Способ определения параметров частиц десорбирующих с электропроводящей поверхности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 6 01 й 5/04 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н 1 2(21) 4936034/25 ных частиц, интегрального импульса и тем- (22) 12,05.91 пературы поверхности образца от его по- (46) 07.06,93. Бюл. йв 21 тенциала относительно потенциала потока (71) ИнституттехническоймеханикиАНУССР разреженной плазмы при наличии и отсут- (72) В.А,Шувалов и В.З.Корн ствии слоя адсорбированного вещества на (56) Экспериментальные методы в адсорб- поверхности образца, определяют значения ции и молекулярной хроматографии. Под интенсивности потока частиц, десорбирующих ред. А,В.Киселева и В.П.Древинга, М.: иэд. с поверхности, силу давления этих частиц наМГУ, 1973, с.108, поверхность образца и температуру поверхно- (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТ- сти при значении пбтенциала, соответствую- РОВ. ЧАСТИЦ,ДЕСОРБИРУ 1 ОЩИХ С ЭЛЕК-, щего максимуму десорбции, определяют силу ТРОПРОВОДЯЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИдавления десорбирующих частиц на поверх- (87) Использование: определение парамет- ность образца в области высоких отрицательровчастиц,десорбирующихсэлектропроводя- ных потенциалой и вычисляют концентрацию, щей поверхности. Сущность. синхронно среднюю скорость и среднюю молекулярную регистрируют зависимости потока заряжен- массу десорбирующих частиц. 4 ил,Од О Изобретение касается технической физики, физической и молекулярной газовой динамики, химической физики, плаэмохимии и может быть использовано для определения параметров части, десорбирующих с электропроводящей поверхностью.:Цель изобретения - расширение области применения способа определения параметров десорбирующих частиц с злектропроводящей поверхности иа случай бомбардировки образца (поверхности твердого тела) частицами набегающего газового потока, увеличение числа определяемых параметров десорбирующих частиц и повышение. точности получаемых результатов.На фиг.1 показано положение образца в ходе эксперимента; на фиг.2 - эксперимен-: талью реГистрируемые характеристики; на фиг.3 и 4 - схемы обработки соответственно ВАХ и силовой характеристики,Образец 1 (см. фиг,1) выполнен в виде плоской пластины или диска, к которому присоединены термопара 2 и элементы токоподвода (держатель микровесов) 3 в единой системе с регулирующим прибором микровесов 4. Боковая и тыльная поверхность образца 1 защищена от окружающей среды - частично диссоциированного ионизованного газа 5 - экраном 6.На фиг.2-4 принята единая нумерация . позиций, где кривая 1 - Зависимость потока, заряженных частиц на рабочую поверх. ность образца от его потенциала в случае Отсутствия на поверхности адсорбирован- . ных веществ; кривая 2 - аналогичная зависимость при наличии адсорбента на ;поверхности образца; кривая 3 - зависимость суммарного импульса, передаваемого рабочей поверхности образца потоком частиц в случае чистой поверхности; кривая 4 - аналогичная зависимость в случае поверх 1820301ности, покрытой слоем адсорбента; кривая5 - температурная характеристика,Предлагаемый способ определения параметров частиц, десорбирующих с электропроводящей поверхности при бомбардировкенабегающим потоком частично диссоциированного иониэованного газа, реализуют следующим образом,Образец 1, выполненный в виде пло, ской пластины или диска, к экранированнойстороне которого присоединены термопара2 и элементы токоподвода 3, помещают навакуумные микровесы, размещенные в потоке разреженной плазмы.В ходе эксперимента по реализации. предлагаемого способа синхронно регистрируют следующие характеристики (фиг.2):1)= ,.р) - зависимость потока заряженных частиц на поверхность образца отего потенциала тр относительно потенциала потока разреженной плазмы - вольт-амперная характеристика образца;2) Г = Г ( р) - зависимость импульса,передаваемого частицами потока поверхности образца, от потенциала ф - силовая характеристика, регистрируемая микровесами;3) Еи = Ефр ) - зависимость ЗДС термопары от потенциала у - температурная характеристика,Эти характеристики синхронно регистрируют кэк для образца, поверхность которого покрыта слоем адсорбированноговещества, так и для образца с чистой поверхностью.На ВАХ (фиг,З) из-за десорбции частицнаблюдается резкое увеличение ионного тока в переходной области потенциалов-"крючок" (7): Как видно из фиг.З, ионный так в точкеА увеличивается на величину л, соответствующую интенсивности десорбировавших. частиц, Выражая с через концентрацию исреднюю скорость частиц (вторичныхионов), получимпд Яди=Ае4На силовой характеристике, как видно из фиг,4, десорбция частиц с поверхности, стимулированная набегающим . потоком, вызывает в определенном диапазоне потенциалов увеличение значения суммарного импульса, переносимого на поверхность образца. При детальном рассмотрении процесса можно получить следующие зависимости для интегральной силы, действующей на поверхность образца Гл Г +Г +Г +Г +Г быстр (2) ,Г Гос,+ Ге;+ Гп+ Ге+ Гп + Гд (3)5 где Г; ,- сила воздействия потока наповерхность с потенциалом р, свободнуюот адсорбента;Г д, - сила воздействия потока на поверхность с потенциалом, покрытую слоем 10 адсорбированного вещества;Го-, сила воздействия на поверхностьс потенциалом р положительных ионов набегающего потока разреженной плазмы;Гет; сила воздействия на поверхность спотенциалом электронов набегающего потока;Го, Гв, Го Р - силы воздействиЯ набыстрповерхность соответственно нейтральныхчастиц, метастабильных частиц и быстрых 20 нейтралов;Гд - сила воздействия на поверхностьдесорбирующих частиц,Гл определяется кэк разность25 Г Г едс Г чист (4)счто позволяет определять Г по силовой характеристике (фиг.4),При этом для образца, выполненного в30 виде плоской пластины или диска, характер-.ный размер которого В Яд, гдето - дебаевский радиус в невозмущенной плазме,влиянием электростатических сил можнопренебречь (их вклад в общий баланс сил35 пренебрежимо мая) (8).Наличие Гл на силовой характеристикеявляется результатом действия на поверх, ность десорбирующих частиц и медленныхионов, возникших при иониэации десорби 40 роаанных частиц набегающим потоком.В области высоких отрицательных потенциалов на.силовой характеристике (фиг.З)Гл - Гд - Г" определяется только десорбированнымй нейтральными частицами (вто 45 ричные медленные ионы здесь отсутствуют,. об этом свидетельствует ионный ток ВАХ)Гу = Г,ь = и ь К тв (5)А250В области "крючка" на поверхность воздействуют уже и ионизованные десорбированные частицы в виде медленных вторичных ионов (о чем свидетельствует рост ионного 55 тока на ВАХ и сдвиг "плавающего" потенциала а область более положительных значений)Гл 2 - Гло+ Гя -- Кт (ло +па), (6)А(9) Чд = 4,88 10 см/с,Мд = 36 а,е,м. 30 8 КТ ы 4 где А - площадь поверхности образца;К. - постоянная Больцмана;Т - температура поверхности образца; пдву - концентрация десорбирующих нейтральных частиц;пж - концентрация медленных вторичных ионов.При этом предполагается, что для частиц, десорбированных с поверхности, имеет место максвелловское распределение с температурой, равной температуре поверхности (9, 10).Иэ соотношений (5), (6) при известных 7 и А Из соотношений (1) и (8) определяетсясредняя скорость десорбирующих частиц При максвелловском распределении Чд: ЛКТ (10)Ж%откуда определяется средняя молекулярнаямасса десорбирующих частиц После подстановки в формулы (7), (8), (9), (11) измеренных и определенных по ВАХ, силовой и температурной характеристикам значений 1 д, Гд 1, Рд 2, Т и зная площадь поверхности образца А, вычисляют параметры частиц, десорбирующих с поверхности, а именно концентрацию, среднюю скорость и среднюю молекулярную массу. П р и м е р. Для определения параметров десорбирующих частиц образец был изготовлен в виде круглого алюминиевого диска диаметром 38 мм, к изолированной от контакта с плазмой стороне которого присоединялись хромелькопелевэя термопара и элементы токоподвода.Образец был помещен на вакуумные микровесы в поток частично диссоциированного иониэованного азота при давлении в вакуумной камере 10 мм рт,ст, и концентрации ионов набегающего потока 5 10 см з. Информация о давлении в рабочей камере и параметрах набегающего потока не имеет принципиального значения для реализации заявляемого способа - эти данные для определения параметров десорбирующих час-, тиц нигде не используются и приведены лишь для иллюстрации конкретного примера,На снятых экспериментальным путем зависимостях 1= (р), Е.=Цр), Е = Е(р) (см. фиг,2-4) бйли выбрайы точки 1 и И при фиксированных потенциалах поверхности: р - -125 В, у)п = -10 В. Экспериментальные параметры, определенные из зависимостей Рд 1 = 8 10 дин, Гд 2" 1,4 1 О дин, 1 д = = 4,25 10 з А, Те = 400 К.После вычислений по формулам (7), (8), (9), (11) получаем значения концентраций, средней скорости и средней молекулярной массы частиц, десорбирующих с поверхности: Полученные результаты не вступают впротиворечие с известными физико-химическими моделями процесса десорбции, Значение МЫ позволяет предполагать наличие 35 на поверхности таких адсорбированных соединений, как СО, С 02, Н 20, что согласуетсясданными масс-спектрометрии фоновой остаточной среды в вакуумных камерах.Таким образом, использование предпо лагаемого способа определения параметров частиц, десорбирующих с поверхностиэлектропроводящих материалов, позволяетувеличить число определяемых парэметров: определить концентрацию десор бирующих частиц, их среднюю скорость исреднюю молекулярную массу;расширить диапазон применения способа как для статических условий, тэк и дляпотоков разреженной плазмы при произ-, 50 вольной скорости потока;определять параметры потока заряженных частиц, соответствующие непосредственно моменту измерений, по ВАХ сиспользованием традиционных методов зон довой диагностики;контролировать этапы протеканияпроцесса: начало протекание и завершение десорбции непосредственно в ходе из- .мерений.формул а из о бр ете ни яСпособ определения параметров частиц, десорбирующих с электропроводящей поверхности образца твердого тела, в набегающем потоке частично диссоциированно го ионизированного газа, включающий измерение суммарного импульса, передаваемого частицами поверхности образца, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что; с целью повышения точности и расширения области 10 применения за счет увеличения числа определяемых параметров десорбирующих частиц, синхронно регистрируют .зависимости потока заряженных частиц, интегрального импульса и температуры поверхности об разца от его потенциала относительно потенциала потока разреженной плазмы при наличии и отсутствии слоя адсорбированного вещества на поверхности образца, определяют значения интенсивности потока.20частиц, десорбирующих с поверхности, силу давления этих частиц на поверхность образца и температуру поверхности йри значении потенциала, соответствующего максимуму десорбции; определяют, силу давления де . сорбирующих частиц на поверхность образца в области высоких отрицательных потенциалов и вычисляют концентрацию, среднюю скорость и среднюю мол,м. десорбирующих частиц по формулам ЗО 2 Ъ пбп А.где па - концентрация десорбирующих нейтральных частиц;и я - концентрация медленных вторичных ионов (ионизованных десорбировэнных частиц),Ги - сила давления частиц на поверхность в области высоких отрицательных потенциалов;Ра - сила давления частиц на поверхность в области максимума десорбции;А - площадь поверхности образца, К - постоянная Больцмана;Т - температура поверхности образца,41 д Аеп,где Ча - средняя скорость десорбирующихчастиц;1 д - поток десорбировэнных ионов наповерхность образца;е - заряд электрона;Мд =8 КТвгде Мд - средняя мол,м. десорбирующихчастиц.1820301Составитель, В. ШуваловРедактор Л, Волкова Техред М,Моргентал Корректор М. Тка Заказ 2027 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский омбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10