Введение
1. Моделирование тепловой эрозии под действием мощных импульсных пучков заряженных частиц 17
1.1. Некоторые понятия и определения 17
1.2. Механизмы тепловой эрозии 18
1.3. Основные принципы математического описания тепловой эрозии под действием мощных потоков излучения 23
1.4. Типы кинетики испарения в широком диапазоне мощности излучения 27
1.5. Математическая модель тепловой эрозии под действием пучков заряженных частиц умеренной интенсивности. 33
1.5.1. Постановка задачи о тепловой эрозии под действием импульсных пучков заряженных частиц умеренной интенсивности 33
1.5.2. Скорость фронта испарения 37
1.5.3. Уравнение баланса энергии на облучаемой поверхности 44
1.5.4. Об учете зависимостей теплофизических характеристик облучаемых веществ от температуры 46
1.5.5. Математическая формулировка двухфазной модели испарения 48
1.5.6. Проверка корректности модели 50
1.5.7. Ограничения двухфазной модели испарения 51
1.6. Моделирование эрозионных процессов при облучении твердого тела высокоинтенсивными пучками заряженных частиц 54
1.6.1. Метод решения уравнений сплошной среды 55
1.6.2. Уравнения состояния вещества 61
2. Эрозия поверхности металлов при воздействии мощных субмикросекундных ионных пучков 65
2.1. Параметры мощных ионных пучков 65
2.2. Структура потока атомов с поверхности при эрозии под действием мощного ионного пучка 67
2.3. Распылительная составляющая эрозионного потока 68
2.4. Испарительная составляющая эрозионного потока 73
2.4.1. Особенности моделирования тепловой эрозии твердого тела под действием субмикросекундных ионных пучков 73
2.4.2. Функция энерговыделения 74
2.4.3. Эволюция нагрева и испарения 80
2.4.4. Влияние испаряющихся атомов на взаимодействие субмикросекундного пучка ионов с поверхностью 86
2.4.5. Зависимость кинетики тепловой эрозии металлических мишеней и количества переходящего в парвещества от параметров пучков 88
2.4.6. Коэффициенты тепловой эрозии поверхности твердого тела в зависимости от параметров пучков 92
2.4.7. Влияние теплофизических свойств вещества мишени на интенсивность тепловой эрозии 99
2.4.8. Коэффициенты тепловой эрозии при облучении многослойных образцов 102
2.5. Распылительная и испарительная составляющие эрозионного потока: зависимость от параметров пучков 107
2.6. Баланс энергии в процессах эрозии поверхности и эффективность использования энергии пучка в зависимости от параметров облучения 109
2.7 Классификация режимов эрозии при использовании субмикросекундных ионных пучков 116
3. Эрозия поверхности металлов под действием мощных импульсных электронных пучков 120
3.1. Параметры мощных импульсных электронных пучков 120
3.2. Функция энерговыделения и модель эрозии поверхности при импульсном электронном облучении 123
3.3. Особенности нагрева и испарения металлов под действием мощных импульсных электронных пучков 127
3.4. Интенсивность эрозии в зависимости от параметров пучков 134
3.5. Анализ энергоэффективности эрозионных процессов 139
3.6. Мощные импульсные электронные и ионные пучки: сравнение закономерностей эрозии 144
4. Эрозия поверхности под действием остросфокусированных пучков заряженных частиц 149
4.1. Параметры источников остросфокусированных сканирую щих пучков заряженных частиц 151
4.2. Математическая модель тепловых и эрозионных процессов под действием остросфокусированных сканирующих пучков заряженных частиц 153
4.2.1. Постановка задачи для расчета пространственно-временного поля температур и скорости фронта испарения 154
4.2.2. Оценка потерь энергии пучка в парах облучаемого вещества 157
4.2.3. Величина плотности энергии пучка, приходящейся на любой элемент поверхности 159
4.2.4. Расчет коэффициента тепловой эрозии 159
4.3. Особенности тепловой эрозии под действием остросфокусированных сканирующих электронных пучков 160
4.3.1. Пространственно-временные поля температур и кинетика испарения поверхности 161
4.3.2. Коэффициенты эрозии 165
4.3.3. Баланс энергии электронного пучка при обработке поверхности и эффективность ее использования на испарение 171
4.3.4 Влияние энергии электронов на эффективность удаления вещества с поверхности 176
4.3.5. Об удалении вещества с поверхности при использовании остросфокусированных ионных пучков 179
4.3.6. Сравнение эрозии при облучении поверхности остросфокусированными сканирующими и субмикросекундными неподвижными пучками 180
4.4. Производительность обработки поверхности пучками заряженных частиц 183
5. Применение тепловой эрозии, создаваемой мощными импульсными пучками заряженных частиц, в технологиях модифицирования поверхности материалов 186
5.1. Осаждение модифицирующих покрытий 187
5.1.1. Особенности осаждения покрытий с использованием мощных импульсных пучков заряженных частиц 188
5.1.2. Методика расчета темпа осаждения 192
5.1.3. Зависимости темпа осаждения покрытий от параметров субмикросекундных ионных пучков 200
5.1.4. О технологических возможностях импульсных электронных пучков и остросфокусированных сканирующих пучков заряженных частиц в технологиях осаждения покрытий 210
5.2. Использование тепловой эрозии в микрорельефной обработке поверхностей 214
5.2.1. Формирование микрорельефа на облучаемой поверхности 216
5.2.2. Полировка поверхности 221
6. Эрозия поверхности жидкофазной мишени магнетрона 228
6.1. Механизмы эмиссии атомов с поверхности жидкофазной мишени 229
6.1.1. Воздействие плазмы МРС на мишень 230
6.1.2. Расчет распылительного компонента эрозионного потока 232
6.1.3. Модель для расчета скорости испарения 233
6.2. Баланс энергии в системе «мишень в тигле» и расчет температуры поверхности мишени магнетрона 235
6.2.1. Мощность источников энергии 236
6.2.2. Мощность стоков энергии 241
6.2.3. Уравнение баланса энергии в системе «мишень в тигле» 247
6.3. Интенсивность и энергетическая эффективность эрозии в зависимости от параметров магнетронного разряда и свойств вещества мишени 249
6.4. Осаждение пленок с помощью МРС с жидкофазными мишенями: соотношения вкладов распыления и испарения в потоке осаждаемого вещества 258
6.5. Сравнение производительности и энергоэффективности осаждения пленок при использовании магнетронных распылительных систем с жидкофазными мишенями и мощных субмикросекундных ионных пучков 266
Основные результаты и выводы 273
