Физическая электроника

Объект исследования: источник плазмы на основе вакуумного пробоя по поверхности диэлектрика.

Цель работы: создание метода исследования распределения потока плазмы ионов в пространстве.

Методы исследования: исследование общего потока ионов плазмы с использованием сеточного анализатора.

Аппаратура: вакуумный пост, импульсный генератор высокого напряжения, осциллограф, персональный компьютер.

Новизна: метод исследования распределения потока ионов в пространстве малогабаритными детекторами плазмы.

Область применения: исследования источников плазмы.

Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: создание импульсного плазменного двигателя на основе вакуумного пробоя по поверхности диэлектрика.

Объект исследования: Метод получения покрытий, основанный на реактивном термическом испарении водоохлаждаемого анода, который помещен в неоднородное магнитное поле.

Цель работы: исследование условий формирования тонких пленок Gd2O3 методом анодного термического испарения

Методы исследования: оптическая спектроскопия плазмы, рентгенофазовый анализ, измерение толщины покрытия абразивным методом шарового истирания Calotest, теоретический расчет.

Полученные результаты: впервые методом анодного термического испарения были получены однофазные Gd2O3 покрытия толщиной более 0,5 мкм с высокой скоростью (1,6 мкм/ч). Показано, что степень ионизации Gd достигает 80%. Опредлено, что в диапазоне температур от 150 до 600 °С толщина покрытий оказывает доминирующее влияние на фазовый состав покрытий. Синтез однофазных покрытий с кубической структурой происходит при потоках O2 на порядок величины меньше, чем в других высокоскоростных методах таких, как электронно-лучевое испарение.

Новизна: впервые был применен метод реактивного термического испарения водоохлаждаемого анода для получения нанокристаллических покрытий Gd2O3.

Область применения: получение нанокристаллических покрытий в том числе диэлектрических различного функционального назначения.

Объект исследования: TiN и композитные Ti–Si–C–N покрытия, нанесённые на металлические и кварцевые образцы методом анодного испарения в плазме сильноточного дугового разряда (до 50 А).

Цель работы: Получение композитных Ti–Si–C–N покрытий методом реактивного анодного испарения в плазме сильноточного дугового разряда с самонакаливаемым полым катодом. 

Область применения: Ti–Si–C–N покрытия находят своё применение в промышленности, машиностроении в качестве покрытий, защищающие детали конструкций от агрессивных сред, высоких температур (до 900 ºС). 

Методы исследования: метод шарового, метод микроидентирования, рентгенофазовый анализ состояния покрытия (РФА), рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), эмиссионная спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия 

Полученные результаты: Ti–Si–C–N покрытия с твёрдостью 30 – 40 ГПа на металлических образцах с высокой скоростью нанесения до 10 мкм/ч при температуре подложки 400 ºС.

Новизна: синтезирование в плазме дугового разряда композитного твёрдого Ti–Si–C–N покрытия методом реактивного анодного испарения в плазме сильноточного дугового разряда с самонакаливаемым полым катодом с высокими скоростями нанесения. 

Работа относится к области физической электроники, связанной с вакуумно–плазменными технологии модификации материалов. 

Объект разработки: люминесцентный фазовый анализ. 

Цель работы: определение качественного и количественного фазового состава Nd3+:Y2O3, Al2O3, системы Nd3+:Y2O3-Al2O3 люминесцентным методом.

Методы исследования: импульсная катодолюминесценция (ИКЛ), фотолюминесценция (ФЛ), оптическое пропускание, рентгенофазовый анализ (РФА).

Полученные результаты: 

1. Построена энергетическая структура Nd3+ в моноклинном Y2O3 для качественного фазового анализа люминесцентных спектров.

2. Показана возможность определения количественного фазового состава  Nd3+:Y2O3.

3. Определены реперные линии в спектрах люминесценции Al2O3 и в системе Nd3+:Y2O3-Al2O3 для качественного фазового анализа.

Новизна: впервые построена схема энергетических уровней для Nd3+ в моноклинном Y2O3, впервые построена количественная зависимость между спектральным параметром и содержанием моноклинной фазы Nd3+:Y2O3, найдены реперные линии, отвечающие за наличие фаз в системе Nd3+:Y2O3-Al2O3. 

Актуальность: неразрушающий чувствительный метод контроля примесных фаз в нанопорошках и нанокерамиках кубических Nd3+:Y2O3 и Nd3+:Y3Al5O12.

Область применения: синтез лазерных керамик.

Объект разработки: исследование разлёта лазерного факела, возникающего при испарении мишеней из Nd3+:Y2O3 различной прозрачности импульсами излучения волоконного иттербиевого лазера. 

Цель работы: исследовать при помощи скоростной фотосъёмки разлёт в воздух лазерного факела, возникающего при испарении Nd:Y2O3 излучением волоконного иттербиевого лазера.

Методы исследования: скоростная фотосъёмка с помощью установки ВФУ-1, исследование глубины кратеров с помощью оптического, микроскопа, исследование задержки появления лазерного факела на основе полученных осциллограмм.

Новизна: впервые получены прямые доказательства того, что при испарении мишеней 1%Nd:Y2O3 различной прозрачности излучением волоконного лазера удаление материала из мишени путём испарения длится лишь первые 150 мкс, после чего вещество начинает удаляться в виде капель, доля которых всё время растёт. 

Полученные результаты: при помощи стенда для скоростной съёмки лазерного факела получены кинограммы и интегральные фотографии его разлёта, исследована динамика лазерного факела, подтверждён ряд основных положений теоретической модели взаимодействия излучения волоконного лазера с оксидной мишенью 1%Nd:Y2O3. 

Область применения: исследование лазерного факела позволяет сделать выводы о применении импульсно-периодического режима для синтеза нанопорошков 1%Nd:Y2O3, которые в дальнейшем идут на изготавление высокопрозрачных лазерных керамик.

Объектом исследования являются подвергнутые ионному облучению пленочные и керамические полупроводники TiO2 и ZnO.

Цель работы заключалась в исследовании валентных состояний внедренных ионов металлов и изучение электронной структуры допированных соединений ZnO и TiO2 методами рентгеновской спектроскопии.

Методом импульсной ионной имплантации допированы эталонные матрицы TiO2 и ZnO ионами Fe, Ni, Ti, Cu, Cr (моноимпульсный режим) и Mn-Co (импульсная ко-имплантация), проведена их комплексная аттестация прямыми методами рентгеновской спектроскопии. Анализ результатов позволили определить формальные зарядовые состояния имплантированных металлов и особенности электронной структуры синтезированных прототипов функциональных материалов. Исходя из сопоставлений с существующими технологическими приемами и методами создания функциональных материалов, предложен упрощенный и более эффективный подход для получения металлических «скрытых» слоев (англоязычный термин «metal-like buried layers») в объемах полупроводниковых и диэлектрических эталонных матриц. Впервые методом ионной имплантации сформированы нетипичные для определенных типов химических элементов структурными единицы.

Предполагаемое использование результатов: оптимизация условий технологических процессов ионной обработки и модификации кристаллической структуры и свойств материалов на основе оксидов TiO2 и ZnO.

В работе содержатся сведения по определению удельной электропроводности образцов малого размера бесконтактным методом. Приведены данные об измерительном стенде, который был создан для данного вида анализа материалов.

Цель работы: разработка метода и создание измерительного стенда для определения удельной электропроводности объемных образцов малого размера.

Методы исследования: бесконтактное определение удельной электропроводности образцов заданного размера и формы.

Полученные результаты: удельное сопротивление, магнитная проницаемость, удельная электропроводимость образцов.

Новизна: изобретен и создан измерительный стенд, способный измерить удельную электропроводимость объемных образцов малого размера. На стенде были произведены измерения удельной электропроводности образцов и подтверждена возможность использования данного метода для последующего анализа образцов.

Область применения: анализ материалов.

Объект исследования: усиление тока электронного пучка при предварительной активации катода импульсом напряжения.

Цель работы: определение степени усиления тока электронного пучка, зависимости тока от параметров и характеристик предымпульса.

Методы исследования: определение эффективности взрывоэмиссионного катода путем сравнения рассчитанного падающего импульса тока и фактического, полученного коллекторным датчиком тока.

Полученные результаты: показана возможность усиления тока, проведено изучение зависимостей тока от формы и длительности предымпульса, времени задержки.

Новизна: увеличение эффективности, КПД взрывоэмиссионного катода. Определение диапазона времен задержки, обеспечивающего максимальное усиление тока электронного пучка.

Область применения: электронные ускорители, генерация СВЧ.

Объект исследования: фольги из закаленного сплава Fe 8,16 ат. % Mn.

Цель работы: сравнение влияния ионно-лучевой обработки ионами Ar+ и Xe+ с различными энергиями, значениями плотности ионного тока, температуры и дозами на изменение структуры образцов сплава системы Fe-Mn, а именно на склонный к расслоению атомов сплав железа с 8,16% марганца закаленный.

Методы исследования: Мессбауэровская спектроскопия.

Полученные результаты: Была проведена ионно-лучевая обработка фольг метастабильного закаленного сплава Fe-8,16 ат. % Mnускоренными ионамиAr+ и Xe+ в трех режимах: при 250 °С без выдержки, 350 °С с выдержкой 20 с и 420 °С с выдержкой 10 мин. Кроме того были проведены мессбауэровские исследования на автоматическом ЯГР спектрометре СМ-2201 в режиме постоянного ускорения. В первые 10 с ионно-лучевой обработки обоими типами ионов при температуре 250 °С, отсутствуют процессы перераспределения атомов замещения по объему сплава. При температуре 350 °С в ходе облучения ионами Ar+ и Xe+ после выдержки в течение 20 с наблюдается формирование ближнего атомного порядка типа ближнего расслоения. Увеличивая флюенс, параметр α снижается. При более интенсивном воздействии ионами Xe+ и нагреве фольги Fe-Mn до температуры 420 °С наблюдается большое количество γ-фазы.

Новизна: малое время обработки, меньшие энергетические и экономические затраты

Область применения: радиационный отжиг, как замена традиционного печного

Объект исследования: промышленные конструкционные графиты марок МГ, МПГ-7, ГМЗ, ГЭ, GS-1800.

Цель работы: исследование автоэмиссионных свойств графитовых катодов в техническом вакууме.

Методы исследования и аппаратура: получение вольт-амперных и долговременных характеристик с использованием вакуумного поста ВУП-4М.

Полученные результаты: в условиях технического вакуума получен ток автоэмиссии до 2,5 мА; катоды способны работать при повышенном давлении газа в течение десятков минут; для графитовых автоэмиттеров обнаружен режим самовосстановления.

Новизна: для массивных катодов достигнут миллиамперный диапазон эмиссионных токов с площади 12 мм2 при уровне вакуума не ниже 2·10-4 Па; обнаружен эффект улучшения и восстановления эмиссионных свойств углеродных катодов под воздействием ионной бомбардировки.

Рекомендации: наилучшие автоэмиссионые свойства демонстрирует графит ГМЗ, оптимальное давление в камере установки составляет 2·10-4 Па.

Область применения: автоэмиссионные катоды для рентгеновских трубок и других электровакуумных приборов.

Объект разработки: алгоритм для численного моделирования движения электронов в разрядном промежутке высокого давления на начальной стадии формирования субнаносекундного разряда.

Цель работы: создание алгоритма, достоверно моделирующего взаимодействие электронов с частицами газовой среды и процесс перехода электронов в режим убегания.

Методы исследования: алгоритм написан на языке С++; исследование работы написанного алгоритма производилось путем сравнения вычисляемых им кинетических коэффициентов с известными экспериментальными значениями.

Аппаратура: персональный компьютер, интегрированная среда разработки Microsoft Visual Studio.

Полученные результаты: создан алгоритм, моделирующий поведение электронов на начальном этапе формирования импульсных разрядов; алгоритм успешно применен в исследованиях убегающих электронов, проводимых в Институте электрофизики УрО РАН.

Новизна: получена зависимость частоты убегания электронов от напряженности электрического поля в широком диапазоне напряженностей; оценено влияние микрогеометрии катода на кинетику электронов; проведено моделирование процесса развития электронной лавины, образованной первичным электроном, вылетевшим с вершины микроострия на катоде.

Область применения: фундаментальные теоретические исследования явления убегания электронов в импульсных газовых разрядах.