RU116733U1 - DEVICE FOR CREATING A HOMOGENEOUS DISTRIBUTED GAS DISCHARGE PLASMA IN LARGE VACUUM VOLUMES OF TECHNOLOGICAL INSTALLATIONS - Google Patents

Abstract

Устройство для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок, состоящее из анода - вакуумной камеры, помещенных в магнитное поле термоэмиссионного катода и охватывающего его полого катода, отличающееся тем, что катод разделен и состоит из двух соосно расположенных на противоположных сторонах вакуумной камеры электрически соединенных одинаковых катодных узлов. A device for creating a uniformly distributed gas-discharge plasma in large vacuum volumes of technological installations, consisting of an anode - a vacuum chamber placed in the magnetic field of a thermionic cathode and a hollow cathode covering it, characterized in that the cathode is divided and consists of two coaxially located on opposite sides of the vacuum chambers of electrically connected identical cathode assemblies.

Description

Полезная модель относится к технике получения плазмы, генерации низкотемпературной плазмы инертных и реакционных газов в больших вакуумных объемах технологических установок и может быть использовано в вакуумных ионно-плазменных технологиях очистки, активации, травления, ионно-плазменного легирования поверхности изделий, плазменно-иммерсионной имплантации, а также в источниках пучков ионов газов. Устройство содержит электродную систему дугового несамостоятельного разряда, содержащую два соосно расположенных на противоположных сторонах вакуумной камеры - анода электрически соединенных и помещенных каждый в магнитное поле собственного соленоида катодных узла, каждый из которых содержит термоэмиссионный и охватывающий его полый катод.The utility model relates to techniques for producing plasma, generating low-temperature plasma of inert and reaction gases in large vacuum volumes of technological installations and can be used in vacuum ion-plasma technologies for cleaning, activation, etching, ion-plasma alloying of the product surface, plasma-immersion implantation, and also in sources of beams of gas ions. The device contains an electrode system of an arc of a non-self-sustained discharge, containing two coaxially located on opposite sides of the vacuum chamber - anode electrically connected and placed each in a magnetic field of its own cathode assembly solenoid, each of which contains a thermionic emission and a hollow cathode enveloping it.

Технический результат - снижение рабочего давления технологических процессов при увеличении таких параметров как ток разряда и концентрация генерируемой плазмы. Таким образом, повышается эффективность генерации плазмы и степень ее ионизации. Кроме этого, повышается однородность распределения газоразрядной плазмы в объеме вакуумной камеры.The technical result is a decrease in the working pressure of technological processes with an increase in such parameters as the discharge current and the concentration of the generated plasma. Thus, the efficiency of plasma generation and the degree of its ionization are increased. In addition, the uniformity of the distribution of the gas discharge plasma in the volume of the vacuum chamber is increased.

Известны эффективные генераторы газоразрядной плазмы, обеспечивающие степень ионизации, близкую к 100%, например, источники плазмы дуопигатронного типа [Форрестер А.Т. Интенсивные ионные пучки. Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. - 358 с.]. Однако источники газоразрядной плазмы такого типа имеют малый размер выходной апертуры генерируемой плазмы, вследствие чего имеют большую неоднородность ее распределения с максимумом в центре и значительным падением плотности к периферии плазменного потока, диаметр которого, как правило, имеет сравнительно небольшую величину (0,05-0,2 м) в области обработки изделий. Данное обстоятельство препятствует применению источников плазмы этого типа для создания высокопроизводительных (с большим рабочим объемом) технологий плазменной обработки изделий. Для реализации высокопроизводительных и качественных вакуумных ионно-плазменных процессов обработки изделий требуется однородное заполнение плазмой больших технологических объемов.Efficient gas-discharge plasma generators are known that provide a degree of ionization close to 100%, for example, duopigatron-type plasma sources [Forrester A.T. Intense ion beams. Per. from English - M .: Mir, 1991. - 358 p.]. However, gas-discharge plasma sources of this type have a small output aperture of the generated plasma, as a result of which they have a large heterogeneity of distribution with a maximum in the center and a significant drop in density to the periphery of the plasma stream, the diameter of which, as a rule, is relatively small (0.05-0 , 2 m) in the field of product processing. This circumstance prevents the use of plasma sources of this type to create high-performance (with a large working volume) technologies for plasma processing of products. For the implementation of high-performance and high-quality vacuum ion-plasma processes of product processing, uniform filling of large technological volumes with plasma is required.

Известны ионные источники [Kaufman H.R. et all. J. Vac. Sci. Technol., 1982, v.21, p.725; Габович М.Д. и др. Пучки ионов и атомов для управляемого термоядерного синтеза и технологических целей. М.: Энергоатомиздат, 1986. с.53], в которых газоразрядная плазма создается разрядом с термоэмиссионным катодом и цилиндрическим или кольцевым анодом. Для удержания электронов в разряде, замедления процесса их ухода на анод и повышения эффективности ионизации в большинстве случаев используется магнитное поле, создаваемое соленоидом или постоянными магнитами.Known ion sources [Kaufman H.R. et all. J. Vac. Sci. Technol., 1982, v.21, p. 725; Gabovich M.D. and other. Beams of ions and atoms for controlled thermonuclear fusion and technological purposes. M .: Energoatomizdat, 1986. p. 53], in which a gas-discharge plasma is created by a discharge with a thermionic cathode and a cylindrical or ring anode. In most cases, a magnetic field created by a solenoid or permanent magnets is used to hold electrons in the discharge, slow down the process of their escape to the anode, and increase the ionization efficiency.

Известным примером устройств такого типа является разрядная система генератора плазмы [Varga I.K. J. Vac. Sci. Technol., A, 1989, v.7(4), p.2639], состоящая из термоэмиссионного катода и цилиндрического анода, помещенных в продольное магнитное поле. В такой системе электроны, образованные в результате ионизации атомов газа первичными электронами, эмитируемыми термоэмиссионным катодом и ускоренными в прикатодном падении потенциала, имеют возможность диффундировать поперек линий магнитного поля и оседать на аноде. Данное обстоятельство можно рассматривать как эффект потери ионизационно способных электронов из разряда, который приводит к нестабильному горению разряда при низких давлениях с низкой плотностью генерируемой плазмы в рабочем объеме и необходимости использования дополнительного источника напряжения для зажигания разряда. В то же время известно, что в технологиях ионно-плазменной обработки изделий создание плотной плазмы вблизи обрабатываемой поверхности при низких давлениях позволяет обеспечить высокие производительность и качество процессов очистки, травления, ионно-плазменного азотирования и плазмоассистированного напыления покрытий.A well-known example of devices of this type is the discharge system of a plasma generator [Varga I.K. J. Vac. Sci. Technol., A, 1989, v. 7 (4), p. 2639], consisting of a thermionic cathode and a cylindrical anode placed in a longitudinal magnetic field. In such a system, electrons formed as a result of ionization of gas atoms by primary electrons emitted by a thermionic cathode and accelerated in a near-cathode potential drop have the ability to diffuse across the lines of the magnetic field and settle on the anode. This circumstance can be considered as the effect of the loss of ionizable electrons from the discharge, which leads to unstable burning of the discharge at low pressures with a low density of the generated plasma in the working volume and the need to use an additional voltage source to ignite the discharge. At the same time, it is known that in technologies of ion-plasma treatment of products, the creation of a dense plasma near the surface to be treated at low pressures allows for high productivity and quality of the cleaning, etching, ion-plasma nitriding and plasma-assisted coating deposition.

Применение известного устройства для создания низкотемпературной газоразрядной плазмы [Патент РФ №2116707, публ. 27.07.1998 г.] в технологиях вакуумной ионно-плазменпой обработки изделий позволило повысить эффективность генерации плазмы в рабочем объеме большого размера и стабилизации горения дуги при низких давлениях, расширить технологические возможности плазменной обработки, увеличить производительность процессов и улучшить качество плазмоассистированных покрытий.The use of a known device for creating a low-temperature gas-discharge plasma [RF Patent No. 2116707, publ. 07.27.1998] in vacuum ion-plasma technology for processing products, it was possible to increase the efficiency of plasma generation in a large displacement volume and stabilize arc burning at low pressures, expand the technological capabilities of plasma processing, increase process productivity and improve the quality of plasma-assisted coatings.

В данном устройстве в качестве полого анода большого размера используется внутренняя поверхность вакуумной камеры, а в качестве катода - комбинированный катод, состоящий из термоэмиссионного катода и окружающего его полого цилиндрического катода, электрически соединенного с термоэмиссионным катодом. Вся конструкция комбинированного катода помещена в цилиндрический корпус, расположенный на одной из стенок вакуумной камеры и охваченный соленоидом для создания в области комбинированного катода магнитного поля.In this device, the inner surface of the vacuum chamber is used as a large hollow anode, and a combined cathode consisting of a thermionic cathode and a surrounding cylindrical cylindrical cathode electrically connected to a thermionic cathode is used as a cathode. The entire design of the combined cathode is placed in a cylindrical housing located on one of the walls of the vacuum chamber and covered by a solenoid to create a magnetic field in the region of the combined cathode.

Достижению указанных выше результатов как раз способствовало использование дополнительного полого катода, охватывающего термоэмиссионный катод и не позволяющего быстрым электронам покидать разряд путем ухода на анод. За счет использования данного полого катода разряд распространяется в анодную полость, которая и является технологическим рабочим объемом.The achievement of the above results was just facilitated by the use of an additional hollow cathode, covering the thermionic cathode and not allowing fast electrons to leave the discharge by going to the anode. Through the use of this hollow cathode, the discharge propagates into the anode cavity, which is the technological working volume.

Определенное из экспериментов оптимальное соотношение между диаметром D и длиной L полого катода L=(3-4)D этого генератора плазмы связано с тем, что с увеличением длины, с одной стороны, происходит рост тока разряда, а с другой стороны, затрудняется зажигание разряда, что требует увеличения давления газа, необходимого для уверенного зажигания разряда. Еще одним принципиальным элементом конструкции устройства для создания газоразрядной плазмы является то, что выступающая внутрь за стенки вакуумной камеры часть полого катода имеет длину равную D для исключения замыкания разряда на ближнюю область внутренней стенки вакуумной камеры.The optimal ratio between the diameter D and the length L of the hollow cathode L = (3-4) D of this plasma generator determined from experiments is due to the fact that with an increase in length, on the one hand, the discharge current increases, and on the other hand, the ignition of the discharge is difficult , which requires an increase in the gas pressure necessary for reliable ignition of the discharge. Another fundamental structural element of the device for creating a gas discharge plasma is that the part of the hollow cathode protruding inwardly beyond the walls of the vacuum chamber has a length equal to D to prevent the discharge from closing to the near region of the inner wall of the vacuum chamber.

В результате генерации плазмы с помощью данного устройства в вакуумной камере - аноде объемом 0,25 м³ при давлении рабочего газа аргона 10^-1 Па и токе разряда 100 А была создана плазма со средним значением концентрации 10¹⁰ см^-3 и неоднородностью распределения по объему всей вакуумной камеры ±20% от среднего значения. Однако, в результате эксплуатации данного устройства было установлено, что неоднородность распределения плазмы, обеспечиваемая при его работе (±20% от среднего значения во всем пространстве вакуумной камеры объемом 0,25 м³), имеет чрезмерно, а в некоторых случаях и недопустимо высокое значение, приводящее к неравномерности плазменной обработки (нагрева, активации, травления, легирования и плазмоассистированного напыления покрытий) изделий, находящихся в разных областях пространства рабочей вакуумной камеры, что обусловливало недостаточные качество и производительность технологических процессов.As a result of plasma generation using this device in a vacuum chamber - anode with a volume of 0.25 m ³ at an argon working gas pressure of 10 ^-1 Pa and a discharge current of 100 A, a plasma was created with an average concentration value of 10 ¹⁰ cm ^-3 and a volume distribution inhomogeneity the whole vacuum chamber ± 20% of the average value. However, as a result of the operation of this device, it was found that the inhomogeneity of the plasma distribution provided during its operation (± 20% of the average value in the entire space of the vacuum chamber with a volume of 0.25 m ³ ) is excessively, and in some cases, an unacceptably high value leading to uneven plasma treatment (heating, activation, etching, alloying and plasma-assisted coating deposition) of products located in different areas of the working vacuum chamber space, which caused insufficient s quality and performance processes.

В известном устройстве для создания однородной газоразрядной плазмы в технологических вакуумных камерах больших объемов [Патент РФ №87065, публ. 20.09.2009 г.], взятом за прототип, был устранен недостаток, связанный с низким значением однородности распределения генерируемой плазмы. Эксперименты но генерации газоразрядной плазмы с применением данного устройства в технологической вакуумной камере объемом 0,25 м³ показали, что плазма с такой же, как и в [Патент РФ №2116707, публ. 27.07.1998 г.] концентрацией создается с неоднородностью распределения по всему объему вакуумной камеры не хуже ±5% от среднего значения ее плотности. Для достижения указанного технического результата устройство для создания однородной газоразрядной плазмы в технологических вакуумных камерах больших объемов содержит полый катод не цилиндрической формы, а в форме усеченного конуса, направленного своей расширенной частью в вакуумную камеру. Был определен предпочтительный диапазон значения конусности K=(D-d)/L=0,15-0,4 полого катода, определяющего соотношение между диаметрами большего D и меньшего d сечений конуса полого катода и его длиной L.In the known device for creating a homogeneous gas-discharge plasma in technological vacuum chambers of large volumes [RF Patent No. 87065, publ. September 20, 2009], taken as a prototype, the disadvantage associated with the low uniformity of the distribution of the generated plasma was eliminated. The experiments on generating gas-discharge plasma using this device in a technological vacuum chamber with a volume of 0.25 m ³ showed that the plasma is the same as in [RF Patent No. 2116707, publ. 07.27.1998] the concentration is created with a non-uniform distribution over the entire volume of the vacuum chamber not worse than ± 5% of the average value of its density. To achieve the specified technical result, a device for creating a uniform gas-discharge plasma in large-volume technological vacuum chambers contains a hollow cathode not of a cylindrical shape, but in the form of a truncated cone directed by its expanded part into the vacuum chamber. The preferred taper range was determined K = (Dd) / L = 0.15-0.4 of the hollow cathode, which determines the ratio between the diameters of the larger D and smaller d sections of the hollow cathode cone and its length L.

При эксплуатации данного устройства в различных технологиях вакуумной ионно-плазменной обработки изделий было выявлено, что устройство не обеспечивает высоких значений тока своего разряда и концентрации плазмы, определяемых современными требованиями высококачественной вакуумной ионно-плазменной обработки, особенно при низких давлениях рабочего газа. В то время как повышенные значения тока разряда и степени ионизации плазмы позволяют снизить значение отрицательного напряжения смещения изделий во время обработки в плазме, что приведет к уменьшению распыления обрабатываемой поверхности, снижению величины микрорельефа и уровня поверхностных дефектов, тем самым увеличивая качество обработки. Кроме того повышение степени ионизации плазмы позволяет снизить рабочее давление технологических процессов при сохранении на высоком уровне таких параметров как ток разряда и концентрация генерируемой плазмы. А уменьшение рабочего давления технологических процессов снижает скорость роста паразитных инородных полимерных пленок, образующихся на поверхности обрабатываемых изделий из остаточной атмосферы, что также обусловливает улучшение качества технологических процессов вакуумной ионно-плазменной обработки.When using this device in various technologies of vacuum ion-plasma processing of products, it was revealed that the device does not provide high values of its discharge current and plasma concentration, determined by modern requirements of high-quality vacuum ion-plasma processing, especially at low working gas pressures. At the same time, increased values of the discharge current and degree of plasma ionization make it possible to reduce the value of the negative bias voltage of the products during processing in the plasma, which will lead to a decrease in the spraying of the treated surface, a decrease in the microrelief and the level of surface defects, thereby increasing the quality of processing. In addition, increasing the degree of plasma ionization can reduce the working pressure of technological processes while maintaining at a high level such parameters as the discharge current and the concentration of the generated plasma. A decrease in the working pressure of technological processes reduces the growth rate of parasitic foreign polymer films formed on the surface of the processed products from the residual atmosphere, which also leads to an improvement in the quality of technological processes of vacuum ion-plasma processing.

Таким образом, задача разработки эффективного устройства для создания однородной газоразрядной плазмы в вакуумных камерах больших объемов остается по-прежнему актуальной.Thus, the task of developing an effective device for creating a uniform gas-discharge plasma in large-volume vacuum chambers remains relevant.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением, является увеличение концентрации газоразрядной плазмы при повышении однородности ее распределения в широком диапазоне рабочего давления в технологических вакуумных камерах больших объемов. Результат достигается тем, что в устройстве в качестве полого анода используется вакуумная технологическая камера большого объема, а в качестве катода - два соосно расположенных на противоположных сторонах вакуумной камеры электрически соединенных и помещенных каждый в магнитное поле собственного соленоида катодных узла, каждый из которых содержит термоэмиссионный и охватывающий его полый катод цилиндрической или конической формы.The technical result achieved by the invention is to increase the concentration of gas discharge plasma while increasing the uniformity of its distribution in a wide range of operating pressure in large-volume technological vacuum chambers. The result is achieved in that the device uses a large-volume vacuum technological chamber as a hollow anode, and two electrically connected and coaxially located on opposite sides of the vacuum chamber electrically connected and placed each in the magnetic field of its own solenoid cathode assemblies, each of which contains thermionic and its hollow cathode is cylindrical or conical in shape.

На рисунке 1 схематично представлено изображение одного из двух катодных узлов, имеющих одинаковую конструкцию, предложенного устройства для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок. Катодный узел состоит из полого катода 1 с размерами: длина L=340 мм, диаметр большего сечения - выходного отверстия D=160 мм, диаметром меньшего сечения d=80 мм, электрически соединенного с одним из выводов (концов) термоэмиссионного катода 2, размещенного внутри полого катода. Для крепления на вакуумной камере вся конструкция комбинированного катода - электрически соединенные термоэмиссионный и охватывающего его полый катод установлена через изолятор в цилиндрический корпус катодного узла 3, выполненный из немагнитного материала. Корпус катодного узла 3 охвачен соленоидом 4, который создает продольное магнитное поле с индукцией 0,02 Т в области комбинированного катода. Термоэмиссионный катод 2 изготовлен из вольфрамовой проволоки диаметром 0,6-1,5 мм. Для напуска рабочего газа предусмотрено устройство подачи газа 5. На рисунке 2 схематично представлена конструкция всего предложенного устройства для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок. Устройство состоит из анода газового разряда 1, которым является заземленная вакуумная камера, и двух соосно расположенных па противоположных сторонах вакуумной камеры и электрически соединенных катодных узлов 2. Рабочий газ с расходом 200-1000 см³ат/ч напускается одновременно в катодные полости катодных узлов через устройства подачи газа 5. В вакуумной рабочей камере установлен манипулятор вращения 3, на котором размещены обрабатываемые изделия 4.Figure 1 schematically shows an image of one of two cathode assemblies having the same design, the proposed device for creating a uniformly distributed gas-discharge plasma in large vacuum volumes of technological installations. The cathode assembly consists of a hollow cathode 1 with dimensions: length L = 340 mm, diameter of the larger cross section — the outlet D = 160 mm, diameter of the smaller cross section d = 80 mm, electrically connected to one of the terminals (ends) of the thermionic cathode 2 located inside hollow cathode. For fastening on a vacuum chamber, the entire design of the combined cathode — electrically connected thermionic and the hollow cathode enclosing it — is installed through an insulator into the cylindrical body of the cathode assembly 3 made of non-magnetic material. The housing of the cathode assembly 3 is surrounded by a solenoid 4, which creates a longitudinal magnetic field with an induction of 0.02 T in the region of the combined cathode. Thermionic cathode 2 is made of tungsten wire with a diameter of 0.6-1.5 mm A gas supply device 5 is provided for the inlet of working gas. Figure 2 schematically shows the design of the entire proposed device for creating a uniformly distributed gas-discharge plasma in large vacuum volumes of technological installations. The device consists of a gas discharge anode 1, which is a grounded vacuum chamber, and two coaxially located on opposite sides of the vacuum chamber and electrically connected cathode nodes 2. Working gas with a flow rate of 200-1000 cm ³ at / h is simultaneously injected into the cathode cavities of the cathode nodes gas supply devices 5. A rotation manipulator 3 is mounted in the vacuum working chamber, on which the processed products 4 are placed.

Устройство для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок работает следующим образом. При обеспечении электропитания соленоидов катодных узлов от источников 7, накала термоэмиссионных катодов от источников накала 8, приложении постоянного напряжения от источника электропитания газового разряда 9 между вакуумной камерой (анодом) и электрически соединенными катодными узлами и подаче одновременного напуска рабочего газа в оба катодных узла эмитируемые термоэмиссионными катодами электроны ионизируют газ. Вследствие провисания потенциала анода в полости конических полых катодов катодных узлов, возникает эффект полого катода, состоящий в образовании катодного падения потенциала у внутренних стенок катодных полостей обоих катодных узлов. Электроны, отражаясь от потенциального барьера, создаваемого катодными полостями, совершают колебательные движения в полостях и эффективно ионизируют газ. Ионы, ускоренные в прикатодном слое положительного пространственного заряда, бомбардируют поверхность внутренних стенок катодных полостей, вызывая эмиссию вторичных электронов, которые усиливают ионизацию газа. Расширяющаяся плазма создает условия для зажигания дугового разряда между комбинированными катодными узлами 2 и стенками вакуумной камеры 1, которая однородно заполняется газоразрядной плазмой 6, являясь полым анодом разряда. Наличие магнитного поля с индукцией 0,01-0,02 Т в полостях катодных узлов необходимо для поддержания и стабилизации разряда при низких давлениях рабочего газа.A device for creating a uniformly distributed gas discharge plasma in large vacuum volumes of technological installations works as follows. When providing power to the cathode nodes solenoids from sources 7, thermionic cathodes glow from glow sources 8, applying a constant voltage from a gas discharge power supply 9 between a vacuum chamber (anode) and electrically connected cathode nodes, and supplying a simultaneous inlet of working gas to both cathode nodes emitted by thermionic cathodes, electrons ionize a gas. Due to the sagging potential of the anode in the cavity of the conical hollow cathodes of the cathode nodes, the hollow cathode effect occurs, consisting in the formation of a cathode potential drop at the inner walls of the cathode cavities of both cathode nodes. Electrons, reflected from the potential barrier created by the cathode cavities, oscillate in the cavities and effectively ionize the gas. Ions accelerated in the cathode layer of a positive space charge bombard the surface of the inner walls of the cathode cavities, causing the emission of secondary electrons, which enhance the ionization of the gas. The expanding plasma creates the conditions for ignition of the arc discharge between the combined cathode nodes 2 and the walls of the vacuum chamber 1, which is uniformly filled with gas-discharge plasma 6, being a hollow discharge anode. The presence of a magnetic field with an induction of 0.01-0.02 T in the cavities of the cathode nodes is necessary to maintain and stabilize the discharge at low working gas pressures.

Применение в предложенном устройстве разрядной схемы с двумя расположенными соосно напротив друг друга на противоположных сторонах вакуумной камеры катодными узлами позволило достичь высокой эффективности генератора газоразрядной плазмы. Разряд в данной конфигурации разрядной схемы инициировался при таком низком давлении в вакуумной камере как p=(1-3)×10^-2 Па в зависимости от рода рабочего газа. С использованием вакуумной рабочей камеры цилиндрической формы с размерами: диаметр D=600 мм, высота Н=500 мм, и функционируя с применением в качестве рабочего газа аргона, устройство для создания плазмы при давлении p=1,2×10^-2 Па обеспечивало разрядный ток на уровне I_d=50 А. При таких условиях (низкое давление) разряд в устройстве, взятом за прототип, не инициировался вообще.The use of a discharge circuit in the proposed device with two cathode assemblies arranged coaxially opposite each other on opposite sides of the vacuum chamber made it possible to achieve high efficiency of a gas-discharge plasma generator. The discharge in this configuration of the discharge circuit was initiated at such a low pressure in the vacuum chamber as p = (1-3) × 10 ^-2 Pa, depending on the type of working gas. Using a cylindrical-shaped vacuum working chamber with the following dimensions: diameter D = 600 mm, height H = 500 mm, and functioning using argon as the working gas, the device for creating a plasma at a pressure p = 1.2 × 10 ^-2 Pa provided a discharge current at the level of I _d = 50 A. Under such conditions (low pressure), the discharge in the device taken as a prototype was not initiated at all.

При давлении же аргона равном p=1×10^-1 Па предложенным устройством для создания плазмы был развит ток разряда равный I_d=260 А, что соответствовало току ионов, извлекаемых из плазмы j_i=16 мА/см² и концентрации газоразрядной плазмы n=5×10¹¹ см^-3.At argon pressure equal to p = 1 × 10 ^-1 Pa, the proposed device for creating a plasma developed a discharge current equal to I _d = 260 A, which corresponded to the current of ions extracted from the plasma j _i = 16 mA / cm ² and the concentration of the gas-discharge plasma n = 5 × 10 ¹¹ cm ^-3 .

При этом распределение плазмы в объеме вакуумной камеры характеризовалось высокой степенью однородности, неоднородность ее плотности была не более 3-5%.In this case, the plasma distribution in the volume of the vacuum chamber was characterized by a high degree of homogeneity, and its density inhomogeneity was no more than 3-5%.

Вероятной причиной такого повышения эффективности является используемая оригинальная разрядная схема, которая должна приводить к осцилляции электронов между двумя полыми катодными узлами в объеме вакуумной камеры с обрабатываемыми изделиями, что приводит к более эффективной наработке плазмы при низких давлениях.A probable reason for such an increase in efficiency is the original discharge circuit used, which should lead to oscillations of electrons between two hollow cathode nodes in the volume of the vacuum chamber with the workpieces, which leads to more efficient plasma production at low pressures.

Повышение степени ионизации плазмы в предложенном устройстве позволяет снизить давление технологических процессов, скорость роста паразитных загрязнений, значение величин ионного распыления, микрорельефа и дефектов обрабатываемой поверхности, что обусловливает улучшение качества и повышение производительности вакуумных ионно-плазменных технологических процессов.Increasing the degree of plasma ionization in the proposed device allows to reduce the pressure of technological processes, the growth rate of spurious contaminants, the values of ion sputtering, microrelief and defects of the treated surface, which leads to improved quality and increased productivity of vacuum ion-plasma technological processes.

Claims (1)

Устройство для создания однородно-распределенной газоразрядной плазмы в больших вакуумных объемах технологических установок, состоящее из анода - вакуумной камеры, помещенных в магнитное поле термоэмиссионного катода и охватывающего его полого катода, отличающееся тем, что катод разделен и состоит из двух соосно расположенных на противоположных сторонах вакуумной камеры электрически соединенных одинаковых катодных узлов.

A device for creating a uniformly distributed gas-discharge plasma in large vacuum volumes of technological installations, consisting of an anode - a vacuum chamber, placed in the magnetic field of the thermionic cathode and a hollow cathode enveloping it, characterized in that the cathode is divided and consists of two vacuum coaxially located on opposite sides chambers of electrically connected identical cathode nodes.