Исследование и оптимизация источников вакуумного ультрафиолетового излучения на основе плазмы инертных газов (02.08.2010)

Автор: Зверева Галина Николаевна

На правах рукописи

Зверева Галина Николаевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ВАКУУМНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПЛАЗМЫ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ

01.04.05 - оптика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург – 2010

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии

«Научно-производственная корпорация «Государственный оптический институт им. С.И.Вавилова»

Научный консультант: доктор физико-математических наук Герасимов Геннадий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук , профессор Ермолаев Валерий Леонидович

доктор физико-математических наук Синянский Анатолий Александрович

доктор физико-математических наук, профессор Тимофеев Николай Александрович

Ведущая организация : Институт сильноточной электроники СО РАН (г.Томск)

Защита состоится «__ »_______ 2010 года в «__» часов на заседании диссертационного совета

Д407.001.01 при ФГУП НПК ГОИ им. С.И.Вавилова по адресу С-Петербург, Биржевая линия-д.12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП НПК ГОИ им. С.И.Вавилова

Автореферат разослан «__»________2010 года

Учёный секретарь диссертационного совета,

к. ф.-м. н. Журенков А.Г.

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Диссертация посвящена исследованию источников света на основе двухатомных эксимерных молекул тяжёлых инертных газов (Ar, Kr, Xe). Данные молекулы образуют устойчивые связи только в возбужденных состояниях, радиационный распад которых приводит к излучению полос лежащих в вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ) диапазоне длин волн. Положение полосы зависит от сорта молекулы: максимумам полос излучения гомоядерных эксимерных молекул (димеров) Ar2* , Kr2 * , Хe2* соответствуют длины волн 126 нм, 146 нм и 172 нм соответственно. В промежутках между полосами димеров лежат полосы излучения гетероядерных эксиплексных молекул ArKr* , KrXe*, ArXe*, образующихся при возбуждении смесей инертных газов. Таким образом, область от 120 до 180 нм полностью перекрывается спектрами эксимеров инертных газов. Данная область лежит на границе коротковолнового спектрального диапазона, допускающего использование оконных технологий вывода излучения. Излучательный кпд источников света на основе димеров инертных газов может достигать 60% [1]. Энергия кванта в 1,5-2 раза превышает энергию кванта излучения ртутных ламп, что позволяет инициировать фотопроцессы с более высокими энергетическими порогами. Излучатели, использующие в качестве активных сред инертные газы, экологически чистые и не требуют утилизации после окончания срока использования.

Эксимерные молекулы эффективно образуются в низкотемпературной плазме при давлениях инертных газов более 100 торр. Для получения плазмы и возбуждения свечения в ней эксимеров используются различные способы: применяют безэлектродные разряды барьерного типа [2], тлеющий разряд [1*] , микроволновый разряд [3], возбуждение пучком электронов [4].

Традиционно в качестве источников УФ-ВУФ излучения используется узкий круг ламп, в основном это ртутные лампы низкого давления (185 нм, 254 нм) и ксеноновые импульсные лампы, обладающие широкополосным спектром (190-600 нм). Недостатками ртутных ламп являются : наличие риска загрязнения окружающей среды парами ртути в процессах производства и эксплуатации, необходимость демеркуризации использованных ламп, узкополосный спектр излучения. Основным недостатком ксеноновых импульсных ламп – короткий срок службы, обусловленный распылением электродов и загрязнением рабочего газа.

Указанных недостатков лишены источники света на основе эксимеров инертных газов. Источники данного типа, использующие для возбуждения излучения барьерные разряды, первыми в России были предложены в ГОИ им С.И.Вавилова [2]. В настоящее время в мире ведутся работы по усовершенствованию данных источников и разработке на их основе новых технологий. Выпуск эксимерных ВУФ ламп начат ведущими мировыми производителями [5]. ВУФ излучение нашло применение в технологиях сухой очистки поверхностей от органических загрязнений [5], в экологии для мониторинга и разрушения загрязняющих веществ (фотоионизация проб в масс-спектрометрах [6]). В стадии разработки находятся технологии использующие ВУФ излучение для разложения органических соединений: осушки и модификации природного газа [7] , фотолиза растворов метанола [8]. Эксперименты указывают на перспективность применения ВУФ ламп в материаловедении: для нанесения кремниевых пленок [9] и напыления материалов с высокими диэлектрическими постоянными [10].

Исследования, связанные с источниками ВУФ излучения на основе плазмы инертных газов, можно отнести к трём направлениям:

- экспериментальные работы, в которых проводится изучение как фундаментальных вопросов, связанных с развитием разряда [2*,3,11-13], так и прикладных проблем, связанных с оптимизацией источников спонтанного излучения [1,14-17] , разработкой источников когерентного излучения [26-28];

- теоретические работы, в которых представлены в основном расчетные исследования [25,32] ;

- исследования, посвящённые разработке технологий основанных на использовании ВУФ излучения [5-8,10,29,33].

В диссертации представлены результаты, относящиеся к последним двум направлениям: численным расчётам параметров плазмы эксимерных источников света ВУФ диапазона с целью оптимизации их излучательных характеристик и исследованию областей их возможного применения.

Цель работы

Целью диссертации было нахождение физических параметров, определяющих излучательные характеристики в ВУФ области спектра источников на основе плазмы тяжёлых инертных газов, а также разработка основ применения ВУФ излучения для воздействия на органические среды.

Работа включала:

- нахождение физических параметров, определяющих интенсивность, эффективность и ВУФ спектр источников спонтанного излучения на основе низкотемпературной (газоразрядной и пучковой) плазмы инертных газов;

- нахождение физических параметров, обеспечивающих условия достижения порога лазерной генерации на переходах димеров инертных газов в газоразрядной плазме;

- нахождение излучательных характеристик плазмы на основе смесей чистых инертных газов и инертных газов с галогенами;

- создания физических основ применения ВУФ излучения эксимеров для воздействия на ароматические органические соединения (диоксиноподобные вещества и биологические молекулы).

Методы исследований


загрузка...