ГЕНЕРАЦИЯ СИЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЛЕНКЕ НА ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ИМПУЛЬСНЫМ ПЛАЗМЕННЫМ ПОТОКОМ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрены основные физические процессы, определяющие потоки заряженных частиц на отрицательный металлический электрод, погруженный в полностью ионизованную изотропную плазму. Определены уравнения для описания движения заряженных частиц в плазме как вблизи металлического электрода, находящегося под постоянным отрицательным потенциалом Ψ0, так и вдали от него. Выполнены расчеты потоков заряженных частиц из плазмы на электрод в области разделения зарядов вблизи поверхности электрода при больших значениях отношения электрического потенциала электрода Ψ0 к электронной температуре Te плазмы: eΨ0/Te ≫ 1. Рассчитаны плотности электрических токов ионов и электронов из плазмы на электрод. Показано, что в конкретном случае взаимодействия отрицательного электрода из титана с естественной оксидной пленкой толщиной около 10 нм с импульсной плазмой плотностью ni = 1013 см−3, в результате передачи заряда поверхности пленки потоком ионов из плазмы, внутри пленки возникают электрические напряжения около 6 В, и соответствующее сильное электрическое поле около 6 МВ/см за характерные времена 5–8 мкс. Такое сильное электрическое поле приводит к электрическому пробою тонкой пленки и возбуждению микроплазменных разрядов на титане. Уменьшение плотности плазмы существенно снижает вероятность возбуждения микроплазменных разрядов на поверхности металлического электрода.

Об авторах

В. А Иванов

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Email: Viatcheslav-ivanov@yandex.ru
Москва, Россия

М. А Терещенко

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Москва, Россия

М. Е Коныжев

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Москва, Россия

Т. И Камолова

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Москва, Россия

А. А Дорофеюк

Институт общей физики им. А. М. Прохорова РАН

Москва, Россия

Список литературы

  1. De La Cal E., Gauthier E. // Plasma Phys. Controlled Fusion. 2005. V. 47. P. 197. https://doi.org/10.1088/0741-3335/47/2/001
  2. Kremeyer T., König R., Brezinsek S., Schmitz O., Feng Y., Winters V., Rudischhauser L., Buttenschön B., Brunner K.J., Drewelow P. et al. // Nuclear Fusion. 2022. V. 62. P. 036023. https://doi.org/10.1088/1741-4326/ac4acb
  3. Plasma clean with high quality plasma cleaning and etching systems, https://www.plasmaetch.com
  4. Sun T., Blanchard P.-Y., and Mirkin M.V. // Analytical Chem. 2015. V. 87. P. 4092. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b00488
  5. Bhat N.V., Upadhyay D.J. // J. Applied Polymer Sci. 2002. V. 86. P. 925. https://doi.org/10.1002/app.11024
  6. Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Иванов В.А., Коныжев М.Е. // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2009. № 5. С. 10. https://www.mashin.ru/files/trenie_05-09_1_48.pdf
  7. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Хренникова И.А. // Трение и износ. 2009. Т. 30. С. 396.
  8. Иванов В.А. // Успехи прикладной физики. 2022. Т. 10. С. 343. https://advance.orion-ir.ru/UPF-22/4/UPF-10-4-343_RU.pdf
  9. Ivanov V.A. // Plasma Phys. Reps. 2023. V. 49. P. 284. https://doi.org/10.1134/S1063780X22601365
  10. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000. 424 с.
  11. Месяц Г.А. Эктоны. Часть 1. Екатеринбург: Наука, 1993.
  12. Сахаров А.С., Иванов В.А. // Успехи прикладной физики. 2016. Т. 4. С. 150. https://advance.orion-ir.ru/UPF-16/2/UPF-4-2-150.pdf
  13. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Сахаров А.С. // Прикладная физика. 2006. № 6. С. 114. https://applphys.orion-ir.ru/appl-06/06-6/PF-06-6-114.pdf
  14. Иванов В.А. // Прикладная физика. 2001. № 2. С. 5.
  15. Ivanov V.A., Sakharov A.S., and Konyzhev M.E. // Plasma Phyics Reports. 2008. V. 34. P. 150. https://doi.org/10.1134/S1063780X08020074
  16. Ivanov V.A., Sakharov A.S., and Konyzhev M.E. // Proceed. the XXIII-rd Internat. Symp. on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (Bucharest, Romania, September 15-19, 2008) V. 2. C. 575.
  17. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Терещенко М.А., Дорофеюк А.А., Камолова Т.И., Сатунин С.Н. // Успехи прикладной физики. 2024. Т. 12. С. 109. https://advance.orion-ir.ru/UPF-24/2/UPF-12-2-109_RU.pdf
  18. Ivanov V.A., Konyzhev M.E., Tereshchenko M.A., Dorofeyuk A.A., Kamolova T.I., and Satunin S.N. // Plasma Phys. Reps. 2024. V. 50. P. 865. https://doi.org/10.1134/S1063780X24601056
  19. Иванов В.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Коныжев М.Е. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 3. С. 84.
  20. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Сатунин С.Н., Дорофеюк А.А., Камолова Т.И., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. // Прикладная физика. 2008. № 6. С. 62. https://applphys.orion-ir.ru/appl-08/08-6/PF-08-6-62.pdf
  21. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Спирин А.А., Дорофеюк А.А., Камолова Т.И., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Залавутдинов Р.Х. // Прикладная физика. 2006. № 6. С. 97. https://applphys.orion-ir.ru/appl-06/06-6/PF-06-6-97.pdf
  22. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Спирин А.А., Дорофеюк А.А., Камолова Т.И., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Залавутдинов Р.Х. // Прикладная физика. 2007. № 6. С. 60. https://applphys.orion-ir.ru/appl-07/07-6/PF-07-6-60.pdf
  23. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Зимин А.М., Тройнов В.И., Камолова Т.И., Летунов А.А. // Прикладная физика. 2012. № 6. C. 133. https://applphys.orion-ir.ru/appl-12/12-6/PF-2012-6-133.pdf
  24. Ivanov V.A., Konyzhev M.E., Zimin A.M., Troinov V.I., Kamolova T.I., and Letunov A.A. // Plasma Phys. Reps. 2013. V. 39. P. 1114. https://doi.org/10.1134/S1063780X13070143
  25. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Зимин А.М., Тройнов В.И., Камолова Т.И., Летунов А.А. // Прикладная физика. 2014. № 1. C. 21. https://applphys.orion-ir.ru/appl-14/14-1/PF-14-1-21.pdf
  26. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Зимин А.М., Тройнов В.И., Камолова Т.И., Летунов А.А. // Успехи прикладной физики. 2014. Т. 2. С. 31. https://advance.orion-ir.ru/UPF-14/1/UPF-2-1-31.pdf
  27. Установка для напыления тонких металлических и диэлектрических пленок методом магнетронного распыления и электронно-лучевого испарения. https://www.lebedev.ru/ru/oborudovanie/technological/item/4-ustanovka-dlya-napyleniya-tonkikh-metallicheskikh-i-dielektricheskikh-plenok-metodom-magnetronnogo-raspyleniya-i-elektronno-luchevogo-ispareniya.html
  28. Puurunen R.L. // J. Applied Phys. 2005. V. 97. P. 121301. https://doi.org/10.1063/1.1940727
  29. Malygin A.A. // J. Industrial and Engineering Chem. (Seoul, Republic of Korea), 2006. V. 12. P. 1. https://doi.org/10.1002/chin.200646227
  30. Рембеза С.И., Рембеза Е.С., Свистова Т.В. Кошелева Н.Н. Синтез и свойства металлооксидных пленок: монография [Электронный ресурс]. Воронеж: ФГБОУ ВО “Воронежский государственный технический университет”, 2017. 177 с.
  31. Textor M., Sittig C., Frauchiger V., Tosatti S., and Brunette D.M. // Titanium in Medicine. Engineering Materials. Berlin, Heidelberg: Springer, 2001. P. 171. https://doi.org/10.1007/978-3-642-56486-4_7
  32. Sittig C., Textor M., Spencer N.D., Wieland M., and Vallotton P.H. // J. Materials Sci.: Materials in Medicine. 1999. V. 10. Р. 35. https://doi.org/10.1023/a:1008840026907
  33. Ivanov V.A., Konyzhev M.E., Kuksenova L.I., Lapteva V.G., Sakharov A.S., Dorofeyuk A.A., Kamolova T.I., Satunin S.N., and Letunov A.A. // Plasma Phys. Reps. 2011. V. 37. P. 1230. https://doi.org/10.1134/S1063780X11060109
  34. Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Алексеева М.С., Иванов В.А., Коныжев М.Е. // Современные технологии модифицирования поверхностей деталей машин / Ред. Москвитин Г.В. М.: ЛЕНАРД, 2013. С. 298.
  35. Иванов В.А., Коныжев М.Е., Дорофеюк А.А., Камолова Т.И., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Хренникова И.А. // Прикладная физика. 2014. № 6. C. 38. https://applphys.orion-ir.ru/appl-14/14-6/PF-14-6-38.pdf
  36. Димитрович Д.А., Бычков А.И., Иванов В.А. // Прикладная физика. 2009. № 2. С. 35. https://applphys.orion-ir.ru/appl-09/09-2/PF-09-2-35.pdf
  37. Биттенкорт Ж.А. Основы физики плазмы. М.: Физматлит, 2009. 584 с.
  38. Bohm D.I. // The Characteristics of the Electrical Discharges in Magnetic Fields / Eds. R. K. Guthrie, A. Wakerling. New York: McGraw-Hill, 1949. P. 77.
  39. Mott-Smith H.M., Langmuir I. // Phys. Rev. 1926. V. 28. P. 727. https://doi.org/10.1103/PhysRev.28.727
  40. Langmuir I. // Phys. Rev. 1929. V. 33. P. 954. https://doi.org/10.1103/PhysRev.33.954
  41. Chen F. // Plasma Diagnostic Techniques / Eds. R.H. Huddlstone, S.L. Leonard. New York–London: Academic Press, 1965.
  42. Троян П.Е., Каранский В.В. // Доклады ТУСУРа. 2017. Т. 20. С. 152. https://doi.org/10.21293/1818-0442-2017-20-3-152-154
  43. Троян П.Е. Электрическая формовка тонкопленочных структур металл–диэлектрик–металл в сильных электрических полях / П.Е. Троян, Ю.В. Сахаров. Томск: Изд. Том. гос. ун-та, 2013. 248 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).