Ионная обработка материалов

Если из нейтрального атома или молекулы удалить, или, наоборот, присоединить к ним электрон, то образующаяся заряженная частица называется ионом. В зависимости от количества удаленных или присоединенных электронов ионы называются одно - или многозарядными. Ионы могут быть атомарными, молекулярными и кластерными (конгломерат частиц, несущих электрический заряд). Заряженные ионы можно ускорить электрическим полем, изменить траекторию их движения электрическими или магнитными полями, сфокусировать в потоке, можно легко измерить силу создаваемого ими тока. В отличие от электронов ионы имеют значительно большие массы и сохраняют химическую индивидуальность атомов, из которых они получены. Направленный на твердые тела ускоренный поток ионов способен разрушать их, при этом возникает эмиссия атомов, электронов, ионов и фотонов, наблюдаются разогрев тел и модификация поверхностных слоев.

Эмиссию частиц вещества в вакуум обычно называют ионным (катодным) распылением. Под действием ионной бомбардировки при столкновении иона с атомами решетки и атомов решетки между собой происходит обмен импульсами. Для того, чтобы атом оторвался от поверхности, ему должна быть сообщена энергия, превосходящая энергию связи атома с поверхностью твердого тела.

Технология ионного распыления материалов имеет важное значение для напыления пленок на разнообразные подложки. При ионном напылении пленок нет недостатков, характерных для термических методов, при которых напыляемый материал просто термически испаряется в вакууме и затем конденсируется на холодной подложке. Недостатки термических методов следующие: трудность или невозможность испарения тугоплавких материалов, низкая воспроизводимость свойств пленок, малый срок службы и инерционность испарителей, плохая адгезия и дефектность пленок, сложность контроля процесса.

Ионное распыление проводят в вакуумных установках разных систем. Простейшая - это диодная, где мишень – катод, подложка – анод. Затем появились триодные и тетродные, установки с автономным источником ионов, высокочастотные и магнетронные. В таких установках можно распылять и осаждать на подложку не только тугоплавкие металлы и многокомпонентные сплавы, но и диэлектрики, и полупроводники.

Установка диодной системы содержит в вакуумной камере два электрода: катод и анод. Каждый электрод выполняет две функции: катод, бомбардируемый ионами из разряда, эмитирует электроны, поддерживающие горение разряда, он же является распыляемой мишенью. Анод, необходимый для горения разряда, одновременно служит держателем подложек, на которых конденсируются в виде пленки атомы материала мишени. Обычная среда – аргон.

Применяются также, преимущественно в производстве полупроводниковых приборов и микросхем, такие технологические процессы, как ионное легирование материалов, молекулярно-лучевая эпитаксия, ионная литография.

В целом методам электронно-ионной технологи присущи, наряду с уже отмеченными, такие достоинства, как высокая точность и воспроизводимость результатов и возможность сочетания в одной установке производственной операции с непрерывным контролем. Они являются главным технологическим средством нового направления – нанотехнологии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Власов В.Ф. Электронные и ионные приборы.- М.: Связьиздат, 1960.

2. Клейнер Э.Ю. Основы теории электронных ламп.- М.: Высшая школа, 1974.

3. Попов В.Ф., Горин Ю.Н. Процессы и установки электронно-ионной технологии.- М.: Высшая школа, 1988.

4. Терехов В.А. Задачник по электронным приборам: Учеб. пособие для вузов.- 2-е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1983.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Чем обусловлена электропроводность металлов?

2. Каким образом взаимодействие между атомами в твердом теле сказывается на состоянии связанных электронов?

3. В чем заключается принцип Паули?

4. Что такое уровень Ферми?

5. Изобразите график распределения электронов в твердом теле по уровням энергии.

6. Что такое работа выхода электрона?

7. Приведите примеры металлов, имеющих малую работу выхода электрона.

8. Что такое термоэлектронная эмиссия?

9. Запишите и поясните формулу Дэшмана.

10. От каких факторов зависит плотность тока эмиссии конкретного металла?

11. Почему эмиссионная способность активированных металлов выше, чем у неактивированных?

12. Почему катод в электровакуумном приборе присоединяют к отрицательному полюсу источника питания?

13. В чем заключается эффект Шоттки?

14. С какой целью катод в электровакуумном приборе нагревают?

15. Опишите конструкцию катода прямого накала.

16. Что такое эмиссионная характеристика катода?

17. От каких факторов зависит температура катода?

18. Изобразите электрическую схему для снятия накальной характеристики электровакуумного прибора.

19. Изобразите электрическую схему для снятия эмиссионной характеристики электровакуумного прибора.

20. Почему накальная характеристика ЭВП нелинейная?

21. Что такое удельная эмиссия катода?

22. Что такое удельная мощность накала ЭВП?

23. Что такое эффективность катода?

24. Что такое долговечность катода?

25. В чем основная причина отказа катодов прямого накала?

26. В чем основная причина отказа активированных и оксидных катодов?

27. Приведите классификацию термоэлектронных катодов ЭВП.

28. Что представляет собой активный слой пленочных катодов?

29. Что представляет собой активный слой полупроводниковых катодов?

30. В чем достоинства и недостатки вольфрамовых катодов?

31. В чем достоинства и недостатки танталовых катодов?

32. В чем достоинства и недостатки торированых катодов?

33. В чем достоинства и недостатки карбидированных катодов?

34. Опишите конструкцию полупроводникового катода.

35. Почему ЭВП с оксидными катодами наиболее пригодны к работе в импульсных режимах?

36. Какой тип катода характеризуется наибольшей эффективностью и почему?

37. В чем достоинства и недостатки катода прямого накала?

38. В чем достоинства и недостатки катода косвенного накала?

39. В чем главные недостатки ЭВП по сравнению с полупроводниковыми?

40. Опишите явление электростатической индукции применительно к электрической цепи, включающей вакуумный участок между катодом и анодом ЭВП.

41. Изобразите вольт-амперную характеристику вакуумного диода.

42. Что такое ток насыщения и напряжение насыщения диода?

43. Что такое режим насыщения электровакуумного прибора?

44. Что такое режим пространственного заряда электровакуумного прибора?

45. Поясните, как изменяется режим работы ЭВП в зависимости от температуры катода.

46. Поясните, как изменяется режим работы ЭВП в зависимости от напряжения анод - катод.

47. Каковы локализация и порядок величины потенциального барьера, создаваемого пространственным зарядом в ЭВП?

48. Запишите и поясните закон трех вторых.

49. Воспроизведите изображения на электрических схемах электровакуумных диодов разных типов.

50. Перечислите основные параметры вакуумных диодов.

51. Каковы области применения вакуумных диодов?

52. Как определить крутизну характеристики вакуумного диода?

53. Как определить внутреннее сопротивление вакуумного диода?

54. Где в вакуумном диоде выделяется мощность, рассеиваемая анодной цепью? Какова ее величина?

55. Почему недопустим перегрев анода ЭВП?

56. Какой параметр материала для изготовления анода ЭВП имеет наибольшее значение?

57. Изобразите принципиальную схему двухполупериодного выпрямителя на кенотроне.

58. В чем состоят основные недостатки выпрямителя напряжения на кенотроне?

59. Перечислите основные параметры электровакуумных диодов.

60. С какой целью в состав электровакуумного прибора введен третий электрод (сетка)?

61. Изобразите электрическую схему включения вакуумного триода, поясните функции отдельных элементов.

62. Изобразите сеточно-анодную характеристику триода, покажите, как по этой характеристике определить напряжение отсечки и крутизну характеристики.

63. Изобразите семейство сеточно-анодных характеристик триода.

64. Изобразите семейство анодных характеристик триода, покажите, как по характеристикам определить внутреннее сопротивление триода.

65. Что такое коэффициент усиления триода, как его можно определить по характеристикам?

66. Изобразите эквивалентную схему выходной цепи усилительного каскада на электровакуумном триоде, запишите выражение для коэффициента усиления каскада.

67. В каком диапазоне находятся значения коэффициентов усиления и крутизны реальных вакуумных триодов?

68. Почему с ростом частоты усиливаемого сигнала коэффициент усиления триода и каскада на нем снижаются?

69. Изобразите эквивалентную схему усилительного каскада на вакуумном триоде, учитывающую междуэлектродные емкости.

70. С какой целью в состав электровакуумного прибора вводят вторую сетку?

71. Как изменяются параметры тетрода по отношению к триоду?

72. Что такое динатронный эффект, в чем он заключается?

73. Какими путями устраняют динатронный эффект?

74. Что за прибор называют лучевым тетродом?

75. Каковы области применения пентодов и лучевых тетродов?

76. Что такое многосеточные и комбинированные лампы, каковы области их применения?

77. Приведите примеры обозначения приемно-усилительных ЭВП.

78. В чем отличия мощных ЭВП от приемно-усилительных?

79. Почему большинство мощных ЭВП являются триодами?

80. Перечислите способы охлаждения мощных ЭВП.

81. Приведите примеры обозначения мощных ЭВП.

82. В чем отличия ЭВП для сверхвысоких частот от ЭВП более низкочастотных?

83. Приведите примеры ЭВП СВЧ, охарактеризуйте их.

84. В чем особенности магнетрона, где эти приборы применяются?

85. В чем состоит назначение электронно-лучевых трубок, где они применяются?

86. Изобразите схематично устройство ЭЛТ, поясните назначение элементов конструкции.

87. Каковы функции системы фокусировки луча в ЭЛТ, какими средствами обеспечивается фокусировка?

88. Каковы функции системы отклонения луча в ЭЛТ, какими средствами оно обеспечивается?

89. Перечислите состав и укажите назначение электронной пушки.

90. В чем отличия электростатической и магнитной фокусировки?

91. В чем отличия электростатического и магнитного отклонения луча?

92. От чего зависит яркость свечения точки на экране ЭЛТ?

93. Какие вещества применяют в ЭЛТ в качестве люминофоров?

94. Перечислите основные параметры люминофоров.

95. Поясните, почему при попадании на экран ЭЛТ электронов на нем не происходит накопления отрицательного заряда.

96. Что такое алюминированый экран ЭЛТ, в чем его достоинства?

97. Какие факторы ограничивают срок службы ЭЛТ?

98. В чем отличия между осциллографическими ЭЛТ и кинескопами?

99. Чем кинескопы цветного изображения отличаются от кинескопов монохроматических (черно-белых)?

100. Что такое ионные (газоразрядные) приборы?

101. В чем заключается возбуждение атома при соударении с электроном?

102. Что такое потенциал возбуждения газа?

103. В чем заключается явление ударной ионизации атома?

104. В чем отличия между неупругими столкновениями первого рода и второго рода?

105. Что такое ступенчатая ионизация?

106. Что такое метастабильный атом?

107. Что является источником электронов для разряда в газе?

108. Чем несамостоятельный разряд в газе отличается от самостоятельного?

109. Опишите процессы при несамостоятельном разряде.

110. Опишите процессы при самостоятельном разряде.

111. Изобразите график распределении потенциала в разрядном промежутке при самостоятельном разряде.

112. Каково условие существования самостоятельного разряда?

113. Изобразите кривую Пашена, объясните ее ход.

114. При каких условиях имеет место тлеющий разряд?

115. Изобразите вольт-амперную характеристику самостоятельного разряда, поясните области.

116. Что такое напряжение зажигания разряда и напряжение горения?

117. Какова роль балласта в цепи газового разряда?

118. При каком виде разряда велика роль автоэлектронной эмиссии электронов?

119. В чем отличия между автоэлектронной и термоэлектронной дугой?

120. Приведите примеры газоразрядных приборов, служащих для преобразования электрического тока и управления им.

121. В чем недостатки газоразрядных приборов, применявшихся для преобразования электрического тока и управления им в сравнении с полупроводниковыми приборами аналогичного функционального назначения?

122. Приведите примеры газоразрядных приборов – источников света.

123. В чем преимущества газоразрядных приборов – источников света по сравнению с лампами накаливания?

124. Какие явления используются в газоразрядных источниках света?

125. Перечислите основные параметры трубчатой люминесцентной лампы.

126. Приведите примеры обозначений трубчатых люминесцентных ламп.

127. Изобразите схему включения трубчатой люминесцентной лампы в сеть переменного тока, опишите процесс включения лампы.

128. В чем недостатки дроссельного ПРА?

129. Изобразите схему включения трубчатой люминесцентной лампы совместно с инверторным балластом, укажите достоинства такого включения.

130. Перечислите типы газоразрядных ламп высокого давления, укажите их области применения.

131. Опишите устройство и работу лампы типа ДРЛ.

132. Какие газоразрядные лампы применяют в осветительном оборудовании автомобилей?

133. Поясните устройство и принцип действия плазменных панелей, укажите области применения.

134. Что собой представляет электронно-ионная технология?

135. Перечислите термические процессы электронно-лучевой технологии, укажите их достоинства.

136. Опишите процесс взаимодействия ускоренных электронов с веществом.

137. Как распределена по объему твердого тела выделяющаяся в месте падения электронного луча энергия?

138. Опишите процесс передачи энергии от ускоренных электронов веществу.

139. Какие операции выполняют несфокусированным потоком электронов?

140. Какие операции выполняют сфокусированным потоком электронов?

141. Перечислите режимы сварки электронным лучом, укажите соотношения между глубиной проплавления и шириной шва.

142. Опишите процесс размерной обработки электронным лучом.

143. Опишите состав и особенности составных частей установок электронно-лучевой обработки.

144. Какие процессы электронно-лучевой обработки относятся к нетермическим?

145. Опишите электронно-лучевую литографию.

146. Приведите классификацию электронно-зондовых методов анализа веществ.

147. В чем состоит оже-эффект, используемый в оже-спектроскопии?

148. Каковы особенности ионной обработки материалов?

Дата добавления: 2014-01-07