный за переписку.
Email: gbondarenko@hse.ru
Россия, 101000, Москва

В. И. Кристя

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: kristya@bmstu.ru

Калужский филиал

Россия, 248000, Калуга

Д. О. Савичкин

ЗАО “Топ Системы”

Email: gbondarenko@hse.ru
Россия, 127055, Москва

М. Р. Фишер

Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”

Email: kristya@bmstu.ru
Россия, 101000, Москва

Список литературы

  1. Атаев А.Е. Зажигание ртутных разрядных источников излучения высокого давления. М.: Изд-во МЭИ, 1995. 168 c.
  2. Zissis G., Kitsinelis S. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2009. V. 42. № 17. P. 173001. http://doi.org./10.1088/0022-3727/42/17/173001
  3. Langer R., Garner R., Paul I., Horn S., Tidecks R. // Eur. Phys. J. Appl. Phys. 2016. V. 76. № 1. P. 10802. http://doi.org./10.1051/epjap/2016160277
  4. Phelps A.V., Petrović Z.L. // Plasma Sources Sci. Tech. 1999. V. 8. № 3. Р. R21. http://doi.org./10.1088/0963-0252/8/3/201
  5. Lay B., Moss R.S., Rauf S., Kushner M.J. // Plasma Sources Sci. Technol. 2003. V. 12. № 1. P. 8. http://doi.org./10.1088/0963-0252/12/1/302
  6. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Интеллект, 2009. 736 с.
  7. Saifutdinov A.I. // Plasma Sources Sci. Tech. 2022. V. 31. № 9. P. 094008. http://doi.org./10.1088/1361-6595/ac89a7
  8. Sakai Y., Sawada S., Tagashira H. // J. Phys. D: Appl. Phys. 1989. V. 22. № 2. P. 282. http://doi.org./10.1088/0022-3727/22/2/007
  9. Petrov G.M., Giuliani J.L. // J. Appl. Phys. 2003. V. 94. № 1. P. 62. http://doi.org./10.1063/1.1576895
  10. Кристя В.И., Фишер М.Р. // Изв. РАН. Сер. физ. 2010. Т. 74. № 2. С. 298.
  11. Riedel M., Düsterhöft H., Nagel F. // Vacuum. 2001. V. 61. № 2. P. 169. http://doi.org./10.1016/S0042-207X(01)00112-9
  12. Гуторов К.М., Визгалов И.В., Маркина Е.А., Курнаев В.А. // Изв. РАН. Сер. физ. 2010. Т. 74. № 2. С. 208.
  13. Stamenković S.N., Marković V.Lj., Gocić S.R., Jovanović A.P. // Vacuum. 2013. V. 89. P. 62. http://doi.org./10.1016/j.vacuum.2012.09.010
  14. Bondarenko G.G., Fisher M.R., Kristya V.I. // Vacuum. 2016. V. 129. P. 188. http://doi.org./10.1016/j.vacuum.2016.01.008
  15. Hagelaar G.J.M., Kroesen G.M.W., Klein M.H. // J. Appl. Phys. 2000. V. 88. № 5. P. 2240. http://doi.org./10.1063/1.1287758
  16. Capdeville H., Pédoussat C., Pitchford L.C. // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. № 3. P. 1026. http://doi.org./10.1063/1.1430891
  17. Ito T., Cappelli M.A. // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. № 10. P. 101503. http://doi.org./10.1063/1.2711416
  18. Sukhomlinov V.S., Mustafaev A.S., Murillo O. // Phys. Plasmas. 2018. V. 25. № 1. P. 013513. http://doi.org./10.1063/1.5017309
  19. Кристя В.И., Савичкин Д.О., Фишер М.Р. // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. 2016. № 4. С. 84. http://doi.org./10.7868/S0207352816040119
  20. Бондаренко Г.Г., Кристя В.И., Савичкин Д.О. // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 2. С. 129
  21. Bondarenko G.G., Kristya V.I., Savichkin D.O. // Vacuum. 2018. V. 149. P. 114. http://doi.org./10.1016/j.vacuum.2017.12.028
  22. Бондаренко Г.Г., Фишер М.Р., Мьо Ти Ха, Кристя В.И. // Изв. вузов. Физика. 2019. Т. 62. № 1. С. 72.
  23. Bondarenko G.G., Fisher M.R., Kristya V.I., Bondar-iev V. // High Temperature Material Proc. 2022. V. 26. № 1. P. 17. http://doi.org./10.1615/HighTempMatProc.2021041820
  24. Бондаренко Г.Г., Дубинина М.С., Фишер М.Р., Крис-тя В.И. // Изв. вузов. Физика. 2017. Т. 60. № 12. С. 48.
  25. Зыкова Е.В., Кучеренко Е.Т., Айвазов В.Я. // Радио- техника и электроника. 1979. Т. 24. № 7. С. 1464.
  26. Suzuki M., Sagawa M., Kusunoki T., Nishimura E., Ike-da M., Tsuji K. // IEEE Trans. ED. 2012. V. 59. P. 2256. http://doi.org./10.1109/TED.2012.2197625
  27. Уэймаус Д. Газоразрядные лампы. М.: Энергия, 1977. 344 с.
  28. Савичкин Д.О., Кристя В.И. // Поверхность. Рентген., синхротрон. и нейтрон. исслед. 2019. № 2. С. 107. http://doi.org./10.1134/S0207352819020112
  29. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып. 1 / Ред. Бериш Р. М.: Мир, 1984. 336 c.
  30. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Вып. 2. / Ред. Бериш Р. М.: Мир, 1986. 488 c.
  31. Hine K., Yoshimura S., Ikuse K., Kiuchi M., Hashimo-to J., Terauchi M., Nishitani M., Hamaguchi S. // Jpn. J. Appl. Phys. 2007. V. 46. № 12L. P. L1132. http://doi.org./10.1143/JJAP.46.L1132
  32. Yoshimura S., Hine K., Kiuchi M., Hashimoto J., Terauchi M., Honda Y., Nishitani M., Hamaguchi S. // Jpn. J. Appl. Phys. 2012. V. 51. № 8S1. Р. 08HB02. http://doi.org./10.1143/JJAP.51.08HB02

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Зависимость от температуры эффективного коэффициента ионно-электронной эмиссии катода (а), напряжения зажигания разряда (б) и отношения плотностей тока ионов ртути и аргона у катода (в). Сплошные линии соответствуют катоду с пленкой, а штриховые – без пленки.

Скачать (207KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Энергетические распределения у катода потоков ионов аргона (Ar+) и ртути (Hg+), а также быстрых атомов аргона, возникающих при упругом рассеянии ионов аргона и ртути на медленных атомах аргона (Ar1) и (Ar2) в отсутствие на катоде диэлектрической пленки (а) и при ее наличии (б).

Скачать (215KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость от температуры эффективных коэффициентов распыления алюминиевого катода ионами ртути (Hg+) и быстрыми атомами аргона, возникающими при упругом рассеянии ионов ртути на атомах аргона (Ar2). Сплошные линии соответствуют катоду с пленкой, а штриховые – без пленки.

Скачать (103KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость от температуры плотности потока распыленных с катода атомов. Сплошная линия соответствует катоду с пленкой, а штриховая – без пленки.

Скачать (77KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024