Тип публикации: диссертация
Год издания: 2023
Ключевые слова: шероховатость поверхности, селективность распыления, коэффициент распыления, интенсивность кластерного пучка, средний размер кластеров, ионно-кластерный пучок, молекулярный пучок
Аннотация: Диссертация посвящена установлению фундаментальных закономерностей формирования высокоинтенсивных пучков ускоренных газовых кластерных ионов и процессов взаимодействия газовых кластеров с поверхностью различных материалов.?По итогам проведенных исследований получены следующие основные результаты:?1. Разработан новый экспериментальнПоказать полностьюый метод диагностики сверхзвуковых потоков нейтральных кластеров, основанный на измерении поперечного профиля массовой интенсивности молекулярного пучка и позволяющий определять основные параметры: средний размер и плотность потока кластеров, соотношение мономеров и кластеров. Валидность метода доказана измерениями в кластерных пучках чистых газов с различным показателем адиабаты (Ar, CO2, N2, C2H4) и газовых смесях (90%H2+10%C2H4, 95%Ar+5%CH4). Установлено, что метод универсален: может использоваться для диагностики кластерных пучков чистых газов и бинарных газовых смесей с неконденсирующимся газом-носителем. Предложенный метод не требует применения сложного измерительного оборудования, создания специальных моделей или определения специфических констант для различных газов.?2. Определены физические ограничения по диапазону определяемых параметров, ключевые возмущающие факторы и систематические погрешности метода. Средние размеры кластеров N, определенные в ходе работы, лежат в диапазоне от 60 до 2000 атомов/кластер. Достоверность данных верифицирована путем сравнения полученных результатов с данными других авторов, полученных различными экспериментальными методами, оценками по известным эмпирическим зависимостям, а также сравнением с результатами численного моделирования. Исследовано влияние скиммерного взаимодействия на параметры кластерных пучков.?3. С использованием параметра подобия конденсации (параметра Хагены) Г* определены обобщающие закономерности формирования ускоренных ионно-кластерных пучков. Выделены характерные особенности основных режимов адиабатической конденсации чистых газов. В качестве оптимальных условий для формирования ионно-кластерных пучков предложен диапазон 2×103⪝Г*⪝104. Сформулированы требования к оптимальной геометрии двухскиммерной схемы для формирования интенсивных кластерных пучков из сверхзвуковых газовых струй.?4. Показано, что бомбардировка газовыми кластерами позволяет эффективно сглаживать поверхностные неоднородности с латеральными размерами до 100 мкм. Удельные коэффициенты распыления Y/N несепарированного по массам ионно-кластерного пучка обобщаются в виде нелинейной зависимости от удельной энергии E/N как при нормальном, так и при наклонном падении кластеров на мишень.?5. Обнаружено, что столкновения газовых кластеров с насыщенной молекулами воды поверхностью гигроскопичных материалов вызывают эффект кластер-стимулированного блистеринга, выражающегося в формировании субмикронных пор в приповерхностном слое материала и аномальных кратеров на его поверхности.?6. На основе МД моделирования столкновений кластеров Ne, Ar и Kr с поверхностью SiO2 установлено, что удельная энергия кластеров на единицу массы кластеров E/M и энергия на единицу площади удара E/S являются обобщающими параметрами эффективности распыления. Для всех режимов максимальные коэффициенты распыления достигаются с кластерами Ne. Показано, что селективность распыления более чувствительна к виду газа при нормальном падении кластеров на мишень, чем при наклонном падении, и практически исчезает с увеличением энергии кластеров до E/N>100 эВ/атом и переходе к молекулярному режиму распыления.?7. Выявлены закономерности энергообмена при столкновениях газовых кластеров с твердой поверхностью. Показано, что при нормальном падении доля исходной кинетической энергии кластеров, уносимая рассеянными атомами кластеров Eclust/E, и доля, переданная мишени Etarget/E, слабо зависят от вида газа. При наклонном падении при переходе от Ne к Kr величина Eclust/E падает, а Etarget/E напротив, растет. С увеличением удельной энергии E/N доля рассеянной энергии Eclust/E уменьшается, а доля Etarget/E возрастает как при нормальном, так и при наклонном падении кластеров.