Введение к работе
Актуальность темы.
В последнее время исследование плазменных источников становится все более актуальной задачей. Это объясняется в первую очередь разнообразным технологическим применением этих устройств. Плазменные источники использую гея для напыления гонких пленок, в производстве микросхем, создании теневых масок для кинескопов, а также находят свое применение во многих других технологических процессах.
Вместе с тем, промышленное применение этих установок сопряжено с определенными сложностями, так как качество работы прибора зависит от значительного количества параметров, для оптимального выбора которых необходимо иметь качественные и количественные, оценки процессов, происходящих в источнике. В тоже время, исследование данного объекта только экспериментальным путем малоэффективно в силу- сложности процессов, происходящих в приборе, и вследствие определенных затруднений в прямом экспериментальном определении величин некоторых характеристик разряда.
С другой стороны, бурное развитие вычислительной техники привело к появлению новой методологии исследований - вычислительному эксперименту, который позволяет по новому подойти к вопросу организации прикладных научных исследований. Современная вычислительная техника позволяет эффективно решать уравнения, описывающие процессы, происходящие в плазмешгых источниках, что делает математическое моделирование этих устройств для качественного и количественного изучения идущих в нем процессов весьма актуальным.
Цель диссертации.
-
Разработка математической модели ионизации разреженного газа ЭЦР волной в ионном источнике с продольным магнитным полем.
-
Построение численных алгоритмов для решения нелинейных задач ионизации разреженного газа ЭЦР волной в ионном источнике с продольным магнитным полем.
-
Проведение исследования свойств предложенных численных алгоритмов.
-
Численное моделирование ряда эффектов, возникающих при ионизации разреженного газа ЭЦР волной
Научная новизна и практическая ценность.
-
В диссертации предложена двумерная усредненная по пространственной переменной кинетическая модель ионизации разреженного газа ЭЦР волной в плазменном источнике с продольным магнитным полем. Модель включает в себя кинетическое уравнение для функции распределения электронов и задачу для самосогласованного вычисления амбиполярного потенциала. В кинетическом уравнении учтены следующие эффекты: взаимодействие ЭЦР волны с плазмой в квазилинейном приближении, ионизация газа, куяоновские соударения, потеря энергии и угловое рассеяние электронов в результате неупругих соударений и угловое рассеяние электронов в результате упругих соударений.
-
Разработан численный алгоритм; с использованием адаптивных сеток для решения кинетического уравнения в данной постановке, который обеспечивает высокую точность на грубых сетках. Алгоритм использует современную технологию разреженных матриц, позволяющий существенно сократить вычислительные затраты.
-
Разработан эффективный программный комплекс, прошедший всестороннее тестирование в широком диапазоне численных и физических параметров.
4. Проведены расчеты дли реальной установки, результаты которых совпадают с экспериментальными данными. Исследованы характерные зависимости параметров разряда от внешних условий. Данные исследования позволяют количественно предсказывать поведение системы в зависимости от внешних параметров.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на: IV Международном семинаре по сильному электромагнитному излучению в плазме (Нижний Новгород 1999); научном семинаре кафедры автоматизации научных исследований под руководством зав. кафедры чл-корр. РАН Костомарова Д.П. (факультет ВМиК МГУ 1999); семинаре лаборатории Plasma Studies Корнельското Университета (США 2000); семинарах программы SSM фирмы Самсунг Электронике (Москва 1995) и (Москва 1996)
По теме диссертации опубликовано б печатных работ.
Структура и объем диссертации.