RU2621283C2 - Method for carrying out glow discharge and device for its implementation - Google Patents

Method for carrying out glow discharge and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2621283C2
RU2621283C2 RU2015138375A RU2015138375A RU2621283C2 RU 2621283 C2 RU2621283 C2 RU 2621283C2 RU 2015138375 A RU2015138375 A RU 2015138375A RU 2015138375 A RU2015138375 A RU 2015138375A RU 2621283 C2 RU2621283 C2 RU 2621283C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
glow discharge
cathode
anode
discharge chamber
Prior art date
Application number
RU2015138375A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015138375A (en
Inventor
Борис Ахунович Тимеркаев
Данис Ирекович Исрафилов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУВПО КФУ)
Priority to RU2015138375A priority Critical patent/RU2621283C2/en
Publication of RU2015138375A publication Critical patent/RU2015138375A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2621283C2 publication Critical patent/RU2621283C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • Lasers (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in method for carrying out a glow discharge, comprising igniting a glow discharge between the anode and the cathode in the gas discharge chamber with the working gas flow transverse to the direction of the electric field, when the glow discharge is ignited, the pressure in the gas discharge chamber is established from P=10 Torr and below, various concentrations of the gas particles are created in different areas of the interelectrode space, due to the organization of a supersonic working gas flow in a given area of the interelectrode gap in the transverse direction to the electric field at the gas flow rate more than V=300 m/s. The device for carrying out a glow discharge comprises the evacuation vacuum system connected to the gas discharge chamber with the anode, the cathode, the branch pipes for feeding and evacuating working gas and the device for forming working gas flow, placed therein. The device contains the confuser, and the device for forming the working gas flow is made as a supersonic nozzle representing a diffuser. The confuser and the diffuser are installed in the interelectrode space in the gas discharge chamber coaxially opposite one another in such a way that the axis of the confuser and the diffuser is located at the direction transverse to the axis of the anode and the cathode and at the predetermined distance with respect to the anode and the cathode, and there is also a branch pipe for evacuating the residual gas from the gas discharge chamber.
EFFECT: ensuring the burning of a glow discharge at a pressure of 10 Torr and below.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретения относятся к способам и устройствам для осуществления тлеющего разряда. Осуществление тлеющего разряда может найти применение при обработке поверхности и нанесении покрытий на поверхности различных изделий в вакууме, а также может найти применение в машиностроении для поверхностной термообработки, напыления и упрочнения. Также для получения излучения, например для накачки лазеров.The invention relates to methods and devices for performing a glow discharge. The implementation of a glow discharge can find application in surface treatment and coating on the surfaces of various products in vacuum, and can also find application in mechanical engineering for surface heat treatment, spraying and hardening. Also for radiation, for example for pumping lasers.

Известен способ получения тлеющего разряда [1], заключающийся в пропускании постоянного тока через газ при давлении 0,1-10 Торр. Для того чтобы газовый промежуток между электродами пропускал постоянный ток, в газе должно поддерживаться ионизованное состояние, которое создается электрическим полем, существующим между катодом и анодом. Плазма такого разряда неоднородна и состоит из катодной области, положительного столба и прианодной области. Плазма положительного столба тлеющего разряда в газах и парах металлов при давлениях 0,1-70 Торр используется для создания лазеров, излучающих в различных диапазонах длин волн.A known method of producing a glow discharge [1], which consists in transmitting direct current through a gas at a pressure of 0.1-10 Torr. In order for the gas gap between the electrodes to pass a constant current, the ionized state must be maintained in the gas, which is created by the electric field existing between the cathode and the anode. The plasma of such a discharge is inhomogeneous and consists of a cathode region, a positive column and an anode region. The plasma of the positive column of a glow discharge in gases and metal vapors at pressures of 0.1-70 Torr is used to create lasers emitting in different wavelength ranges.

Недостаток [1] в том, что при давлениях порядка 10-2 Торр существование тлеющего разряда затрудняется, а при 10-3 Торр вовсе становится невозможным.The drawback [1] is that at pressures of the order of 10 -2 Torr, the existence of a glow discharge is hindered, and at 10 -3 Torr it becomes completely impossible.

Известно устройство получения тлеющего разряда [2]. В диодной и магнетронной системах мишень (М) одновременно служит катодом (К) разряда, генерирующего атомы распыляемого вещества. Анодом (А) служит либо подложкодержатель, либо стенки газоразрядной камеры. Разряд с напряжением 0,5 кВ и выше и может поддерживаться при низком давлении. Этому требованию соответствует аномальный тлеющий разряд с питанием напряжением постоянного тока или высокой частоты в системе без магнитного поля и магнетронный разряд, где Маг - магнит, Пл - плазма.A device for producing a glow discharge [2]. In diode and magnetron systems, the target (M) simultaneously serves as the cathode (K) of the discharge generating atoms of the atomized substance. The anode (A) is either a substrate holder or the walls of a gas discharge chamber. Discharge with voltage of 0.5 kV and higher and can be maintained at low pressure. This requirement corresponds to an abnormal glow discharge powered by a DC voltage or high frequency in a system without a magnetic field and a magnetron discharge, where Mag is a magnet, Pl is a plasma.

Недостаток [2] в том, что при давлениях порядка 10 Торр и ниже существование тлеющего разряда затрудняется, а при 10-3 Торр вовсе становится невозможным.The drawback [2] is that at pressures of the order of 10 Torr and below, the existence of a glow discharge is hindered, and at 10 -3 Torr it becomes completely impossible.

Для горения магнетронного разряда необходим магнетрон, являющийся сложным и дорогостоящим оборудованием, состоящим из мишени, корпуса, системы магнитов и канала водяного охлаждения. Также наличие водяного охлаждения приводит к периодическому образованию течи в газоразрядной камере, что снижает эффективность оборудования. Также на магнетроне периодически возникают пробои в виде дуг и микропробоев, нарушающие работу тлеющего разряда [3].To burn a magnetron discharge, a magnetron is required, which is a complex and expensive equipment consisting of a target, a body, a system of magnets, and a water cooling channel. Also, the presence of water cooling leads to the periodic formation of leaks in the gas discharge chamber, which reduces the efficiency of the equipment. Also, breakdowns in the form of arcs and micro breakdowns periodically occur on the magnetron, disrupting the operation of a glow discharge [3].

Наиболее близким к заявленному техническому решению, прототипом, являются способ и устройство осуществления тлеющего разряда в потоке газа [4]. Способ осуществления тлеющего разряда реализуется в газоразрядных камерах как при поперечном, так и при продольном, относительно среднего электрического тока, направлении потока газа. Скорость потока газа составляет V=10-300 м/с, его температура T=100-700 К, полное давление газовой смеси находится в пределах P=10-760 Торр. Для увеличения объемной однородности разряда применяется секционирование электродов (как правило, катодов) и снабжение их индивидуальными балластными сопротивлениями. Средняя плотность тока в объеме разряда j~3÷30 мА/см2, плотность тока на поверхности катода j~0,1÷10 А/см2 соответствует нормальной плотности тока тлеющего разряда.Closest to the claimed technical solution, the prototype is a method and apparatus for performing a glow discharge in a gas stream [4]. The method for performing a glow discharge is implemented in gas discharge chambers both in the transverse and longitudinal, relative to the average electric current, gas flow directions. The gas flow rate is V = 10-300 m / s, its temperature is T = 100-700 K, the total pressure of the gas mixture is in the range P = 10-760 Torr. To increase the volumetric uniformity of the discharge, sectioning of the electrodes (usually cathodes) and supplying them with individual ballast resistances are used. The average current density in the discharge volume j ~ 3 ÷ 30 mA / cm 2 , the current density on the cathode surface j ~ 0.1 ÷ 10 A / cm 2 corresponds to the normal current density of the glow discharge.

Устройство для осуществления тлеющего разряда содержит анод и катод, представленный в виде катодных элементов подключенных через балластные сопротивления Rб, устройство Ф для формирования потока, патрубки для подачи потока газа и откачки, направленные в поперечном к оси анода и катода направлении, размещенные в газоразрядной камере. Также к газоразрядной камере подключена откачная вакуумная система для поддержания полного давления газовой смеси P=10-760 Торр. Межэлектродное расстояние обычно составляет в поперечном разряде h=1-10 см, в продольном h=5-100 см. За счет секционирования электродов размер зоны поперечного разряда вдоль потока может достигать L=100 см и более.A device for carrying out a glow discharge contains an anode and a cathode, presented in the form of cathode elements connected via ballasts Rb, a device Ф for forming a flow, nozzles for supplying a gas flow and pumping, directed in the direction transverse to the axis of the anode and cathode, placed in the gas discharge chamber. Also, a pumping vacuum system is connected to the gas discharge chamber to maintain the total pressure of the gas mixture P = 10-760 Torr. The interelectrode distance is usually in the transverse discharge h = 1-10 cm, in the longitudinal h = 5-100 cm. Due to the sectioning of the electrodes, the size of the transverse discharge zone along the stream can reach L = 100 cm or more.

Недостатком [4] является невозможность обеспечения горения разряда при низких давлениях (от 10 Торр и ниже).The disadvantage of [4] is the inability to ensure combustion of the discharge at low pressures (from 10 Torr and below).

Технический результат в предлагаемых способе осуществления тлеющего разряда и устройстве для его реализации заключается в обеспечении горения тлеющего разряда при давлении от 10 Торр и ниже.The technical result in the proposed method for the implementation of a glow discharge and a device for its implementation is to ensure the burning of a glow discharge at a pressure of 10 Torr and below.

Технический результат в способе осуществления тлеющего разряда, включающем зажигание тлеющего разряда между анодом и катодом в газоразрядной камере с поперечным к направлению электрического поля потоком рабочего газа, достигается тем, что при зажигании тлеющего разряда устанавливают давление в газоразрядной камере от P=10 Торр и ниже, создают разные концентрации частиц газа в различных областях межэлектродного пространства, за счет организации сверхзвукового потока рабочего газа в заданной области межэлектродного зазора в поперечном к электрическому полю направлении при скорости потока газа более V=300 м/с.The technical result in a method for performing a glow discharge, including ignition of a glow discharge between the anode and cathode in a gas discharge chamber with a working gas flow transverse to the direction of the electric field, is achieved by setting the pressure in the gas discharge chamber from P = 10 Torr and lower when igniting a glow discharge create different concentrations of gas particles in different areas of the interelectrode space due to the organization of a supersonic flow of the working gas in a given region of the interelectrode gap in the transverse to the electric field direction at a gas flow rate of more than V = 300 m / s.

Технический результат в устройстве осуществления тлеющего разряда, содержащем откачную вакуумную систему, подключенную к газоразрядной камере, с размещенными в ней анодом, катодом, патрубками для подачи и откачки рабочего газа, устройством для формирования потока рабочего газа, достигается тем, что содержит конфузор, а устройство для формирования потока рабочего газа выполнено как сверхзвуковое сопло, являющееся диффузором, причем конфузор и диффузор установлены в межэлектродном пространстве в газоразрядной камере соосно против друг друга таким образом, что ось конфузора и диффузора находится в поперечном к оси анода и катода направлении на заданном расстоянии относительно анода и катода, также имеется патрубок для откачки остаточного газа из газоразрядной камеры.The technical result in a device for the implementation of a glow discharge containing a vacuum pump system connected to a gas discharge chamber with an anode, cathode, nozzles for supplying and pumping working gas, a device for forming a working gas flow, is achieved by the fact that it contains a confuser, and the device to form a working gas stream, it is made as a supersonic nozzle, which is a diffuser, and the confuser and diffuser are installed in the interelectrode space in the gas discharge chamber coaxially against each other in such a way that the axis of the confuser and the diffuser is in a direction transverse to the axis of the anode and cathode at a predetermined distance relative to the anode and cathode, there is also a nozzle for pumping out residual gas from the discharge chamber.

На фиг. 1 изображено устройство осуществления тлеющего разряда.In FIG. 1 shows a device for performing a glow discharge.

На фиг. 2 изображено устройство осуществления тлеющего разряда в работе, где схематично показаны тлеющий разряд при поперечном потоке газа.In FIG. 2 shows a device for performing a glow discharge in operation, where a glow discharge with a transverse gas flow is schematically shown.

На фиг. 3 схематично изображено взаимное расположение анода и катода с диффузором и конфузором.In FIG. 3 schematically shows the relative position of the anode and cathode with a diffuser and confuser.

Устройство для осуществления тлеющего разряда (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит газоразрядную камеру 1 с патрубками подачи 2 рабочего газа и откачки 3 рабочего газа и газа из газоразрядной камеры 1 с размещенными в ней электродами - анодом 4 и катодом 5, источник питания постоянного тока 6, подключенный к аноду 4 и катоду 5, газоразрядная камера 1 имеет диффузор 7, выполненный в виде сверхзвукового сопла, и конфузор 8, причем диффузор 7 и конфузор 8 установлены в газоразрядной камере 1 соосно против друг друга.A device for performing a glow discharge (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) contains a gas discharge chamber 1 with nozzles for supplying 2 working gas and pumping 3 working gas and gas from the gas discharge chamber 1 with electrodes placed in it - anode 4 and cathode 5 , a DC power supply 6 connected to the anode 4 and cathode 5, the gas discharge chamber 1 has a diffuser 7 made in the form of a supersonic nozzle, and a confuser 8, and the diffuser 7 and the confuser 8 are installed in the gas discharge chamber 1 coaxially against each other.

Электроды - анод 4 и катод 5 размещены в газоразрядной камере 1 на расстоянии L=10÷400 мм друг от друга и более. Газоразрядная камера 1 выполнена любой формы, необходимой для реализации технологического процесса.The electrodes - anode 4 and cathode 5 are placed in the gas discharge chamber 1 at a distance L = 10 ÷ 400 mm from each other or more. The gas discharge chamber 1 is made of any shape necessary for the implementation of the process.

Патрубок подачи 2 рабочего газа соединен с диффузором 7, например, шлангом в газоразрядной камере 1. Патрубок подачи 2 рабочего газа соединен, например, шлангом вне газоразрядной камеры 1, через систему регулирования подачи и контроля расхода газа 9 с источником рабочего газа 10, например баллоном с газом.The working gas supply pipe 2 is connected to the diffuser 7, for example, by a hose in the gas discharge chamber 1. For example, the working gas supply pipe 2 is connected, for example, by a hose outside the gas discharge chamber 1, through the gas flow control and control system 9 with the working gas source 10, for example, a cylinder with gas.

Патрубки откачки 3 рабочего газа и газа из газоразрядной камеры 1 соединены с диффузором 8, например, шлангом в газоразрядной камере 1.The nozzles for pumping 3 working gas and gas from the gas discharge chamber 1 are connected to a diffuser 8, for example, a hose in the gas discharge chamber 1.

Патрубки откачки 3 рабочего газа и газа из газоразрядной камеры 1 соединены через каналы 11 с насосной системой 12, каналы 11 могут быть выполнены, например, в виде системы труб.The nozzles for pumping 3 working gas and gas from the gas discharge chamber 1 are connected through channels 11 to the pumping system 12, channels 11 can be made, for example, in the form of a pipe system.

Системой изменения положения 13 изменяется положение диффузора 7 и конфузора 8 относительно межэлектродного пространства анода 4 и катода 5. Система изменения положения 13 может представлять собой конструкцию с закрепленными к рейке диффузором 7 и конфузором 8, а рейка, расположенная параллельно оси анода 4 и катода 5, перемещается за счет зубчатой передачи с шаговым двигателем.The positioning system 13 changes the position of the diffuser 7 and the confuser 8 relative to the interelectrode space of the anode 4 and the cathode 5. The positioning system 13 can be a structure with a diffuser 7 and the confuser 8 fixed to the rail, and the rail located parallel to the axis of the anode 4 and cathode 5, moves due to gears with a stepper motor.

Рассмотрим предлагаемый способ осуществления тлеющего разряда с помощью устройства, изображенного на фиг. 1-3.Consider the proposed method for performing a glow discharge using the device shown in FIG. 1-3.

Насосной системой 12 в газоразрядной камере 1 достигается давление от P=10 Торр и ниже. Включают источник питания постоянного тока 6 анода 4 и катода 5 в газоразрядной камере 1, для зажигания тлеющего разряда 14.The pump system 12 in the gas discharge chamber 1 reaches a pressure of P = 10 Torr and below. Turn on the DC power source 6 of the anode 4 and the cathode 5 in the gas discharge chamber 1, for ignition of the glow discharge 14.

В межэлектродный зазор через диффузор 7 подают сверхзвуковой поток рабочего газа 15, например аргона.In the interelectrode gap through the diffuser 7 serves a supersonic flow of the working gas 15, for example argon.

При подаче сверхзвукового потока рабочего газа 15 концентрация пролетающих нейтральных частиц в межэлектродном пространстве увеличивается и тлеющий разряд 14 зажигается.When applying a supersonic flow of the working gas 15, the concentration of passing neutral particles in the interelectrode space increases and the glow discharge 14 is ignited.

Рабочий газ в диффузор 7 подается из патрубка 2 через систему регулирования подачи и контроля расхода газа 9 и источник рабочего газа 10. Системой регулирования подачи и контроля расхода газа 9 можно обеспечить необходимый расход и скорость сверхзвукового потока рабочего газа 15 после диффузора 7.The working gas in the diffuser 7 is supplied from the pipe 2 through the gas flow control and control system 9 and the working gas source 10. The gas control and gas flow control system 9 can provide the necessary flow rate and supersonic flow of the working gas 15 after the diffuser 7.

Диффузор 7 и конфузор 8 расположены таким образом, чтобы сверхзвуковой поток рабочего газа 15 из диффузора 7 полностью попадал в конфузор 8. Расстояние между диффузором 7 и конфузором 8 ограничено размерами камеры 1. Сверхзвуковой поток рабочего газа 15 из конфузора 8 и газы из камеры 1 откачиваются через каналы 11 насосной системой 12.The diffuser 7 and the confuser 8 are arranged so that the supersonic flow of the working gas 15 from the diffuser 7 completely falls into the confuser 8. The distance between the diffuser 7 and the confuser 8 is limited by the dimensions of the chamber 1. The supersonic flow of the working gas 15 from the confuser 8 and the gases from the chamber 1 are pumped out through channels 11 of the pumping system 12.

Технологический процесс осуществляют при следующих параметрах тлеющего разряда: плотность тока разряда j=100÷500000 мА/м2; расстояние между электродами L=10÷400 мм, где j - плотность тока, мА/м2, L - расстояние между электродами, мм, P - давление в камере 1. Например, при давлении P=0,5 Торр, при j=500 мА/м2, L=50 мм. Через диффузор 7 в межэлектродный зазор подается поток рабочего газа 15, например аргон при сверхзвуковой скорости, например V=400 м/с.The technological process is carried out at the following glow discharge parameters: discharge current density j = 100 ÷ 500000 mA / m 2 ; the distance between the electrodes L = 10 ÷ 400 mm, where j is the current density, mA / m 2 , L is the distance between the electrodes, mm, P is the pressure in the chamber 1. For example, at a pressure P = 0.5 Torr, at j = 500 mA / m 2 , L = 50 mm. Through the diffuser 7, a flow of working gas 15, for example argon at a supersonic speed, for example V = 400 m / s, is introduced into the interelectrode gap.

Системой изменения положения 13 изменяется положение сверхзвукового потока рабочего газа 15 относительно межэлектродного пространства и регулируется заданное расстояние относительно анода 4 La и катода 5 Lк (Фиг. 3). La и Lк могут принимать любое положительное значение, удовлетворяющее условию:The position change system 13 changes the position of the supersonic flow of the working gas 15 relative to the interelectrode space and adjusts the predetermined distance relative to the anode 4 La and the cathode 5 Lк (Fig. 3). La and Lк can take any positive value satisfying the condition:

La+Lк=L,La + Lк = L,

Изменяя расход, скорость и состав потока рабочего газа 15, можно изменять вольтамперную характеристику тлеющего разряда. Также появляется возможность управления распределением внутренних характеристик тлеющего разряда 14.Changing the flow rate, speed and composition of the flow of the working gas 15, you can change the current-voltage characteristic of the glow discharge. It also becomes possible to control the distribution of the internal characteristics of the glow discharge 14.

Пройдя через ось анода 4 и катода 5, сверхзвуковой поток рабочего газа 15 попадает в конфузор 8, где происходит восстановление потока, и далее поток уходит через каналы 11 в насосную систему 12.After passing through the axis of the anode 4 and cathode 5, the supersonic flow of the working gas 15 enters the confuser 8, where the flow is restored, and then the flow leaves through the channels 11 to the pump system 12.

В прикатодной области тлеющего разряда 14 в газоразрядной камере 1 осуществляются основные процессы, обеспечивающие существование самостоятельного разряда. Под действием сильного электрического поля электроны ускоряются и, пройдя астоново пространство, приобретают энергию, достаточную для интенсивного возбуждения атомов. Здесь ионизация атомов пренебрежимо мала, так как энергия электронов значительно меньше потенциала ионизации (в среднем 10-15 эВ) частиц. Проходя область первого катодного свечения, электроны ускоряются до энергии, достаточной для ионизации атомов газа. Анодная область газоразрядной камеры 1 характеризуется анодным падением напряжения, плотностью тока на электроде и определенной протяженностью.In the near-cathode region of the glow discharge 14 in the gas discharge chamber 1, the main processes are carried out to ensure the existence of an independent discharge. Under the influence of a strong electric field, the electrons are accelerated and, having passed through the aston space, acquire energy sufficient for the intense excitation of atoms. Here, the ionization of atoms is negligible, since the electron energy is much less than the ionization potential (on average 10-15 eV) of the particles. Passing the region of the first cathode glow, the electrons are accelerated to an energy sufficient to ionize the gas atoms. The anode region of the gas discharge chamber 1 is characterized by an anode voltage drop, current density at the electrode and a certain extent.

Одним из необходимых условий существования тлеющего разряда является наличие всех приэлектродных зон. Известно, что с уменьшением давления длина прикатодных зон увеличивается, так как эти зоны, главным образом, определяются количеством ионизирующих столкновений электронов с нейтральными частицами. Если в первом приближении принять разряд холодным, то можно найти критическое давление, при котором еще возможен классический тлеющий разряд. При длине разрядного промежутка порядка 10 см и числа свободных пробегов порядка 10 получаем критическое значение длины свободного пробега λ=1 см. Такое значение λ соответствует давлениюOne of the necessary conditions for the existence of a glow discharge is the presence of all near-electrode zones. It is known that with decreasing pressure, the length of the cathode zones increases, since these zones are mainly determined by the number of ionizing collisions of electrons with neutral particles. If, as a first approximation, we take the discharge cold, then we can find the critical pressure at which a classical glow discharge is still possible. With a discharge gap of about 10 cm and a free path of about 10, we obtain a critical mean free path λ = 1 cm. This value of λ corresponds to pressure

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, при давлениях порядка 10-2 Торр существование тлеющего разряда затрудняется, а при 10-3 Торр вовсе становится невозможным.Thus, at pressures of the order of 10 -2 Torr, the existence of a glow discharge becomes more difficult, and at 10 -3 Torr it becomes completely impossible.

Достижение технического результата возможно только при создании разных концентраций нейтральных атомов в разных областях межэлектродного пространства, при котором в прикатодной области концентрация частиц газа должна быть как в случае с магнетронным устройством [5], а в других зонах тлеющего разряда концентрация частиц газа должна быть достаточной для того, чтобы электрон испытал десятки столкновений.The achievement of the technical result is possible only by creating different concentrations of neutral atoms in different regions of the interelectrode space, in which the concentration of gas particles in the cathode region should be as in the case of a magnetron device [5], and in other zones of a glow discharge the concentration of gas particles should be sufficient for in order for an electron to experience dozens of collisions.

Такие требования можно удовлетворить в том случае, если в межэлектродном пространстве создать сверхзвуковую, со скоростью выше 300 м/с, прокачку газа в направлении, перпендикулярном электрическому полю, а в остальной области межэлектродного пространства обеспечить давление от P=10 Торр и ниже.Such requirements can be satisfied if a supersonic pumping of gas in a direction higher than 300 m / s is created in the direction perpendicular to the electric field, and pressure from P = 10 Torr and lower is ensured in the remaining region of the interelectrode space.

Если принять, что длина катодных частей порядка 10λ, то все межэлектродное пространство состоит из прикатодных областей, необходимых для поддержания разряда. Этот разряд относится к нормальному тлеющему разряду с горизонтальной вольтамперной характеристикой.If we assume that the length of the cathode parts is of the order of 10λ, then the entire interelectrode space consists of cathode regions necessary for maintaining the discharge. This discharge refers to a normal glow discharge with a horizontal current-voltage characteristic.

При регулировке системой изменения положения 13 расположение диффузора 7 и конфузора 8 относительно межэлектродного пространства анода 4 и катода 5 также изменяются размеры приэлектродных зон. Приближая ось диффузора 7 и конфузора 8 к катоду 5, размеры прикатодных зон уменьшаются, а положительного столба тлеющего разряда 14 увеличиваются. Также изменяются распределение внутренних характеристик тлеющего разряда, таких как распределение потенциала, приведенная напряженность электрического поля E/N (E - напряженность электрического поля, N - концентрация частиц), распределение концентраций электронов и ионов, температура газа.When the system adjusts the position change 13, the location of the diffuser 7 and the confuser 8 relative to the interelectrode space of the anode 4 and the cathode 5 also changes the dimensions of the electrode zones. Approaching the axis of the diffuser 7 and confuser 8 to the cathode 5, the dimensions of the near-cathode zones decrease, and the positive column of the glow discharge 14 increases. The distribution of internal characteristics of the glow discharge, such as the distribution of potential, reduced electric field strength E / N (E is the electric field strength, N is the concentration of particles), the distribution of electron and ion concentrations, and the gas temperature also change.

Технический результат в предлагаемых способе осуществления тлеющего разряда и устройстве для его реализации заключается в обеспечении горения тлеющего разряда при давлении от 10 Торр и ниже.The technical result in the proposed method for the implementation of a glow discharge and a device for its implementation is to ensure the burning of a glow discharge at a pressure of 10 Torr and below.

При осуществлении тлеющего разряда при давления 10-3 Торр и ниже возможно распыление мишени или термообработка катода при сверхчистой атмосфере, что позволит получать новые, особо чистые материалы, соединения материалов и покрытия с новыми свойствами.When performing a glow discharge at a pressure of 10 -3 Torr and lower, it is possible to sputter the target or heat treat the cathode in an ultra-pure atmosphere, which will allow to obtain new, highly pure materials, compounds of materials and coatings with new properties.

Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является возможность управления распределением внутренних характеристик тлеющего разряда, таких как распределение потенциала, приведенная напряженность электрического поля E/N (E - напряженность электрического поля, N - концентрация частиц), распределение концентраций электронов и ионов, температура газа.An additional advantage compared to the prototype is the ability to control the distribution of the internal characteristics of the glow discharge, such as potential distribution, reduced electric field strength E / N (E - electric field strength, N - particle concentration), electron and ion concentration distribution, gas temperature.

Использованные источникиUsed sources

1. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: Учеб руководство: М., «Наука». Гл. ред. физ.-мат. лит, 1992, с. 252.1. Reiser Yu.P. Physics of gas discharge: Textbook manual: M., "Science". Ch. ed. Phys.-Math. lit., 1992, p. 252.

2. Кузьмичев А.И. Магнетронные распылительные системы. Кн 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. - К.: Аверс, 2008. с. 22.2. Kuzmichev A.I. Magnetron Spray Systems. Book 1. Introduction to the physics and technology of magnetron sputtering. - K .: Avers, 2008.p. 22.

3. Берлин Е.В., Сейдман Л.А. Ионно-плазменные процессы в тонкопленочной технологии. Москва: Техносфера, 2010. с. 14.3. Berlin EV, Seidman L.A. Ion-plasma processes in thin-film technology. Moscow: Technosphere, 2010. fourteen.

4. Е.П. Велихов и др. Тлеющий разряд в потоке газа. Успехи физических наук. Том 137. Вып. 1. Май 1982 с. 118.4. E.P. Velikhov et al. Glow discharge in a gas stream. Advances in physical sciences. Volume 137. Issue 1. May 1982 p. 118.

5. Кузьмичев А.И. Магнетронные распылительные системы. Кн 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. - К.: Аверс, 2008. с. 22.5. Kuzmichev A.I. Magnetron Spray Systems. Book 1. Introduction to the physics and technology of magnetron sputtering. - K .: Avers, 2008.p. 22.

Claims (2)

1. Способ осуществления тлеющего разряда, включающий зажигание тлеющего разряда между анодом и катодом в газоразрядной камере с поперечным к направлению электрического поля потоком рабочего газа, отличающийся тем, что при зажигании тлеющего разряда устанавливают давление в газоразрядной камере от Р=10 Торр и ниже, создают разные концентрации частиц газа в различных областях межэлектродного пространства, за счет организации сверхзвукового потока рабочего газа в заданной области межэлектродного зазора в поперечном к электрическому полю направлении при скорости потока газа более V=300 м/с.1. A method of performing a glow discharge, including ignition of a glow discharge between the anode and cathode in a gas discharge chamber with a working gas flow transverse to the direction of the electric field, characterized in that when the glow discharge is ignited, the pressure in the gas discharge chamber is set to P = 10 Torr or lower, create different concentrations of gas particles in different regions of the interelectrode space due to the organization of a supersonic flow of the working gas in a given region of the interelectrode gap transverse to the electric field direction at a gas flow rate of more than V = 300 m / s. 2. Устройство для осуществления тлеющего разряда, содержащее откачную вакуумную систему, подключенную к газоразрядной камере, с размещенными в ней анодом, катодом, патрубками для подачи и откачки рабочего газа, устройством для формирования потока рабочего газа, отличающееся тем, что содержит конфузор, а устройство для формирования потока рабочего газа выполнено как сверхзвуковое сопло, являющееся диффузором, причем конфузор и диффузор установлены в межэлектродном пространстве в газоразрядной камере соосно против друг друга таким образом, что ось конфузора и диффузора находится в поперечном к оси анода и катода направлении на заданном расстоянии относительно анода и катода, также имеется патрубок для откачки остаточного газа из газоразрядной камеры.2. A device for performing a glow discharge, comprising a vacuum pump system connected to a gas discharge chamber with an anode, cathode, nozzles for supplying and pumping working gas, a device for generating a working gas flow, characterized in that it contains a confuser, and the device to form a working gas stream, it is made as a supersonic nozzle, which is a diffuser, and the confuser and diffuser are installed in the interelectrode space in the gas discharge chamber coaxially against each other in such ohm, that the axis of the confuser and the diffuser is in the direction transverse to the axis of the anode and cathode at a predetermined distance relative to the anode and cathode, there is also a pipe for pumping residual gas from the gas discharge chamber.
RU2015138375A 2015-09-08 2015-09-08 Method for carrying out glow discharge and device for its implementation RU2621283C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138375A RU2621283C2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Method for carrying out glow discharge and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138375A RU2621283C2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Method for carrying out glow discharge and device for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015138375A RU2015138375A (en) 2017-03-21
RU2621283C2 true RU2621283C2 (en) 2017-06-01

Family

ID=58454669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015138375A RU2621283C2 (en) 2015-09-08 2015-09-08 Method for carrying out glow discharge and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2621283C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2167466C1 (en) * 2000-05-30 2001-05-20 Бугров Глеб Эльмирович Plasma ion source and its operating process
RU2240627C1 (en) * 2003-06-02 2004-11-20 Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук Cold-cathode ion source
US20060023221A1 (en) * 2004-08-02 2006-02-02 Fuji Photo Film Co., Ltd. Sample analysis apparatus and analysis method
RU2411112C2 (en) * 2009-03-26 2011-02-10 Юрий Михайлович Агриков Method of micro plasma welding of metals
RU2496913C2 (en) * 2011-12-28 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Unit for ion-ray and plasma processing

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2167466C1 (en) * 2000-05-30 2001-05-20 Бугров Глеб Эльмирович Plasma ion source and its operating process
RU2240627C1 (en) * 2003-06-02 2004-11-20 Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук Cold-cathode ion source
US20060023221A1 (en) * 2004-08-02 2006-02-02 Fuji Photo Film Co., Ltd. Sample analysis apparatus and analysis method
RU2411112C2 (en) * 2009-03-26 2011-02-10 Юрий Михайлович Агриков Method of micro plasma welding of metals
RU2496913C2 (en) * 2011-12-28 2013-10-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Уралавиаспецтехнология" Unit for ion-ray and plasma processing

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2411112C2, 10/02/2011. *
КУЗМИЧЕВ А.И. Магнетронные распылительные системы. Кн 1. Введение в физику и технику магнетронного распыления. Казань, Аверс, 2008. с. 22. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015138375A (en) 2017-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7615933B2 (en) Pulsed dielectric barrier discharge
US6853142B2 (en) Methods and apparatus for generating high-density plasma
US5565036A (en) Apparatus and method for igniting plasma in a process module
US7446479B2 (en) High-density plasma source
US7808184B2 (en) Methods and apparatus for generating strongly-ionized plasmas with ionizational instabilities
US20060066248A1 (en) Apparatus for generating high current electrical discharges
US7750575B2 (en) High density plasma source
JP2004165145A (en) Method and apparatus for processing substrate by atmospheric pressure glow plasma (apg)
KR101267459B1 (en) Plasma ion implantation apparatus and method thereof
US6765216B2 (en) Method and apparatus for producing atomic flows of molecular gases
Gavrilov et al. High-current pulse sources of broad beams of gas and metal ions for surface treatment
RU87065U1 (en) DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VOLUME TECHNOLOGICAL VACUUM CAMERAS
Kazakov et al. Influence of electron beam generation on the parameters and emission characteristics of a constricted arc discharge in a pulsed forevacuum plasma-cathode electron source
RU2621283C2 (en) Method for carrying out glow discharge and device for its implementation
JP2003073814A (en) Film forming apparatus
RU116733U1 (en) DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS DISTRIBUTED GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VACUUM VOLUMES OF TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS
Sukhinin et al. Development of a distributed ferromagnetic enhanced inductively coupled plasma source for plasma processing
Mujawar et al. Properties of a differentially pumped constricted hollow anode plasma source
RU2620603C2 (en) Method of plasma ion working source and plasma ion source
RU2620534C2 (en) Method of coating and device for its implementation
RU165688U1 (en) GAS DISCHARGE PLASMA GENERATOR WITH LOW PRESSURE OF IGNITION DISCHARGE
RU2116707C1 (en) Device for generation of low-temperature gas- discharge plasma
KR101748739B1 (en) Atmospheric pressure plasma device with surface dielectric barrier discharge with gas flow guide
RU2312932C2 (en) Device for vacuum plasma treatment of articles
Khomich et al. Generator of low pressure volume plasma with plasma electron source

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170909