Физические основы электронно-ионно-лучевых и плазменных технологий

Учебное пособие

Рассматриваются основные физические процессы взаимодействия ускоренных частиц и плазмы с веществом, принципы работы пучкового и плазменного технологического оборудования, применение электронно-ионно-плазменных технологий в промышленности. Для аспирантов направления подготовки 11.06.01, а также студентов и аспирантов высших учебных заведений, специализирующихся в области физической электроники, ионно-плазменных и лучевых технологий, вакуумной и плазменной электроники, микро- и наноэлектроники, физики твердого тела, материаловедения. Учебное пособие может быть полезным для специалистов и инженеров, сфера деятельности которых касается взаимодействия плазмы и ионных пучков с поверхностью, методов обработки материалов потоками заряженных частиц.

Кафедра физики

Библиографическая запись:

Физические основы электронно-ионно-лучевых и плазменных технологий: Учебное пособие [Электронный ресурс] / А. С. Климов [и др.]. — Томск: ТУСУР: 2020. — 172 с. — Режим доступа: https://edu.tusur.ru/publications/9521
Год издания: 2020
Количество страниц: 172
Скачиваний: 2

Оглавление (содержание)

1 Основные физические процессы взаимодействия ускоренных

частиц и плазмы с веществом............................................................3

1.1 Особенности и основные преимущества обработки

вещества потоками ускоренных частиц и плазмой ........................... 3

1.2 Методы элионной и плазменной обработки .............................. 14

1.2.1 Обработка материалов электронным пучком ......................... 14

1.2.2 Обработка материалов ионным пучком ............................... ...20

1.2.3 Обработка материалов плазмой ............................................ .24

1.3 Эффекты взаимодействия частиц с поверхностью .................... 30

1.3.1 Взаимодействие ускоренных электронов с веществом .......... 30

1.3.2 Взаимодействие ускоренных ионов с веществом .................. 46

2 Физические принципы работы пучкового и плазменного

технологического оборудования

2.1 Понятие вакуума........................................................................ 60

2.2 Физические принципы вакуумной откачки ............................... 61

2.2.1 Общие сведения .................................................................... 61

2.2.2 Поток газа .............................................................................. 63

2.2.3 Быстрота откачки, быстрота действия насоса ......................... 64

2.2.4 Сопротивление и пропускная способность

трубопровода ................................................................................. 65

2.2.5 Проводимость отверстия в стенке .......................................... 68

2.2.6 Основное уравнение вакуумной техники ............................... 68

2.2.7 Время откачки ........................................................................ 70

2.3 Средства получения вакуума .................................................... 71

2.4 Процессы на поверхности твёрдых тел .................................... 74

2.4.1 Физическая адсорбция........................................................... 74

2.4.2 Хемосорбция .......................................................................... 76

2.4.3 Коэффициент прилипания ..................................................... 77

2.4.4 Площадь поверхности ............................................................ 77

2.4.5 Изотермы адсорбции ............................................................. 78

2.4.6 Капиллярные силы.................................................................. 80

2.4.7 Конденсация ........................................................................... 81

2.4.8 Десорбция .............................................................................. 82

2.4.9 Тепловая десорбция ............................................................... 83

2.4.10 Фотоактивация ..................................................................... 83

2.4.11 Ультразвуковая десорбция ................................................... 84

2.4.12 Десорбция с электронной и ионной стимуляцией ............... 84

2.5 Основные виды вакуумных насосов и их параметры ............... 86

2.5.1 Механические вакуумные насосы ......................................... 86

2.5.2 Объемная откачка .................................................................. 87

2.5.3 Двухроторные вакуумные насосы .......................................... 92

2.5.4 Мембранный (диафрагменный) насос .................................... 93

2.6 Молекулярная откачка .............................................................. 94

2.6.1 Принципы молекулярной откачки .......................................... 94

2.6.2 Конструкции молекулярных насосов ...................................... 96

2.6.3 Пароструйная откачка ............................................................ 98

2.7 Физико-химические методы получения вакуума ..................... 102

2.7.1 Общая характеристика .......................................................... 102

2.7.2 Ионная откачка ..................................................................... 103

2.7.3 Хемосорбционная откачка .................................................... 104

2.7.4 Конструкции испарительных насосов .................................... 106

2.7.5 Криоконденсационная откачка ............................................. 108

2.7.6 Криоадсорбционная откачка ................................................. 108

2.7.7 Конструкции криогенных насосов ......................................... 109

2.7.8 Ионно-сорбционная откачка ................................................ 112

2.7.9 Конструкции ионно-сорбционных насосов ........................... 112

2.8 Средства измерения вакуума .................................................. 116

2.8.1 Основные типы вакуумметров.............................................. 116

2.8.2 Жидкостный U-образный манометр..................................... 118

2.8.3 Терморезисторный вакуумметр (Пирани) ............................ 118

2.8.4 Термопарный вакуумметр .................................................... 120

2.8.5 Магнетронный вакуумметр (с холодным катодом) .............. 120

2.8.6 Термоэлектронный вакуумметр

(с накалённым катодом) ............................................................... 122

3 Промышленные электронно-ионно-плазменные технологии

3.1 Преимущества вакуумных технологий ................................... 124

3.2 Технология плазменного азотирования металлических

изделий........................................................................................ 125

3.3 Азотирование металлических изделий в плазме

вакуумного дугового разряда ...................................................... 128

3.4 Азотирование металлических изделий в плазме

тлеющего разряда ....................................................................... 134

3.5 Технологии нанесения сверхтвердых и износостойких

покрытий на изделия из металлов ............................................... 136

3.6 Электронно-лучевое нанесение покрытий ............................. 138

3.7 Вакуумно-дуговое нанесение покрытий ................................. 140

3.8 Магнетронное распыление ..................................................... 144

3.9 Ионно-лучевое распыление .................................................... 147

3.10 Технологии обработки поверхности металлических

изделий сильноточным низкоэнергетическим электронным

пучком .......................................................................................... 148

3.11 Электронно-лучевая сварка .................................................. 149

3.12 Электронно-лучевая плавка .................................................. 152

3.13 Термическая размерная электронно-лучевая обработка ...... 153

3.14 Электронно-стимулированное травление ............................. 156

3.15 Технологии нанесения полимерных покрытий ...................... 157

Литература .................................................................................... 162