Плазменный источник ионов газов, паров и ионов углерода на основе отражательного разряда с полым катодом и получение наноструктурированных слоев углерода со свойствами алмаза Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 537.534.2

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ ГАЗОВ, ПАРОВ И ИОНОВ УГЛЕРОДА НА ОСНОВЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СЛОЕВ УГЛЕРОДА СО СВОЙСТВАМИ АЛМАЗА

СЕМЕНОВ А.П., СЕМЕНОВА И. А.

Отдел физических проблем Бурятского научного центра Сибирского отделения РАН, 670047, Бурятия, г. Улан-Удэ, ул .Сахьяновой, 8

АННОТАЦИЯ. Разработан компактный источник ионов газов, паров и ионов углерода. Распыляемая ионами аргона с энергией до 10 кэВ плоская мишень (графит) диаметром 6 мм, устанавливается на дне изолированного от нее полого катода. Плотность потока ионов из катодной плазмы достигает 100 мА/см2 при ускоряющем напряжении до 10 кВ и токе разряда 0,2-0,5 А. Пучок, содержащий ионы плазмообразующего газа и пара, извлекается через канал в отражательном катоде. Вместе с ионами выходит часть пара распыляемой мишени, поток которого достаточен для выращивания на токопроводящие лезвия и острия со скоростью ~0,03 нм/с наноструктурированных слоев углерода со свойствами алмаза. Доля ионов углерода в извлекаемом пучке составляет 0,05-0,10.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: источник ионов, газоразрядная плазма, ионное распыление, осаждение паров и ионов, углеродные слои.

ВВЕДЕНИЕ

Общим свойством всех газоразрядных источников ионов углерода является зажигание и горение разряда в парах углерода. Среди различных способов образования паров предпочтительно распыление мишени (графита) в вакууме потоком плазменных ионов. Ионы испускаются плазмой разряда и ускоряются полем проводящей мишени, имеющей отрицательный потенциал относительно плазмы. В этом случае практически нет температурных ограничений на получение паров углерода.

Приемлемые параметры плазмы для ионного распыления мишеней [1, 2] достигнуты при разработке источников с пучками ионов малого сечения, например, ионных источников на основе отражательного разряда с холодным полым катодом (коробчатая форма катодной полости) [3 ,4]. Такие эмиттеры сочетают значительные токи ионных пучков и простоту конструкции. Коробчатая форма катодной полости обеспечивает необходимое неоднородное распределение концентрации плазмы, способствующее генерированию пучков ионов с высокой плотностью эмиссионного тока [5]. Ионный пучок обычно извлекается через отверстие в отражательном катоде [6, 7]. Однако практически отсутствуют данные об ионном токе через отверстие в катодной полости. Недостаточно сведений о том, насколько и в каких случаях необходим и существенен выход ионов из отверстия в полости. Предполагается, что эмиссия ионов через отверстие в полом катоде может быть полезной для образования избыточного давления паров углерода ионным распылением мишени, обуславливая, в частности, применение отражательного разряда с холодным полым катодом в источнике ионов углерода и газов. Известно [8], что распределение ионного тока по катоду в отражательном разряде с полым катодом неоднородно. Это позволяет сосредоточить значительную долю тока эмитируемых плазмой ионов на мишени с высоким отрицательным потенциалом и существенно повысить плотность тока распыляющих мишень ионов и скорость распыления [9].

Таким образом, принятый подход заслуживает самостоятельного обсуждения и обусловливает тип конкретного ионного источника, конструктивная схема, принцип действия и применение которого для получения углеродных слоев со свойствами алмаза рассматриваются в данной работе.

плазменный источник ионов газов, паров и ионов углерода на основе

ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ______________________СЛОЕВ УГЛЕРОДА СО СВОЙСТВАМИ АЛМАЗА_______________________

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

На рис. 1 представлена принципиальная упрощенная схема процесса получения углеродных слоев на токопроводящей подложке, осаждением ионов и паров углерода в условиях воздействия ионами плазмообразующего инертного газа. Ионы аргона 1 через

эмиссионный канал 2 ускоряются

напряжением 10 кВ и распыляют

графитовую мишень. Пары углерода 3 частично ионизуются быстрыми

вторичными электронами 4. Ионы углерода 5 через эмиссионный канал 6 ускоряются напряжением 0,12 кВ и осаждаются на токопроводящей подложке. Часть пара 7 с энергией частиц углерода >10 эВ напрямую выходит через канал 6 и осаждается

совместно с ионами углерода 5, образуя углеродный слой 8. Наращивание слоя происходит при воздействии ионов 9 плазмообразующего инертного газа.

На рис. 2 представлена конструктивная схема экспериментального макета источника ионов газов и паров и ионов углерода. Отражательный разряд с полым катодом, имеющий свойства аномального тлеющего разряда, возбуждается в разрядной камере, образованной катодами 1 и 2 с осевыми отверстиями 0 8 мм и цилиндрическим медным анодом 3 с отверстием 0 16 мм и длиной 12 мм.

1, 9 - ионы плазмообразующего газа (Аг);

2, 6 - эмиссионные каналы; 3,7 - распыленные атомы углерода; 4 - быстрые вторичные электроны; 5 - ионы углерода; 8 - углеродный слой

Рис. 1. Схема получения углеродных слоев

1 - полый катод; 2 - отражательный катод; 3 - анод; 4 - постоянный кольцевой магнит; 5 - внешний электрический разъем; 6 - мишень; 7 - отверстие в полом катоде;

8 - катодная вставка; 9 и 10 - высоковольтные источники питания

Рис. 2. Конструктивная схема ионного источника

Расстояние между отражательным и полым катодами 10 мм. Анализ влияния радиуса анода и расстояния между катодами показывает, что их увеличение приводит к снижению концентрации осевой плазмы. Катоды 1 и 2, изолированные от анода 3 фторопластовыми прокладками, изготовлены из магнитной стали и служат полюсными наконечниками кольцевого магнита 4. Продольное магнитное поле в анодной полости с индукцией 0,1 Тл создается кольцевым постоянным ферритовым магнитом 4. Тепло от катодов и магнита отводится к медному корпусу разрядной камеры, охлаждаемому проточной водой. Анод 3 соединяется внутренним разъемом с внешним электрическим разъемом 5. В центре дна полого катода 1, на изолированном от катода держателе, установлена охлаждаемая водой плоская графитовая мишень 6 диаметром 6 мм. Расстояние между плоскостью дна полого катода и мишенью 4 мм. Катодная полость сообщается с анодной полостью через отверстие 7 0 4 мм. В осевом отверстии катода 2 крепится катодная вставка 8 в форме тора 0 8 мм с проходными отверстиями 0 3,5 мм, образующая эмиссионный канал. Экспериментально подобранные размеры катодной вставки обеспечивают устойчивую плазменную фокусировку ионного пучка, извлекаемого из катодной плазмы дополнительным ускоряющим электродом [3] (на рис. 2 ускоряющий электрод не показан). На токопроводящую мишень 6 подается напряжение до 10 кВ от регулируемого источника питания 9.

Пары углерода, образующиеся при распылении мишени 6, поступают в катодную и анодную полости. При этом значительная часть пара выходит из разрядной камеры в направлении извлечения ионного пучка. Пары углерода, проходящие через эмиссионный канал, используются для выращивания наноразмерных слоев углерода заданной структуры [9]. Разрядное напряжение подается от стабилизированного источника тока 10 на промежуток «электрически соединенные катоды - анод».

Напряжение горения для разрядных токов 0,1-0,5 А составляет 350-380 В. Рабочий газ -аргон. Его давление в катодной полости достигает 5-13 Па. Газ напускают через отверстие на периферии полого катода.

При подаче напряжения от источника 10 в несколько сотен вольт между катодами и анодом зажигается отражательный разряд. Полый анод 3 заполняется плазмой, слабое свечение которой можно наблюдать через отверстие 8. При определенном критическом токе отражательного разряда протяженность участка катодного падения напряжения 1к перед отверстием 7 становится соизмеримой с поперечными размерами отверстия, в результате ионная оболочка разрывается и плазма проникает в катодную полость. Условие проникновения плазмы [10]

4 * г, (1)

где гп - радиус отверстия в полости. Проникновение плазмы сопровождается усилением разрядного тока, снижением напряжения горения, появлением тока в катодной полости и ярко светящегося плазменного шнура на оси разряда, что позволяет говорить о разряде с полым катодом. Плазма приобретает высокую эмиссионную способность. При подаче на мишень 6 от источника 9 напряжения до 10 кВ отрицательной относительно катода 1 полярности однократно заряженные ионы аргона из катодной плазмы ускоряются до энергии в несколько килоэлектронвольт и бомбардируют мишень 6. В результате мишень распыляется и одновременно эмитирует вторичные электроны с энергией, равной энергии ионов. Пары углерода ионизуются в катодной и анодной полостях, часть осаждается на стенки полого катода, часть проникает в эмиссионный канал. Пары углерода со стенок тут же распыляются, но уже ионами, ускоренными в катодном падении напряжения ик ~ 0,85 Ц (где Цр напряжение горения разряда 350-380 В), так как пороговая энергия распыления существенно меньше Цк. При этом атомы пара получают кинетическую энергию, превышающую энергию связи (сублимации поверхности), которая составляет 0,645-8,760 эВ

[11]. Заметный вклад в снижение потерь пара углерода дает распыление ионами пара со стенок катода.

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ ГАЗОВ, ПАРОВ И ИОНОВ УГЛЕРОДА НА ОСНОВЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ___________________СЛОЕВ УГЛЕРОДА СО СВОЙСТВАМИ АЛМАЗА__________________

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Зависимости тока распыляющих ионов от тока разряда 1р (рис. 3, кривые 2, 3 и 4) получены при относительно малой толщине слоя d пространственного заряда между плазмой и мишенью.

4

30

т

0

1 20 X

2

тс

с

_0

5 Ю

го

о.

6 /

3

2

1

20

12

о

1_

о

0,2 0,4

Ток разряда, мА

О 1

20

5 10 15

Ускоряющее напряжение, кВ Рис. 3. Зависимости тока распыляющих ионов на мишень (1-4) от тока разряда (напряжение разряда Цр=350 В, ускоряющее напряжение и, кВ: 0 (1), 1 (2), 5 (3), 10 (4); рабочий газ - аргон; графитовая мишень); зависимости тока ионного пучка (5), содержащего ионы (Аг+ + С+) и тока распыляющих ионов на мишень (6) от ускоряющего напряжения (ток разряда /р=0,2 А)

При нулевом напряжении источника питания 9 тепловой ионный ток на мишень линейно растет (кривая 1, благодаря увеличению концентрации ионов в невозмущенной плазме вблизи мишени 6 (рис. 2). Обычно потенциал мишени оказывается ниже потенциала плазмы. В этом случае, мишень 6 выполняет функции коллектора ионов, покидающих плазму. Плотность ионного тока определяется соотношением Бома:

С

ji = 0,4епг.

2кТ

X:

(2)

где п - концентрация плазмы; Те - электронная температура; к - постоянная Больцмана; Mi - масса иона; е - заряд электрона. Характерной особенностью зависимостей 2, 3 и 4 на рис. 3 является их немонотонность, что может быть обусловлено немонотонной зависимостью п(1р) [12]. Расчет зависимости концентрации эмитирующей плазмы от тока разряда из выражения эмиссионного тока [12]

I- =пп^-Кп 2ик4)2,

( пкТе

2т

(

R - радиус эмиссионного канала; К =

екТ

V 1,21в: J

(3)

в 0 - диэлектрическая

постоянная; п

~А1р ; А

коэффициент пропорциональности, показывает, что при 1р>0,25 А

[12] концентрация плазмы в эмиссионном канале слабо зависит от тока разряда. Экспериментально наблюдаемые перегибы на кривых 2, 3 и 4 при 1р~0,2 А качественно согласуются с ходом расчетной зависимости щ(1р) [12]. С другой стороны, с определенными допущениями плотность ионного тока в бесстолкновительном приближении может выражаться «законом степени 3/2»:

3

1 3

2 и2 2

d

(4)

где и - ускоряющее напряжение. В этом выраженииЬ определяется соотношением Бома и не зависит от и. Толщина слоя между плазмой и мишенью определяется из формулы (4), преобразованной к виду:

1 -1 3

d = 1,05в02(екТе) 4п- 2и4. (5)

Как видно из (5) при заданном ускоряющем напряжении и с ростом щ, толщина слоя d уменьшается, благодаря чему растут потери ионов на боковой стенке канала, ограниченной плоскостью дна полого катода и плоскостью распыляемой мишени. По-видимому, рост концентрации плазмы с ростом тока разряда компенсируется потерями ионов, и рост разрядного тока не приводит к увеличению тока распыляющих ионов.

На рис. 3 кривой 5 представлена зависимость тока ионного пучка от ускоряющего напряжения. Пучок ионов, содержащий ионы пара мишени и газа, извлекается через осевой эмиссионный канал в катодной вставке 8, при подаче напряжения положительной относительно ускоряющего электрода полярности до 20 кВ на отражательный катод 2, (на рис. 2 дополнительный высоковольтный источник питания и ускоряющий электрод не показаны). При токе разряда 0,2 А и ускоряющем напряжении 1-20 кВ получен пучок ионов газов и металлов или газов и углерода с током 5-20 мА.

Как показали эксперименты, с ростом ускоряющего напряжения при постоянном токе разряда ток распыляющих ионов быстро возрастает (рис. 3, кривая 6). Хотя извлекаемый из

плазмы ионный ток не ограничивается пространственным зарядом, всегда является током

насыщения, и не зависит от ускоряющего (извлекающего) напряжения [13]. Вероятными причинами наблюдаемого роста ионного тока является увеличение d с ростом и. Положение границы плазмы определяется из формулы (5) и, как следствие, уменьшение потерь плазменных ионов на стенках цилиндрического канала между плоскостью дна полого катода и поверхностью мишени. Кроме того, возможно усиление ионизационных процессов в слое d в результате ионно-электронной эмиссии и ионного распыления мишени 6. Так как коэффициент ионно-электронной эмиссии пропорционален энергии ионов, и при энергии 2 кэВ приближается к единице [14], ток вторичных электронов в цепи мишени может оказаться соизмеримым с током ионов.

Оценим вклад в ионизационные процессы ионно-электронной эмиссии. Ток на мишень можно выразить в простейшем случае соотношением

1 = 1г + У1, + - , (6)

где I - ионный ток из плазмы; уI - ток ионно-электронной эмиссии; - - ток от ионов,

появившихся в результате ионизационных процессов в слое пространственного заряда между плазмой и мишенью; у - коэффициент ионно-электронной эмиссии. Образование ионов в слое определяется числом ионизаций за единицу времени на элементе длины йх

dN,=- , (7)

к е

где Ые - число вторичных электронов; шг. - вероятность ионизации; Xе - длина свободного пробега электронов в газе.

у.I X

С учетом Ые = —- и Xе = —^° соотношение (7) преобразуется к виду е р

Ш=у1’ Ю-М, (8)

X ео

где Xео- длина свободного пробега электронов в газе при давлении 133,3 Па; р - давление газа. Используем выражение Моргулиса для вероятности ионизации

плазменный источник ионов газов, паров и ионов углерода на основе

ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫ1Х

СЛОЕВ УГЛЕРОДА СО СВОЙСТВАМИ АЛМАЗА

_ (и-Ц )

шг. = а(и - и, )е в , (9)

где а и в - константы, зависящие от рода газа; и, - потенциал ионизации. С учетом замены переменной х на переменную и, интегрируя (8) по и в пределах от и, до и , получим

у/^а^в2

і = 1 - (и - и, +в^ (и-и,) е в

1 в ,

При и>> в соотношение (10) преобразуется к виду

і ^а^в2

У1,

і

(10)

(11)

Отношение

У1,

ь еои

характеризует вклад в ионизационные процессы ионно-электронной

2 1

эмиссии. Подставляя в (11) табличные значения [15] Xео =0,438 мм, а =1,3• 10- В- , в =110 В и экспериментальные значения ^=4 мм, ^=5-13 Па, Ц=10 кВ, находим, что ток от ионов, образованных в слое пространственного заряда за счет X - процессов, в 10 раз меньше тока ионно-электронной эмиссии. Наблюдаемый рост ионного тока может быть обусловлен снижением потерь плазменных ионов на стенках канала при перемещении плазменной поверхности с ростом напряжения отрицательной полярности на мишени и завышением ионного тока ионно-электронной эмиссией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При ускоряющем напряжении до 10 кВ и токе разряда 0,2-0,5 А плотность потока распыляющих ионов из катодной плазмы достигает 100 мА/см . Осаждение части распыленных паров мишени на внутренней стенке полого катода свидетельствует о важной роли процесса вторичного распыления в повышении эффективности ионизации паров углерода.

Низкая 0,05-0,10 степень ионизации способствует выходу через эмиссионный канал потока пара, достаточного для выращивания тонких слоев углерода со скоростью ~ 0,03 нм/с на подложке, установленной на расстоянии ~ 5 мм от эмиссионного канала. Кроме того, в стационарном режиме горения разряда обеспечивалась устойчивая высоковольтная до 20 кВ эмиссия ионов. Доля ионов углерода в извлекаемом пучке составляет 0,05-0,10 [16]. Эксплуатационный ресурс

катодной вставки - 250-300 ч. Макет

действующего плазменного источника ионов газов, паров и ионов углерода представлен на рис. 4.

1 - катодная вставка; 2 - отражательный катод;

3 - полый катод; 4 - охлаждаемый держатель мишени

Рис. 4. Общий вид источника ионов

Одно из важных свойств конструкции рис. 2 и 4 состоит в том, что достаточно переменить полярность на электродном промежутке «отражательный катод - ускоряющий электрод», чтобы ионный источник стал электронным [17].

По схеме процесса рис. 1 с помощью устройства рис. 2 получены наноструктурированные углеродные слои толщиной 50-800 нм на вольфраме. Упрочняющие слои наносили на токопроводящие лезвия и острия осаждением потока пара и ионов углерода при прямом воздействии ионов плазмообразующего инертного газа (высокое напряжение до 10 кВ подается на графитовую мишень, ускоряющее напряжение 0,12 кВ на токопроводящую подложку, рис. 1 и 2).

На рентгенограмме (дифрактометр Rigaku с СиКа излучением), осажденного углеродного слоя наблюдается дифракционный максимум ^=2,0364 А), соответствующий структуре алмаза (рис. 5).

В спектре комбинационного рассеяния (использовалась линия 488 пт аргонового лазера, спектрометр Т6400ТА of Dilor-Jobin Yvon-spex) углеродного слоя присутствуют полосы поглощения при 1330 и 1600 см-1, характерные для связей в алмазе (рис. 6).

Рис. 5. Рентгенограмма углеродного слоя Рис. 6. Спектр комбинационного рассеяния

углеродного слоя

Результаты исследования поверхности углеродных слоев атомно-силовой микроскопией (Digital Instruments, Nanoscope 3, contact mode, Si3N4 type) свидетельствуют о том, что наблюдается глобулярная стадия роста с поверхностным размером частиц 50 нм и высотой 5 нм. Средняя высота неровностей поверхности составляет 6,425 нм, рис. 7 и 8.

Свойства выращенных слоев углерода: теплопроводность - (1,18-1,19)-10 Вт/(м-К), удельное электрическое сопротивление - 1012 Ом-м, коэффициент трения по стали - 0,08, термостойкость в инертной среде - 1673 К, шероховатость Rz - 6,425 нм, микротвердость -~1010 кг/м2, работа выхода - 0,332 эВ.

Кроме того, как показали эксперименты, достоинства плазменного источника нашли подтверждение применительно к следующим процессам:

- препарирование (активирование, очистка) поверхности подложки пучком ионов аргона (ускоряющее напряжение до 20 кВ);

- получение наноразмерных слоев из паров токопроводящей мишени, причем в потоке пара доминируют частицы с энергией > 10 эВ (на мишень подается напряжение отрицательной полярности до 10 кВ);

- получение наноразмерных слоев из потока пара и ионов при воздействии ионов реактивного газа;

- проведение пересыщения в процессе получения углеродных слоев со свойствами алмаза, воздействием ионным или электронным пучком на структуру углеродного конденсата.

ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ИОНОВ ГАЗОВ, ПАРОВ И ИОНОВ УГЛЕРОДА НА ОСНОВЕ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ И ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ

СЛОЕВ УГЛЕРОДА СО СВОЙСТВАМИ АЛМАЗА

Рис. 7. Структура поверхности углеродного слоя

Рис. 8. Профилограмма поверхности углеродного слоя

Работа выполнена при финансовой поддержке проекта 2.12.2.3. СО РАН, частично Фонда содействия отечественной науке.

Материалы статьи обсуждались на научной конференции «Байкальские чтения: наноструктурированные системы и актуальные проблемы механики сплошной среды (теория и эксперимент)» (г. Улан-Удэ, 19-22 июля 2010 г.) и рекомендованы к публикации в журнале «Химическая физика и мезоскопия».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семенов А.П. Техника нанесения тонких пленок распылением ионным пучком (обзор) // ПТЭ. 1990. №4. С. 26-42.

2. Семенов А.П. Выращивание тонких пленок высокотемпературных сверхпроводников распылением ионным пучком (обзор) // ПТЭ. 1993. №2. С. 11-27.

3. Семенов А. П. Источники распыляющих ионных пучков на основе разрядов с холодным катодом (обзор) // ПТЭ. 1996. №4. С.3-14.

4. Семенов А.П. Эмиссия ионов из разряда с полым катодом в режиме проникновения плазмы в высоковольтный ускоряющий промежуток // ЖТФ. 2005. Т.75, вып. 4. С.42-47.

5. Глазов А.А., Кузмяк М., Новиков Д.Л. и др. Ионный источник протонного ускорителя на 1 МэВ // ПТЭ. 1964. №1. С.34-36.

6. Семенов А.П. Плазменный источник ионов // ПТЭ. 1984. №5. С.23-24.

7. Семенов А.П., Мохосоев М.В. Ионный ток на выходе катодной полости ячейки Пеннинга // ТВТ. 1984. Т.22. №1. С.164-165.

8. Семенов А.П. Характеристики отражательного разряда с коробчатой катодной полостью и эмиссионные свойства плазмы разряда // ЖТФ. 2007. Т.77, вып. 2. С.131-135.

9. Семенов А.П. Пучки распыляющих ионов: получение и применение. Улан-Удэ : Изд-во Бурятского научного центра СО РАН, 1999. 207 с.

10. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов. М. : Атомиздат, 1977. 144 с.

11. Kanaya K., Hojou K., Koga K. et al. Consistent theory of sputtering of solid targets by ion bombardment using power potential low // J. Арр1. Phys. 1973. V.12, №9. P. 1297-1306.

12. Груздев В.А., Ремпе Н.Г. Определение параметров эмитирующей плазмы электронных источников эмиссионными методами // Тез. докл. I Всесоюз. совещ. по плазменной эмиссионной электронике. Улан-Удэ, 1991. С.45-50.

13. Габович М.Д. Физика и техника плазменных источников ионов. М. : Атомиздат, 1972. 304 с.

14. Shamim M.M., Scheuer J.T., Fetherston R.P. еt al. Measurement of electron emission due to energetic ion

bombardment in plasma source ion implantation // J. Appl. Phys. 1991. V.70, №9. P.4756-4760.

15. Левитский С.М. Сборник задач и расчетов по физической электронике. Киев : Изд-во Киевского ун-та, 1964. 211 с.

16. Семенов А.П., Семенова И.А., Троян Г.В. Плазменный источник ионов газов и металлов на основе разряда низкого давления с полым катодом // Тр. III Междунар. Крейнделевского семинара «Плазменная эмиссионная электроника». Улан-Удэ : Изд-во БНЦ СО РАН, 2009. С. 100-104.

17. Корнилов С.Ю., Осипов И.В., Ремпе Н.Г. Получение остросфокусированных пучков в электронных пушках с плазменным катодом // ПТЭ. 2009. №3. С.104-109.

PLASMA SOURCE OF GAS IONS, VAPOUR AND CARBON IONS ON THE BASIS OF THE REFLECTIVE DISCHARGE WITH HOLLOW CATHODE AND DEPOSITION OF NANOSTRUCTURED CARBON LAYERS WITH DIAMOND PROPERTIES

Semenov A.P., Semenova I. A.

Physical Problems Department of Buryatia Scientific Center, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Ulan-Ude, Russia

SUMMARY. The compact source of ions of gases, vapor and ions of carbon is developed. The flat target (graphite) in diameter of 6 mm, settled at the bottom of the isolated from it hollow cathode is sputtered by argon ions with energy up to 10 keV. The density of a flow of ions from cathode plasma reaches 100 MÂ/cm2 at an accelerating voltage up to 10 kV and a discharge current of 0,2-0,5 A. The beam containing ions of plasma formed gas and vapor, is extracted through the channel in the reflective cathode. Together with ions the part of the vapor of a sprayed target is evolved which flow is sufficient for deposition with a speed ~ 0,03 nm/s of nanometer layers of diamond. The part of ions of metal in an extracted beam makes 0,05-0,10.

KEYWORDS: an ion source, gas discharge plasma, ion sputtering, deposition of vapour and ions, carbon layers.

Семенов Александр Петрович, доктор технических наук, профессор, заведующий Отделом физических проблем БНЦ СО РАН, заместитель председателя Президиума БНЦ СО РАН по научной работе, тел. 8(3012)43-33-24, e-mail: [email protected]

Семенова Ирина Александровна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ОФП БНЦ СО РАН, тел. 8(3012)43-38-45, e-mail: [email protected]