Факторы плазмы, воздействующие на поверхность
 Скачать 39.81 Kb.
|
|
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (ФГБОУ ВО «КНИТУ») Кафедра «Плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов» РЕФЕРАТ по дисциплине: «Плазменные технологии получения и модификации наноматериалов» на тему: «Факторы плазмы, воздействующие на поверхность» Выполнила: студентка 4-ого курса группы 4361-11 Шадрина Юлия Проверил: д.т.н., профессор Шаехов Марс Фаритович Казань 2019 г. В основу работы технологического плазменного оборудования, используемого в настоящее время, могут быть положены различные типы воздействия плазмы на обрабатываемый материал: термическое воздействие плазмы на введенные в реакционный объем материалы и среды; воздействие заряженными частицами высоких энергий (ионами и электронами); воздействие нейтральными возбужденными в плазме химически активными атомами, молекулами и радикалами; комплексное воздействие. Структурно все вышесказанное может быть упрощенно представлено в следующем виде:  Рисунок 1 – Типы воздействия плазмы на обрабатываемый материал Каждый из приведенных типов воздействия определяет назначение соответствующего технологического оборудования и процессов: для очистки поверхности от органических или неорганических загрязнений или пленок; для осаждения толстых или тонких слоев (нанесения покрытий); для травления слоев физическим распылением; для травления слоев плазмохимическим способом; для резки материалов; для сварки материалов; для получения монокристаллов или порошков тугоплавких материалов; для полимеризации поверхностных слоев и т. д. В разных конкретных видах технологического оборудования может использоваться плазма с различными сильно отличающимися характеристиками и параметрами. Это может быть либо термическая низкотемпературная квазиравновесная плазма с высокой среднемассовой температурой частиц, либо холодная неравновесная плазма при пониженном давлении с высокой электронной температурой. Типы воздействия на обрабатываемый материал могут резко отличаться, однако в любом случае инструментом воздействия служит плазма газового электрического разряда либо ее составляющая. Обычно это плазма с контролируемым составом обновляемой газовой среды в замкнутом объеме. Чаще всего для передачи энергии в плазму используются такие виды разрядов, которые не вносят загрязнения конструктивных элементов разрядного устройства. Многие плазменные и ионно-плазменные технологии предполагают использование плазменных потоков с большими скоростями (плазменных струй) с энергией ионов от 10 эВ и выше. Требуемые энергии частиц и скорости плазменного потока для таких плазменных технологий достигаются за счет ускорения образуемой плазмы электрическим полем. Отметим, что ускорение ионов плазмы в соответствующих технологических устройствах (плазменных ускорителях) обусловлено как электрическим или магнитным полем, так и столкновениями с другими частицами, благодаря которым энергия хаотического движения ионов переходит в энергию направленного движения (тепловое или газодинамическое ускорение ионов). Наибольшее значение для плазменных ускорителей имеет электрическое (магнитное) ускорение ионов. Нейтральные же частицы ускоряются под действием одних только столкновений. Одним из важных явлений, имеющих место при реализации широкого ряда плазменных технологий, является удаление вещества с поверхности образца, подвергаемого воздействию плазмы. В основе этого явления лежит воздействие на материал энергичных активных или неактивных частиц плазмы. Понятие "энергичные" подразумевает высокую кинетическую или потенциальную энергию частиц. Очевидно, это в первую очередь, относится к ионной и нейтральной компонентам плазмы. Обычно процессы плазменной обработки поверхности образца систематизируют по тому, какова природа – физическая или химическая –взаимодействия энергичных частиц с веществом. Следует отметить, что рассматриваемые технологические процессы плазменной обработки ограничиваются приповерхностными слоями материала, поскольку кинетическая энергия таких энергичных частиц в плазме все же не превышает, как правило, нескольких килоэлектронвольт ( <10 -15 Дж). При таких энергиях толщина слоя образца, в котором осуществляется взаимодействие, не превышает нескольких нанометров, т.е. ограничена несколькими десятками атомных слоев у поверхности. При физическом взаимодействии основой является сравнительно высокая кинетическая энергия направленного движения частиц, которая может превышать тепловую энергию на несколько порядков величины. Такое взаимодействие характеризуется обменом энергией и импульсом в упругих столкновениях частиц плазмы с атомами вещества и приводит, в частности, к распылению материала с поверхности. Такая обработка поверхности называется плазменной или ионной При химическом взаимодействии основой является потенциальная энергия частиц, определяемая наличием ненасыщенных химических связей и приводящая к неупругим столкновениям с обменом электронами между атомами с последующим химическим превращением обрабатываемого материала. Если физическое распыление тяжелыми частицами плазмы характеризуется энергетическим воздействием непосредственно на отдельные атомы, то химическое взаимодействие направлено в основном на электронные связи атомов. Ослабление и разрыв существовавших связей, последующее установление новых связей может привести к химическому удалению частиц материала с поверхности образца в виде соединений с атомами энергичных частиц плазмы. Такой вид обработки поверхности называют плазмохимическим удалением материала. Следует также отметить, что эффективность протекания процессов физического распыления и химического удаления слабо зависят от того, заряжена частица плазмы или нет. Определяющим фактором является ее энергия – кинетическая или потенциальная, поскольку уже на расстоянии нескольких десятых нанометра от поверхности образца происходит нейтрализация ионов плазмы электронами, вырываемыми из материала электрическим полем ионов. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ: Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. Казань: Изд-во КГУ, 2000. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С. Применение ВЧ-плазмы пониженного давления в процессах полировки твёрдых тел. Казань: Изд-во КГУ, 2003. Абдуллин И.Ш. Высокочастотные разряды пониженного давления в плазмохимических процессах. Казань: Изд-во КГУ, 2010. Христолюбова В.И. Струйный высокочастотный разряд пониженного давления при формировании диффузионных покрытий на изделиях сложной конфигурации: диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. КНИТУ, 2016. https://polytech.bm.digital/article/308169384523751449/plazma-v-vyisokochastotnom-razryade |