В исследованиях лазерного эрозионного факела при абляции различных материалов (металлов, полупроводников, ионных кристаллов, керамики) широко применяются зондовые методы исследования. Для лазерной абляции металлов характерна близость порога испарения мишени и порога плазмообразования, поэтому при импульсном лазерном осаждении эрозионный факел металлов существенно ионизован. Зондовые методы с успехом применяются в нестационарной, неравновесной и неоднородной плазме. Важным достоинством зондовых методов по сравнению с другими экспериментальными методами является возможность измерения локальных параметров плазмы. Наиболее важными параметрами плазмы являются концентрация и температура заряженных частиц. Информацию об этих параметрах можно получить из анализа как электронной, так и ионной зондовой характеристики. Из анализа ионной части зондовой характеристики по времяпролетном зондовым кривым можно определить распределение скорости и мгновенную концентрацию ионов в локальной области плазмы, а из анализа электронной части зондовой характеристики можно определить функцию распределения электронов.
ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПОНЕНТ ЛАЗЕРНОЙ ПЛАЗМЫ ПРИ АБЛЯЦИИ ТВЕРДЫХ МИШЕНЕЙ МЕТОДОМ ЗОНДА ЛЕНГМЮРА
Зонд Ленгмюра размещается в исследуемой области разлетающейся плазмы и регистрирует заряженные частицы, которые составляют значительную долю частиц факела, и обеспечивает при этом высокую локальность измерений, т.к. поперечные размеры зонда обычно составляют доли миллиметра. Зонд Ленгмюра длиной в несколько мм изготавливается из вольфрамовой проволоки диаметром 0.2 — 0,5 мм, которая помещается в керамическую трубку. Потенциал зонда может изменяться в широких пределах с возможностью смены знака потенциала. Для стабилизации потенциала зонда во время протекания тока источник регулируемого напряжения шунтируется емкостью. Сигнал с нагрузочного резистора подается на АЦП. Отсчет времени прихода зарядов на зонд производится от момента генерации лазерного импульса, регистрируемого фотодиодом, сигнал с которого подается на канал запуска АЦП.
При помощи зонда Лэнгмюра можно определить распределение ионов по скоростям, потенциал насыщения ионного тока, энергетический спектр ионов факела и электронную температуру эрозионного факела.
Получены времяпролетные кривые (ВПК) зондового тока на разных расстояниях зонда до мишени при абляции мишени железа, хрома, марганца, олова, тантала, ниобия, меди излучением первой и второй гармоник твердотельного лазера и излучением эксимерного лазера. В режиме реального времени изучались пространственная и временная зависимости ионного тока на зонд, распределение ионов по скоростям, распределение плотности ионов в факеле, а также динамика этих параметров.
Публикации:
- О.А. Новодворский, В.А. Михалевский, Д.С. Гусев, А.А. Лотин, Л.С. Паршина, О.Д. Храмова, Е.А. Черебыло, Времяпролетные характеристики лазерного факела при абляции мишени MnSi в атмосфере аргона, Письма в ЖТФ, 44(6), 103 (2018).
- Влияние энергетического спектра ионов факела на параметры тонких пленок металлов и полупроводников, Перспективные материалы, Спец. Выпуск, №14, с.255-261, 2013 Л.С. Паршина, А.А. Лотин, Д.А. Зуев, Е.В. Хайдуков, О.Д. Храмова, А.В. Шорохова, О.А. Новодворский, В.Я. Панченко
- Е.В. Хайдуков, О.А. Новодворский, А.А. Лотин, В.В. Рочева, О.Д. Храмова, В.Я. Панченко, Зондовые исследования лазерного эрозионного факела при абляции кремния в вакууме, ЖТФ, 80(4), 59 (2010).