Функции распределения электронов по энергиям, физические параметры плазмы и скорости элементарных процессов в плазме тлеющего разряда смесей аргона, кислорода и озона Машков, Алексей Викторович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Машков, Алексей Викторович. Функции распределения электронов по энергиям, физические параметры плазмы и скорости элементарных процессов в плазме тлеющего разряда смесей аргона, кислорода и озона : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 02.00.04.- Москва, 1997.- 26 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. Процессы модификации поверхностей твердых материалов, а также травления широкого круга неорганических и органических материалов, применяемых в производстве изделий электронной техники в неравновесной низкотемпературной плазме смесей аргона и кислорода, получили широкое распространение. Очевидно, что применение добавок озона, из-за его большой реакционной способности, будет способствовать интенсификации плазмохимических процессов. Однако исследования в этом направлении практически не проводились, поэтому существует необходимость провести комплексное изучение процессов, протекающих в озонсодержащнх газовых разрядах. Кроме того, исследование кинетических процессов В 030HCO-. держащей плазме тлеющего разряда пониженного давления подобных смесей представляет также практической интерес и для решения вопроса озонообразования в верхних, разреженных слоях атмосферы. Тлеющий разряд по своим параметрам (концентрация заряженных частиц, давление, в некоторой степени средняя энергия электронов) подходит для моделирования процессов в ионосфере. Проведение исследований в данной области требует применения широкого спектра теоретических и практических методов исследования. Поэтому в нашей работе мы использовали зондовые и спектроскопические методы в совокупности с модельными расчетами, основывающимися на большом количестве, известных на сегодняшний момент, сечений.

І Іелью работы являлось: изучение кинетики актнвационных процессов в плазме положительного столба тлеющего разряда смесей ар-юна, кислорода, озона; исследование процессов образования и разрушения озона; определение роли тех или иных компонент в процессах формирования физических параметров; определение влияния физнче-

ских параметров и состава плазмы на вид функции распределения, с использованием комплексного моделирования шіазмохимических процессов; рассчитать константы скоростей реакций под действием электронного удара.

Научная новизна, В работе впервые:

проведено исследование физических параметров: приведенной напряженности электрического поля E/N, температуры газа Т_гаи, средней энергии электронов <е> плазмы тлеющего разряда смесей аргона, кислорода, озона в зависимости от парциального состава смеси. Установлена связь вида функций распределения электронов по энер-гиям с физическими параметрами и составом плазмы;
проведено комплексное математическое моделирование плазмы смесей аргона, кислорода, озона путем решения кинетического урав-неиіія Больцмана совместно с уравнениями баланса образования и гибели нейтральных и заряженных частиц с учетом ионной проводимости плазмы;
решена прямая задача кинетики, получены данные о количественное и качественном составе нейтральной и заряженной компонент плазмы с учетом вклада ионов в электропроводность;

4.. рассчитаны значения констант скоростей химических реакций под действием электронного удара в озонсодержащей плазме в зависимости от состави смеси;

исследованы и уточнены закономерности образования молекул озона и метастабилен, а также закономерности их взаимодействия, гибели и рождения;
разработана методика моделирования процессов в озонсодержащей плазме с помощью экспериментальных и численных методов, включающих в себя решение прямой, основной и обратной задач кинетики.

Достоверность результатов обеспечивалось анализом величин ошибок экспериментальных методик, согласием экспериментальных результатов независимых методик, совместным применением теоретических, численных и экспериментальных исследовании, высокоточной аппаратурой, тщательно отработанной методикой и широкой апробацией работы на многочисленных конференциях.

На защиту выносятся:

1. материал комплексного анализа химически активной плазмы смесей Ar+Ог, Ar+Ог+Оз п сильно неравновесных условиях при Ері=1-г20 торр, токах разряда 1=1+25 мЛ, гтс;почаюший в себя зондовые измерения E/N, измерения газовой температуры Т_г, спектральные исследования концентраций атомов и ыетастабильных молекул

0₂(b'Sg) кислорода на установке на базе монохроматора МДР-23 в

видимой области спектра, численное решение кинетического уравнения Больцмана

Щ- + #grad_rF + f-grad_vF = 6S, ⁽¹⁾

(Л (Л 1

где SS - интеграл столкновений, методом итераций с учетом упругих и неупругих ударов первого и второго рода, с учетом процессов гибели и рождения в виде

F(_e)«\f(e)-^.f(e)-C.e-*^e\ ⁽²⁾

при условии <р(0)=0.

(3)

где А(е), В(б), Н(в) и G(e) имеет следующий вид:

J_e³%du+^jicfc
.0 є

і " 0

H(e) = _fLy; | uQijdi^-zy^u-Ui^Jdn.

«у і \

^(C) ^S ffe I^^i VS - uQaWlOjdu

- u«;

Также решалась прямая задача кинетики с помощью системы дифференциальных уравнении

йЩ М/ .. .v. ІІ v!,- . N v« > (4)

j=l . i=l i=l

где v|j, vjj - стехиомстрические коэффициенты і-тоіо вещества, уча-сгауіощего в j-той реакции, kij, кц - константы скоростей прямой и обратной реакции, ш - концентрации частиц: электронов, СГ, О, 0⁺, ОI,

О:, О*, Оз. Oj(a'Ag), О_г{Ъ*Ц), O('D), Аг, Аг\ Аг*;

2. банк экспериментальных данных и результатов расчетов по
концентрациям частиц: электронов, О", О, 0⁺, O'j, Oj, 0^, Оз,
OiCa'Ag), o₂(b'Eg), O('D), Ar, Ax\ Ar*, по физическим параметрам E/N,

, по функциям распределения электронов по энергиям, по константам скоростей реакций под действием электронного удара;

3. механизмы влияния процессов ионизации и диссоциативного
прилішания ни физические параметры плазмы (E/N, F(s), <є>) и иа
кинетику образования активных частиц в смесях газов с раздичиыми

пороговыми энергиями ионизации (с; ^=15,76 эВ, ^Gi,O₂=]2,077 эВ,

Єі,0₃=12,52зВ);

4. механизмы образования и разрушения озона с конкуренцией процессов образования в реакциях ассоциативного- отрыва 02(a^lAg)+O""->O3 + e О2+О-Ю3 + Є и разрушения в реакциях

Ог(Ь'Ер+Оэ-*20₂ + 0

O('D) + Oj -»Products.

Практическая ценності» работы. Полученные результаты могут использоваться при разработке* автоматизации, оптимизации и моделировании процессов, происходящих в плазме, а также при построении механизмов и моделей физико-химических процессов в неравновесной низкотемпературной плазме смесей аргона, кислорода, озона. Так же полученные результаты могут использоваться для моделирования процессов озонообразования в ионосфере Земли.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертации докладывались на II Международном симпозиуме по теоретической и прикладной нлазмохимии "ISrAPC-95" (Иваново, 1995), XXXIV Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 1S96), VIII Конференции по физике газового разряда "ФГР-8" (Рязань, 1996), I Региональной межвузовской конференции "Актуальные проблемы химии, химической технологии химического образования" (Иваново, 1996), Итоговой научной конференции Ивановского государственного университета "Молекулярная физика неравновесных систем" (Иваново, 1997), I Международная конференция "Экология человека и

природы" (Иваново, 1997). По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав,-вывода н списка литературы. Общий объем диссертации 159 страниц, рисунков - 49, таблиц - 12. Библиография включает 153 наименований.