Физические процессы в лазерном источнике ионов алюминия с управляемой энергией для нанесения нанопленок

Abstract

Рассмотрены физические процессы в лазерном источнике ионов алюминия для нанесения нанопленок. Обоснована электрическая схема источника ионов с двумя независимыми друг от друга источниками питания. Ионный источник представляет собой мишень и воздействующее на нее лазерное излучение, подложку и сетку, расположенные между ними. Заряженные частицы (электроны и ионы) из эрозионного лазерного факела движутся на подложку, на которую осаждается нанопленка за счет потока ионов алюминия. Методом контроля электронного и ионного токов экспериментально найдены условия, при которых после сетки на подложку движутся заряженные частицы, преимущественно в виде ионов. Проведены исследования временных характеристик ионных потоков в промежутке сетка – подложка при разных постоянных положительных потенциалах сетки по отношению к подложке и различных плотностях мощности воздействующего лазерного излучения. В наших экспериментах расстояние мишень – сетка составило 6 см, расстояние сетка – подложка равнялось 6 см, прозрачность сетки – 86 %. В качестве материала лазерной мишени использовался алюминий марки А7. Плотность мощности лазерного излучения изменялась в интервале (от 2,54 до 5,41) ⋅ 108 Вт/см2. Показано, что технологическими режимами осаждения нанопленок можно управлять с помощью положительного потенциала на сетке по отношению к подложке, изменяя величину ионного потока на подложку и его длительность. Кроме того, режимами осаждения нанопленок можно управлять, изменяя плотность мощности воздействующего лазерного излучения и сопротивление утечки зарядов с подложки. = The physical processes in a laser source of aluminum ions for deposition of nanofilms have been considered. The electric scheme of an ion source with two power supplies has been substantiated. Power supplies were independent of each other. The ion source represented a target that was exposed to the effect of laser radiation, the substrate and a grid located between them. From the erosive a laser plume, the charged particles (electrons and ions) moved to the substrate. Aluminum nanofilm was formed on the substrate due to the flux of aluminum ions. The conditions under which the charged particles moving to the substrate after the grid were represented mainly by ions have been found experimentally. The time characteristics of the ion flux within the grid-substrate space have been determined at various constant positive potentials of the grid with respect to the substrate and at several power densities of laser radiation. In our experiments, the target-grid distance was 6 cm, the grid-substrate distance was 6 cm, the grid transparency was 86 %. The laser target was made of aluminum (Al 1070). The power density of laser radiation was varying as (from 2.54 to 5.41) ⋅ 108 W/cm2. It has been shown that the technological regimes of nanofilm deposition may be controlled using a positive potential at the grid relative to the substrate by changes in the ion flux to the substrate and in its duration. Besides, deposition of nanofilms may be controlled by changes in the power density of laser radiation and by resistance of the charge leakage from the substrate.