21.11.2016

«Электронно-лучевое и пучково-плазменное оборудование нового поколения»

Во ФГУП ВЭИ разработана серия ионных и плазменных ускорителей на основе разряда в скрещенных ЕхН полях с выходными параметрами, регулируемыми в широком диапазоне (энергия ионов  0,1-30 кэВ, плотность тока до 100 мА/см2) при фиксированном протоке рабочего газа и давлении в технологической камере не выше 0.01 Па, что обеспечивает стабильность и высокую чистоту вакуумных условий в окрестности обрабатываемой детали. Формирование потока происходит в сильно неоднородном магнитном поле постоянных магнитов. Ускорители позволяют формировать ионные потоки различной конфигурации: планарный, кольцевой, радиально сходящийся, радиально расходящийся и обрабатывать поверхности произвольной кривизны. Ускорители предназначены для реализации многоступенчатых ионно-плазменных технологий, которые включают  очистку, травление, нанесение тонкопленочных покрытий,  ионное легирование и имплантацию без развакуумирования и переноса изделия из одной камеры в другую. Другое направление использования такого типа ускорителей – электрореактивные двигатели космического базирования, включающие двигатели малой мощности для коррекции орбиты спутников и мощные маршевые системы. Созданы сверхвысоковакуумные стенды для исследования формирования ионно-плазменных потоков и их взаимодействия с поверхностью, а также для отладки современных технологий.

С использованием ускорителя, формирующего кольцевой поток, создана установка и разработана технология нанесения на поверхность фаски сильноточных тиристоров и диодов защитного изоляционного, алмазоподобного (DLC) покрытия. Полученные в режиме термоциклирования электроизоляционные  характеристики покрытия на п орядок превышают, те, которые получаются при использовании «лаковой» технологии. Работа выполнена  для ЗАО «Протон-Электротекс»  (г. Орел).

Ускоритель, формирующий радиально сходящийся пучок, позволил провести модификацию поверхности полимерного высоковольтного изолятора. Сформированное покрытие на несколько порядков увеличило гидрофобность и пылефобность изделия, что существенно расширило области его использования и увеличило ресурс. Аналогичный эффект получен для оптических стекол и инфракрасной оптики из германия, на которые наносилось DLC покрытие с помощью ионно-плазменного ускорителя планарного типа.

Планарный ускоритель позволил сформировать ленточный поток плазмы с регулируемыми энергией и плотностью тока ионов. На основе этого ускорителя разработана технология создания однородных DLC покрытий с высокой адгезией на поверхности плоских деталей большой площади, изготовленных из Si, SiO2, Ge, Mo, W...

Ускоритель, формирующий радиально расходящийся ионно-плазменный  поток, позволил модифицировать внутреннюю поверхность протяженных цилиндрических деталей. Например, в результате имплантации ионов Мо значительно улучшены трибологические и механические свойства поверхности пар трения в двигателе внутреннего сгорания.

Другим видом регулируемых ионно-плазменных ускорителей, разрабатываемых в ВЭИ, являются ускорители на основе СВЧ-разряда в режиме ЭЦР в сильно неоднородном магнитном поле, которые позволяют формировать широко апертурные потоки плазмы с энергией ионов от 1,0 эВ до 1,0кэВ. Использование этого ускорителя перспективно в плазменно-иммерсионных технологиях имплантации полупроводниковых материалов. Другим важным применением СВЧ-разряда в режиме ЭЦР является создание ускорителей ионов тяжелых элементов с большим зарядом, которые применяются в экспериментальной физике.

Разработанные ионно-плазменные ускорители могут успешно использоваться не только для создания новых технологий модификации поверхности твердого тела, но также в качестве мощных инжекторов ионов различных элементов для высоковольтных ионных ускорителей. Особый интерес представляет ускорение ионов дейтерия для создания нейтронных генераторов.

Во ФГУП ВЭИ разработаны и изготовлены различные вакуумные напылительные устройства на основе: электронно-лучевого испарения, стационарных дуговых и магнетронных разрядов, а также высокочастотных и СВЧ-разрядов. Некоторые из них уникальны и могут расширить ряд электрофизической аппаратуры, применяемой в ионно-плазменных технологиях. Магнетрон со сменными нагреваемыми самим разрядом катодами позволил наносить многослойные покрытия различных элементов с высокой адгезией, которые применяются для упрочнения поверхности, в приборостроении, а так же в микроэлектронике. Например, получены толстые ~1мм покрытия вольфрама или молибдена на поверхность деталей из алюминия, титана или их комбинации. При помощи этой методики получены многослойные покрытия алюминий – молибден – титан – медь с низким переходным электрическим сопротивлением, которые применяются в микроэлектронике для создания высоковольтных микросхем, например на заводах «Протон-Электротекс» г. Орел, «Кремний» г. Брянск, «Ангстрем» г.

Большое внимание уделено разработке уникальных катодно – подогревательных узлов, в том числе и для много лучевых приборов и экспериментальных установок.