Д.С. Манегин1, В.Д. Соколов2, С.О. Шилов3, Е.В. Воробьев4, О.П. Плотникова5, С.Г. Ивахненко6

1-6 НОЦ «Ионно-плазменные-технологии», МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

1 manegin@bmstu.ru; 2 sokolovvd@bmstu.ru; 3 s.shilov@bmstu.ru; 4 evv@bmstu.ru; 5 plotnikova@bmstu.ru; 6 ivakhnenko@bmstu.ru

Постановка проблемы. Бессеточные ионные источники (БИИ) широко применяются в процессах ионно-плазменной тонкопленочной технологии в качестве инструментов для проведения очистки поверхности, распыления и ассистирования. В мировой практике используются две различные конструктивные схемы БИИ: в одной схеме задняя стенка разрядной камеры находится под плавающим потенциалом, а в другой – под потенциалом анода. Однако детального сравнения особенностей функционирования и достигаемых значений параметров этих схем (например[М1] , величины ионного тока и ее углового распределения) ранее не проводилось.

Цель. Выявить особенности работы БИИ, выполненных по двум различным конструктивным схемам.

Результаты. Проведены исследования ионных пучков БИИ методом плоского зонда Фарадея с охранным кольцом. При работе на аргоне испытаны ионные источники трех типоразмеров с максимальными токами разряда 5 А, 10 А и 15 А, выполненные по конструктивным схемам с плавающим и с анодным потенциалом задней стенки разрядной камеры (РК). Получены угловые распределения ионного тока на зонд при различных значениях тока разряда, индукции магнитного поля и расхода рабочего газа. Проведено сравнение полученных результатов для обеих исследованных конструктивных схем БИИ. Установлено, что конструктивная схема с плавающим потенциалом задней стенки РК в целом позволяет получать более высокие значения ионного тока.

Практическая значимость. Представленные результаты могут быть использованы при разработке российских моделей БИИ.

Манегин Д.С., Соколов В.Д., Шилов С.О., Воробьев Е.В., Плотникова О.П., Ивахненко С.Г. Исследование ионных пучков бессеточных ионных источников с плавающим и с анодным потенциалом задней стенки разрядной камеры // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 4. С. 158−167. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202404-16

1. Sharapov V.M., Zalavutdinov R.K., Zimin A.M., Krivitsky S.E., Serushkin S.V., Kulikauskas V.S. Effect of deuterium on thin-film formation during tungsten sputtering in magnetron discharge deuterium plasma // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrothron and Neutron Techniques. 2015. V. 9. № 4. P. 673-678. DOI: 10.1134/S1027451015040187.
2. Tumanov N.A., Kirillov D.V., Vorob’ev E.V. Investigation of a high-frequency magnetron sputtering system operation modes during copper thin films deposition // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2022. V. 2270. №. 1. Р. 012055.
3. Духопельников Д.В., Воробьев Е.В., Ивахненко С.Г. Управление ионными потоками в холловских ускорителях // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 2. С. 24-30.
4. Ensinger W. Ion sources for ion beam assisted thin film deposition // Review of Scientific Instruments.1992. V. 63., № 11.
   P. 5217-5233. DOI: 10.1063/1.1143432.
5. Pawlewicz W.T., Culver T.R., Chiello M.W., Zachistal J.H., Walters S.R., Allen D.A. Low-energy high-flux reactive ion assisted deposition of oxide optical coatings: performance, durability, stability and scalability // Optical Thin Films IV: New Developments. Proceedings SPIE. 1994. V. 2262. P. 2-13. DOI: 10.1117/12.185776.
6. Гайнутдинов И.С., Муравьев Е.А., Малафеев И.Д., Хасанов А.М., Кольцов А.Ю. Повышение стабильности спектральной границы пропускания УФ-фильтра при нанесении пленок оксида гафния с использованием ионного ассистирования // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2019. № 1. С. 5-9.
7. Kaufman H.R., Harper J.M.E. Ion doses for low-energy ion-assist applications // Journal of Vacuum Science & Technology A. 2004. V. 22. № 1. P. 221-224. DOI: 10.1116/1.1633565.
8. Zhurin V.V. Industrial Ion Sources: Broadbeam Gridless Ion Source Technology. Weinheim: Wiley-VCH2012. 312 р.
9. Niederwald H., Mahoney L. Next generation end hall ion source in the optical thin film production process // Advances in Optical Thin Films III. 2008. DOI: 10.1117/12.797596.
10. Kahn J.R., Kaufman H.R. Low-Energy Ion-Beam Etching // Society of Vacuum Coaters. 49th Annual technical Conference Proceedings. 2005. 4 p.
11. Sainty W.G. Ion Source // United States Patent. US 6,849,854 B2.2005.
12. Tokarev A.S., Lapshina O.A., Kozyrev A.A. Influence of ion cleaning of front facet of 9xx nm InGaAs/AlGaAs/GaAs diode lasers on their maximal output power // Semiconductors. 2023. V. 57. № 1. P. 54-57. DOI: 10.21883/SC.2023.01.55621.3952.
13. Голосов Д.А., Завадский С.М., Мельников С.Н., Xiubo Tian, Окоджи Д.Э., Колос В.В. Ионный источник на основе торцевого холловского ускорителя для предварительной «мягкой» очистки подложек // Материалы IV Междунар. науч. конф. «Проблемы взаимодействия излучения с веществом». В 2-х частях. Ч. 2. Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины. 2016. С. 35-39.
14. XNY Vacuum (официальный сайт). URL: http://www.cdxnyzk.com/product/42/ (дата обращения 06.02.2024).
15. Hanil Vacuum Co., Ltd (официальный сайт). URL: http://eng.vacuum-coater.com/wp/?page_id=4507 (дата обращения 06.02.2024).
16. Optorun (официальный сайт). URL: https://www.optorun.co.jp/en/products/ion/ois_gl.html (дата обращения 06.02.2024).
17. Univac (официальный сайт). URL: http://www.univac.co.kr/eng/sub02/07_01.php (дата обращения 06.02.2024).
18. Манегин Д.С., Соколов В.Д., Шилов С.О., Воробьев Е.В., Серушкин С.В., Ивахненко С.Г. Исследование параметров работы бессеточных ионных источников // Инженерный журнал: наука и инновации. 2023. № 12. DOI: 10.18698/2308-6033-2023-12-2322.
19. Dukhopelnikov D.V., Riazanov V.A., Shilov S.O., Manegin D.S., Sokolov R.A. Investigation of the laboratory model of a thruster with anode layer operating with air and nitrogen-oxygen mixture // AIP Conference Proceedings. XLIV Academic Space Conference: Dedicated to the Memory of Academician S.P. Korolev and other Outstanding Russian Scientists. Pioneers of Space Exploration. 2021. V. 2318. DOI: 10.1063/5.0036251.
20. Банковский А.С., Захаров А.А., Потапов А.А., Швачко А.А. Влияние пространственного заряда в газоразрядной плазме на устойчивость баланса частиц и токовую составляющую напряженности электрического поля // Радиотехника. 2020. Т. 84. № 7(14). С. 50-58. DOI: 10.18127/j00338486-202007(14)-07.
21. Willey R.R., Fortenberry K., Green C. Comparison of the behavior of three different ion/plasma sources for optical coating processes using a direct current power supply // 64th Annual Technical Conference Proceedings. 2021. 4 p. DOI: 10.14332/svc21.proc.0041.
22. Henderson H. Development of advanced polymeric reflector for CSP applications-final report. Abengoa Solar-Lakewood, CO. 2013. №. DOE-GO18036-1.
23. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме. М.: Атомиздат. 1969. 291 с.