Библиотечный каталог авторефератов Украины

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

САЄНКО Володимир Антонович

УДК 621.387.2; 537.525; 533.9.02

СТАЦІОНАРНІ ЕЛЕКТРИЧНІ РОЗРЯДИ З ОДНОРІДНИМ

ВИПАРОВУВАННЯМ ЕЛЕКТРОДА У ВАКУУМІ

ТА ЇХ ЗАСТОСУВАННЯ В ДЖЕРЕЛАХ ПЛАЗМИ,

ІОНІВ ТА ТЕРМОІОННОМУ НАПИЛЕННІ

Спеціальність 05.27.02 -

вакуумна, плазмова та квантова електроніка

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Науковому Центрі “Інститут Ядерних Досліджень” Національної      Академії Наук України.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор              Білевський  Володимир  Петрович,

Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, професор кафедри

доктор фізико-математичних наук, професор,  Падалка Валентин Глібович,

Державний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, завідувач  кафедрою

доктор фізико-математичних наук, професор,       Чутов Юрій Іванович, Київський університет ім. Т. Шевченка, завідувач кафедрою

Провідна установа

Інститут фізики НАН України, відділ газової електроніки (м. Київ).

Захист відбудеться “21” червня 1999 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д26.002.08 у Національному  технічному університеті України    “Київський політехнічний інститут” за адресою: 252056, Київ - 56, проспект Перемоги 37, корп. 12, ауд 114.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці НТУУ “КПІ”.

Автореферат розісланий “19” травня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої Ради Д26.002.08,

кандидат технічних наук,

професор                                                                        Л.Д.Писаренко

Загальна характеристика роботи

       Актуальність теми.  Дослідження стаціонарних електричних розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, обумовлені, насамперед, необхідністю розвитку вакуумно-плазмової технології обробки поверхні твердого тіла, яка називається “плазмовою технологією високих енергій” і складається з термоіонного напилення, відомого за кордоном як “іонне напилення”, й іонної імплантації. Сюди відносяться розробки плазмових й іонних джерел, плазмових прискорювачів і реакторів з робочою речовиною у твердій фазі (в тому числі для космічних досліджень), розробки вакуумних насосів і плазмових центрифуг, одержання унікальних надпровідних, надтвердих, композиційних, жаростійких, захисних, алмазоподібних й інших плівок та покриттів, вдосконалення механічних, оптичних, магнітних, хімічних властивостей поверхонь, розвиток нерівноважної плазмохімії з високими електронними температурами.

       В більш широкому плані розряди з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, пов’язані з сучасним розвитком, насамперед, фізики газового розряду і плазми, фізики і хімії тонких плівок і покриттів, вакуумної техніки і технології, прискорювачів заряджених частинок і мас-сепараторів, спецелектрометалургії й електроніки.

       Однорідним називається таке випаровування електрода, при якому розмір області випаровування співрозмірний з розміром робочої поверхні електрода. Зараз найбільше поширення здобуло неоднорідне локальне випаровування з катодної плями вакуумно-дугового розряду. Воно надзвичайно просте за здійсненням, але умови утворення і підтримки катодної плями суттєво обмежують вибір робочих речовин і параметри пристроїв на основі вакуумно-дугового розряду. Крім того, в потоці плазми з’являються краплі робочої речовини катода, які роблять неможливою низку виробництв мікроелектроніки, оптики (лазерних дзеркал) та ін. Застосування сепараторів крапель ускладнює технологічні пристрої, веде до суттєвого зменшення коефіцієнта використання робочої речовини, ускладнює і здорожує виробництво, викликає розвиток альтернативних методів однорідного випаровування електрода у вакуумі.

       Наявність електрода, що однорідно випаровується у вакуумі, ускладнює і до того не досить досконалі теорії розрядів, які додатково повинні враховувати:

1. нові граничні умови на електроді, що випаровується і створює середовище, в якому горить розряд;
2. великі градієнти концентрації нейтральних і заряджених частинок у розрядному проміжку, які приводять до зміни умов розвитку електронних лавин іонізації і плазмових нестійкостей;
3. попадання високоенергетичних частинок із розрядного об’єму на електрод, що випаровується, та інші електроди, яке приводить до ускладнення взаємозв’язку об’ємно-розрядних і граничних умов.

       Таких теорій не створено, тому необхідно ставити спеціальні експерименти з вивчення фізичних властивостей розрядів з електродом, що випаровується у вакуумі, їх аналогій і відмін від розрядів у газах, відшукувати умови одержання необхідних технологічних параметрів. Крім того, мало вивченими залишаються процеси взаємодії плазмових потоків і граничних електродів, з якими пов’язані найважливіші застосування розрядів у плазмовій обробці відомих і синтезі нових матеріалів. Ці процеси потрібно використати для налагодження виробництва конкретних товарів, без яких неможливе впровадження розробок у виробництво.

       Мета роботи:

1. дослідження властивостей і технологічних параметрів стаціонарного проходження електричного струму між електродами у вакуумі, якщо один з електродів однорідно випаровується зовнішнім нагрівачем, електронним пучком або самим розрядом, тобто дослідження впливу нових граничних умов на проходження струму в системі “тверде тіло - рідина - приелектродний шар - неоднорідна плазма пари робочої речовини - приелектродний шар - тверде тіло”;
2. розробка на основі досліджених розрядів нових типів джерел плазми й іонів та плазмових прискорювачів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі;
3. розробка методів термоіонного напилення плівок і покриттів та їх застосування у розробці конкретних виробів мікроелектроніки, мікромеханіки, радіоізотопних та напівпровідникових приладів, контактів до високотемпературної надпровідної кераміки, декоративних, зміцнюючих і антифрикційних покриттів на промислові та побутові вироби.

       Наукова новизна  роботи полягає в тому, що вперше:

1. проведене систематичне дослідження широкого класу розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, їх властивостей, параметрів і практичних застосувань, зокрема вивчено тріодний, пучково-плазмовий і пучково-магнетронний розряди; розглянуто тліючі, дугові й електронно-пучкові розряди, які дозволяють розробляти нові методи одержання плазми, конструювати ефективні джерела плазми й іонів, плазмові прискорювачі для обробки поверхні твердого тіла та синтезу матеріалів, для мас-сепараторів, прискорювачів заряджених частинок й інших застосувань, з одного боку, і розширити наші уявлення про властивості електричних розрядів і обмеженої неоднорідної плазми - з другого боку;
2. показано, що дуговий розряд з катодом, що однорідно випаровується у вакуумі, можливий лише при наявності термоемісії електронів з робочої речовини або матеріалу тигля, в який завантажена робоча речовина; розряд з випаровуванням робочої речовини з порожнистого тигля-катода у вакуумі подібний до розряду з витоком газу через трубку чи сопло у вакуум; встановлена залежність основних характеристик розряду від конструкції порожнини тигля-катода; досліджені енергетичні спектри електронів й іонів в розряді та пояснені їх особливості; розроблені напрямлені джерела плазми пари дорогоцінних металів, які мають високий коефіцієнт використання робочої речовини і керовану діаграму напрямленості потоку плазми;
3. досліджені особливості діодного розряду з анодом, що випаровується у вакуумі; запропоновано і досліджено новий (тріодний) тип розряду з електродом, що випаровується у вакуумі; доведено, що використання додаткового третього електрода, який охоплює розрядний проміжок “катод - анод”, суттєво збільшує коефіцієнт іонізації пари матеріалу анода, а режими іонізації залежать від режиму роботи розжареного катода - вимушеного або вільного, незалежно від наявності поздовжнього по відношенню до осі проміжку “катод - анод” магнітного поля; відкритий і пояснений ефект зриву діодного розряду радіальним електричним струмом; встановлені умови існування негативного плаваючого потенціалу в закатодному просторі прискорювачів плазми з електродом, що випаровується електронами з розжареного катода, і розроблені плазмові металізатори діелектриків на їх основі, які також ефективні і для одержання високоадгезійних, декоративних, зносостійких, зміцнюючих та інших газометалевих плівок;
4. здійснено пучково-плазмовий розряд в парі матеріалу колектора електронів чи допоміжного електрода незалежно від їх провідності, хімічної активності, орієнтації по відношенню до електронного пучка в повздовжньому магнітному полі; розроблені методи одержанні плазми парів твердих тіл на основі пучково-плазмового розряду і вивчено мас-зарядовий склад плазми; розроблене універсальне джерело іонів газів і пари з цим розрядом; запропонований і досліджений пучково-магнетронний розряд на газах і парі твердих тіл; доведено, що подавання додатної напруги Vc на циліндр, який охоплює електронний пучок у повздовжньому магнітному полі, приводить до росту іонізації пари твердого тіла в обмеженій області величин Vc , якщо немає термоемісії з матеріалу електрода, що випаровується; при енергіях електронного пучка Е0 ≈ 10 кеВ для ефективної іонізації пари матеріалу колектора електронів необхідне магнітне поле з індукцією В ≥ 0,04 Тл і тиск пари над робочою речовиною Р0 ≥ 1 Па; виявлена і пояснена зонна структура горіння розряду при  зміні В; розроблені оригінальні джерела плазми, що використовують цей тип розряду; досліджений несамостійний дуговий розряд з розжареним катодом в парі робочої речовини, яка випаровується електронним пучком, і на його основі створене оригінальне джерело плазми матеріалів, яким не властива термоелектронна емісія;
5. методами мас-спектрометрії, зворотнього резерфордівського розсіювання іонів, рентгенівського флуоресцентного аналізу і оптики досліджений елементний склад плазми пари твердих тіл і наявність домішок матеріалу електродів розрядного проміжку в плазмі, що генерується; доведено, що в розряді з випаровуванням робочої речовини з порожнистого тигля-катода ці домішки знаходяться на рівні 10-4 ; в розряді в випаровуванням анода домішки складають <  10-2; в розряді з електронним пучком < 10-4.
6. розроблений метод термоіонного напилення плівок і покриттів, який відрізняється від відомих тим, що діелектрик-підкладинку вміщують у потік високо іонізованої плазми пари робочої речовини, оточують його по периферії утримувачем з електропровідного матеріалу і подають на нього високий потенціал такої величини, щоб розпилення іонами робочої речовини перевищувало напилення, потім потенціал утримувача-провідника знижують до сотень вольт і напилюють високоадгезійну плівку.

       Практична цінність дисертаційної роботи полягає в тому, що вперше:

1. запропоновані і досліджені нові типи розрядів широкого вжитку, встановлені нові фізичні закономірності і властивості цих розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі; розроблені і впроваджені нові методи одержання плазми пари твердих тіл на основі цих розрядів, нові конструкції джерел плазми й іонів та плазмових прискорювачів, нові технології термоіонного напилення металевих і газометалевих плівок і покриттів, які впроваджені в конкретні вироби;
2. розроблені, виготовлені й успішно експлуатуються дрібносерійні і дослідні зразки вакуумного обладнання з напрямленими і електронно-променевими джерелами плазми, плазмовими металізаторами, плазмовими прискорювачами, плазмохімічними реакторами, які дозволяють одержувати підвищений коефіцієнт використання робочої речовини, збільшений розмір поверхні обробки, високі адгезію, густину, електро- і теплопровідність плівок приладів підвищеної потужності і високотемпературної надпровідної кераміки, безконтактних електродвигунів, нанесення декоративних, на найрізноманітніших підкладинках, в тому числі діелектричних, з різною орієнтацією в просторі й внутрішніми поверхнями;
3. Розроблено оригінальні технології термоіонної металізації діелектриків, нанесення газометалевих плівок та вдосконалена технологія термоіонного напилення в цілому; розроблені і впроваджені конкретні технології на запропонованих пристроях для окремих видів виробів, нанесення складних газометалевих плівок, виготовлення радіаційно безпечних високоресурсних радіоізотопних приладів, рентгенівських фотошаблонів з підвищеною контрастністю і роздільною здатністю, контактів до напівпровідникових антифрикційних і зміцнюючих шарів в інших виробах;
4. розробки впроваджені на Московському заводі електровакуумних приладів, науково-виробничому об’єднанні “Исток” (м. Фрязіно), ОКБ виробничого об’єднання “Планета” (м. Новгород), НДІ фізпроблем ім. Ф.В. Лукіна (м. Москва), ПКБ (м. Раменське, Московська обл.), НДІ “Оріон” (м. Київ),дослідному заводі НДІ “Оріон” (м. Київ), СКТБ з ЕВ НЦ “ІЯД” (м. Київ),  АТ “Спецтехніка” (м. Київ) та інших. Результати основних впроваджень підтверджені відповідними актами і економічним ефектом.

       Основні положення, які виносяться на захист.

    1) На основі вивчення вольт-амперних характеристик розряду з різними конструкціями катода, вимірювань температури стінок тигля-катода у різних точках, енергетичних спектрів електронів у розряді, впливу матеріалу тигля-катода і робочої речовини на умови горіння розряду встановлено, що механізм дифузної (однорідної) прив’язки дугового розряду на катоді, який випаровується, обумовлений термоелектронною емісією або робочої речовини, або ж  матеріалу тигля-катода. У такий спосіб пояснюються досліди М.А. Дороднова з одержання дугового розряду на міді і хромі, а саме: розряд підтримувався термоелектронною емісією з тигля-катода, а не якоюсь “аномальною” емісією з міді або хрому. Така трактовка відкриває можливості одержання дугового розряду на будь-якому матеріалі, якщо виключена хімічна взаємодія між матеріалом робочої речовини і стінками термоемісійного тигля-катода, а також дозволяє створити конкретні конструкції катодних вузлів розряду.

    2) Виходячи з вимірювань розподілу температури стінок порожнистого тигля-катода по його довжині, параметрів плазми ( ne, Te ) над катодом встановлено, що розряд із випаровуванням робочої речовини з порожнистого тугоплавкого катода у вакуум і обхоплюючим катод анодом є аналогічним до розряду з витоком газу через трубку у вакуум. Теорію цього розряду узагальнено на випадок неоднорідного за формою катода, а саме: розряд прив’язується до області з максимальним градієнтом концентрації плазми у поперечному перерізі катода, тобто поблизу вихідного зрізу циліндричного катода, або до перетяжок поперечного перерізу катода. Положення області прив’язки розряду визначає залежність одержуваного з розряду іонного струму від величини індукції магнітного поля, яке накладено на розряд, а саме: вона є лінійною, якщо мають місце звуження на катоді й іонізація плазми неповна, або немонотонною  при циліндричнім порожнистім катоді.

          Існуюча теорія не пояснює встановлених автором даної дисертації  особливостей розряду з центральним тілом і осьовим анодом. Таким чином, не тільки узагальнено теорію розряду на катоди різних конструкцій, але і створено наукові основи розробки нового класу джерел плазми - напрямлених плазмових випаровувачів, які вперше реалізовано і впроваджено у виробництво, визначено їх параметри й шляхи подальшого розвитку. Напрямлені випаровувачі надійно працюють з хімічно малоактивними речовинами типу міді, срібла, золота. Тому їх застосовано для створення високоякісних рентгеношаблонів, контактів до напівпровідників і високотемпературної  металокераміки, сріблення ведучих трактів хвилеводів, міднення діелектриків.

  3) Згідно з дослідженнями залежності вольт-амперних характеристик від розжарювання катода, матеріалу робочої речовини, тиску баластного або реактивного газу у розрядній камері встановлено, що вольт-амперна характеристика діодного дугового розряду з розжареним катодом у парі матеріалу анода визначається тепловим режимом (розжарюванням) катода: у вільному режимі з від’ємним об’ємним зарядом біля поверхні катода вольт-амперна характеристика має один максимум, пов’язаний із запалюванням розряду, після чого Va спадає за законом Va=const/Ia , а далі анодне падіння напруги не залежить від струму розжарювання катода і визначається умовами випаровування й іонізації матеріалу анода. У вимушеному режимі роботи катода без об’ємного заряду електронів у поверхні катода вольт-амперна характеристика має два максимуми, перший з яких обумовлений запалюванням розряду, а другий - переходом від несамостійного розряду до самостійного з нагріванням катода шляхом бомбардування іонами, які генеруються розрядом. Одержані результати за виглядом ВАХ у вакуумі узгоджуються із водночас опублікованими роботами Г. Муси, Х. Еріха та ін., але ширше них, і пояснюють вигляд ВАХ у вакуумі не простим зменшенням прианодного стрибка потенціалу, а зменшенням тиску пари робочої речовини у розрядному проміжку при зменшенні розрядного струму, яке призводить до комплексного перерозподілу потенціалу простору у розряді, у тому числі приелектродних стрибків потенціалу. Саме цим пояснено не тільки всю багатоманітність експериментальних ВАХ діодного розряду з випаровуваним анодом, яка спостерігалася і не була пояснена іншими авторами, але і створено передумови для практичного використання розряду шляхом його модернізації.

  4) Для підвищення коефіцієнту іонізації плазми пари матеріалу анода розрядний проміжок “катод - анод” слід оточувати додатковим циліндром під додатнім відносно заземленого катода потенціалом і переходити до тріодного розряду в парі матеріалу анода, режим іонізації в якому залежить, насамперед, від теплового режиму (розжарювання) катода. ВАХ циліндра у розряді може бути як зростаючою, так і спадаючою. Можливий зрив тріодного розряду радіальним електричним струмом Ic. Механізм зриву розряду і способи стабілізації цього зриву пов’язані із впливом Ic на степінь релаксації пучка електронів з катода, зменшенням прианодного стрибка потенціалу, коли зростання Ic збільшує провідність між катодом і анодом σ, зменшує Va і розрядну потужність, яка виділяється на аноді, нижче порога випаровування матеріалу анода. Як у діодному, так й у тріодному розрядах плаваючий потенціал плазми Vf у закатодному просторі є від’ємним при невеликих    швидкостях    випаровування  матеріалу   анода,   порядку   q < 4 нм/с, і невеликих тисках додаткового газу Р < 5.10-4 Па. Розряди ефективно використовувати для металізації діелектричних плівок. Крім того, розряди - перед усім тріодний розряд у повздовжньому магнітному полі, - є перспективними для одержання складних за змістом плівок типу нітриду титану, які одержують як результат синтезу під дією іонного бомбардування підкладинки. Таким чином, запропоновано, досліджено і впроваджено новий тип розряду з однорідно випаровуваним електродом - тріодний розряд, тим самим створено фізико-технічні основи існування нового класу плазмових прискорювачів з робочою речовиною у твердій фазі, які застосовано для створення високоадгезійних підшарів, металізації діелектриків, синтезу сполук металів або напівпровідників із газами, одержання активних високоресурсних екологічно безпечних шарів радіоізотопних приладів.

    5) Мас-спектрометричними, радіотехнічними (вимірювання НВЧ-шумів) й оптичними дослідженнями встановлено, що при взаємодії електронного пучка з твердим тілом у повздовжньому по відношенню до пучка магнітному полі з величиною індукції В < 0,04 Тл для енергій  електронного пучка Е = 10 кеВ запалюється плазмово-пучковий розряд і створюється високоіонізована плазма пари твердого тіла, якщо її тиск  над тілом перевищує 1 Па.  При  0,01 ≤ В ≤ 0,04 Тл і тій же решті умов можливе запалювання пучково-магнетронного розряду, коли електронний пучок оточений електродом під додатнім відносно твердого тіла потенціалом, який перевищує декілька потенціалів іонізації атомів пари. Механізм створення зонної структури горіння розряду при зміні індукції магнітного поля пов’язаний з особливостями руху електронів пучка у магнітному полі та з його попаданням на робочу речовину.

      Для стійкого горіння плазмово-пучкового розряду при подаванні твердого тіла густиною ρ у вигляді стержня діаметром d на периферію електронного пучка під кутом до сили тяжіння з прискоренням земного тяжіння g необхідно, щоб подавання робочої речовини не перевищувало величини:

                                       dm/dt = π ( 6σd/ρg )2/3 Ω  ,                                              (1)

де σ - коефіцієнт поверхневого натягу розплаву;  Ω - швидкість випаровування робочої речовини при температурі плавлення.

      При орієнтації поверхні робочого твердого тіла або рідини в області попадання електронного пучка у магнітному полі перпендикулярно до вертикалі плазмово-пучковий і плазмово-магнетронний розряди стійко горять на всіх речовинах, незалежно від їх фазового стану, температури плавлення, електропровідності, хімічної активності без присутності баластного газу у просторі іонізації й без виконання наведеного вище співвідношення. За допомогою пучково-плазмового розряду навіть при холодних стінках розрядної камери можна одержати багатозарядні іони твердофазних речовин, які не розкладаються.

      Найбільш вірогідний заряд іонів Z0 при взаємодії електронного пучка з твердим тілом, рідиною або газом у повздовжньому по відношенню до пучка магнітному полі визначається виразом  net0 > 2/az, (2), де ne - концентрація  електронів  плазми,  t0 - час  їх  уходу  з простору іонізації, az - коефіцієнт ударної іонізації електронами плазми в рівнянні балансу частинок. При використанні аксіально-симетричних електронних гармат із потужністю електронного пучка (1÷10) кВт одержуємо Z0 ≈ 2.

      Таким чином, вперше одержано пучково-плазмовий і пучково-магнетронний розряди, які генерують високоіонізовану плазму пари твердофазних речовин при взаємодії потужного електронного пучка з твердим тілом у повздовжньому по відношенню до пучка магнітному полі з індукцією  (0,05 ÷ 0,5) Тл. Тим самим створено новий клас конструкцій джерел плазми пари твердих тіл, які не тільки конкурують із дуговими, ВЧ і НВЧ джерелами плазми при потужності пучка до 10 кВт, але й є єдино можливим іонізатором пари для надпотужних електронних гармат потужністю (102 ÷ 103) кВт. Звідси витікають унікальні можливості одержання нових матеріалів із плазмового стану речовини. Створено і впроваджено електронно-променеве джерело плазми з несамостійним дуговим розрядом у процеси дорощування плівок металів, які одержано в розряді з випаровуваним анодом. Знайдено умови оптимальної чистоти плазми такого джерела, які досягаються подаванням  на розжарюваний катод і екран від’ємного по відношенню до колектора електронів потенціалу.

    6) Розроблено метод термоіонного осадження плівок і покриттів, який відрізняється від “іонного осадження” Д. Меттокса тим, що застосовуються розряди з однорідним випаровуванням електрода у вакуумі, а не вакуумно-дуговий або жевріючий розряд із баластним газом. Відмінною особливістю термоіонних плівок і покриттів є, перед усім, відсутність  крапель  робочої речовини  на підкладинці  і в  об’ємі  плівки (у порівнянні з вакуумною дугою), підвищена чистота і щільність плівок (порівняно з жевріючим розрядом, у тому числі магнетронним), а також набагато більший діапазон варіювання технологічних параметрів (продуктивності пристроїв, енергій частинок, добору робочих речовин). Здійснено конкретні оригінальні способи металізації діелектриків за рахунок їх вміщення разом із притискувачем під високий потенціал відносно  джерела плазми або застосування розроблених автором плазмових прискорювачів. Метод термоіонного осадження впроваджено у виробництво конкретних виробів (плунжерні пари насосів, форсунки пального дизельних двигунів, мішені генераторів нейтронів, тритієві джерела β-випромінювання, нейтралізатори статичної електрики, контакти і бар’єрні шари напівпровідників, лазерні дзеркала. Таким чином, дана робота поширила фізичні уявлення про розряди низького тиску, створила основи нової техніки і технології, яка використовує розряди з однорідним випаровуванням електрода у вакуумі.

       Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на Міжнародній конференції з явищ в іонізованих газах (Мінськ, 1981), III i V Всесоюзних конференціях з фізики газового розряду (Київ, 1975, Омськ, 1991), IV-VII Всесоюзних конференціях з фізики низькотемпературної плазми (Київ, 1975 і 1978, Ленінград, 1983, Ташкент, 1987), IV-VII Всесоюзних конференціях з плазмових прискорювачів й інших інжекторів (Мінськ, 1976, Москва, 1982, Дніпропетровськ, 1986, Харків, 1991), Всесоюзній конференції з фізики плазми та її застосувань (Звенигород, 1986), Всесоюзній конференції АПМ “Інтеграція і нетермічна стимуляція технологічних процесів мікроелектроніки” (Москва, 1981), III i IV Всесоюзних конференціях з фізики і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1984 і 1986), Всесоюзних конференціях з мікроелектроніки (Таганрог, 1982, Тбілісі, 1987), Всесоюзній конференції з формування металевих конденсатів (Харків, 1990), Всесоюзному семінарі “Нові вакуумні методи одержання тонких плівок і покриттів” (Харків, 1991), Всесоюзній нараді з циклотронних прискорювачів (Москва, 1971), Всесоюзних семінарах з фізики і техніки інтенсивних іонних пучків (Київ, 1978-1993), Всесоюзних семінарах з одержання і властивостей тонких плівок (Київ, 1977 і 1978, Одеса, 1982), Всесоюзному семінарі з багатозарядних іонів (Харків, 1975), Всесоюзній нараді з прискорювачів іонів низьких і середніх енергій (Київ, 1981), галузевих науково-технічних конференціях “Тонкі плівки у виробництві напівпровідникових приладів і інтегральних схем” (Тбілісі, 1981, Нальчик, 1983, Москва, 1987), I i IV Всесоюзній і Всеросійській конференціях з модифікації властивостей конструкційних матеріалів пучками заряджених частинок (Томськ, 1988 і 1996), наукових семінарах АН СРСР “Застосування низькотемпературної плазми” (Москва, 1989, Петрозаводськ, 1990, Іркутськ, 1991), науковому семінарі  АН БРСР “Взаємодія плазми з поверхнею” (Мінськ, 1979), Республіканських семінарах “Електронно-іонна технологія і обладнання” (Київ, 1982,1985, 1987), науково-виробничих семінарах Українського вакуумного товариства (Харків, 1993, 1995, 1996), Міжнародному семінарі “Тонкі плівки в електроніці” (Харків, 1997), Симпозіумі “ Вакуумні технології і обладнання” (Харків, 1998), Міжнародних науково-технічних конференціях “Проблеми фізичної і біомедичної електроніки” (Київ, 1997, 1998).

       Крім того, частина результатів роботи представлялась на Міжнародних конференціях з явищ в іонізованих газах (Оксфорд, 1971, Ейндховен, 1975, Дюссельдорф, 1983, Тулуза, 1997), XI i XVII Міжнародних симпозіумах з розрядів і електричної ізоляції  у вакуумі (Берлін, 1984, Ейндховен, 1998) й інших конференціях, семінарах, нарадах, зокрема щорічних конференціях НЦ “ІЯД”. Вони демонструвались на ВДНГ СРСР і УРСР у 1983-1990 р.р.

Робота підтримувалась ДКНТ СРСР, Президією НАНУ, ДК України з питань науки, техніки і промислової політики, Міннауки України, госпрозрахунковими організаціями СРСР, України і Росії. Її результати ввійшли в наукові звіти НЦ “ІЯД” за 1970-1997 роки., звіти з госпдоговорів і 4 кандидатські дисертації, виконані під науковим керівництвом автора даної дисертації; готується до захисту 5-а кандидатська дисертація. За матеріалами дисертації виконується Державна науково-технічна програма ДНТП-97 з напрямку 05.07 “Матеріали і технології для наплавлення і нанесення покриттів”.

       Особистий внесок здобувача. Автору належать огляди проблем, всі постановки задач, їх обговорення і висновки, а також визначальна роль у винаходах, розрахунках, проектуванні, випробуваннях, впровадженні результатів, особливо в роботах, які починаються з його прізвища.

       Об`єм роботи.   Дисертаційна робота виконана на 357 сторінках    тексту, включаючи 129 рисунків, 8 таблиць. Вона має вступ, 5 глав, заключення, висновки, список використаної літератури з 234 назв. Крім того, в додатку зібрані акти впроваджень розробок.

       Публікації. Результати досліджень опубліковані більш ніж у 100 першоджерелах, з яких у дисертації цитуються 20 авторських свідоцтв, 63 статті ( 3 огляди), з них 40 назв статей подано у списку публікацій в авторефераті.

       У вступі   обгрунтовано актуальність теми, зміст роботи, стан проблеми і завдання досліджень, її практична значимість. Зокрема вказано, що відома нам перша згадка про жевріючий розряд з випаровуванням робочої речовини з циліндричного порожнистого катода пов’язана з роботами з оптичної спектроскопії атомів. Розряд з анодом, що випаровується у вакуумі в магнітному полі, запропонований в 1957 р. для іонного джерела мас-сепаратора. Проте істотний вплив на стимулювання досліджень і застосувань розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, мали лише роботи Д. Меттокса, починаючи з 1963 р., з підвищення якості тонких плівок шляхом іонного бомбардування підкладинки. Д. Меттокс і його спонсори добре усвідомлювали значення цих робіт і їх наслідки, однак властивості розрядів їх мало цікавили, основна увага приділялась процесам на підкладинці. Та незабаром було запропоновано розряд з катодом, що випаровувався у схрещених полях, розряд з охолодженим анодом, що випаровувався без магнітного поля, розряд з випаровуванням матеріалу колектора електронів без магнітного поля. Тим самим визначились три основні класи стаціонарних електричних розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, а саме: 1) розряди з катодом, що випаровується; 2) розряди з анодом, що випаровується; 3) електронно-пучкові розряди. Основний недолік цих робіт, полягав у низькому значенні коефіцієнта іонізації пари робочої речовини в потоці плазми α  і вся наступна історія розвитку розрядів з електродом, що випаровується у вакуумі, полягає, насамперед, у намаганні підвищити α і підсилити тим самим іонне бомбардування підкладинки й інтенсивність іонних пучків.

       Розряди з катодом, що випаровується.   В нашій кандидатській дисертації було одержано α ~ 0,1, але тільки на міді.  Наступним кроком стала робота А.М.Дороднова, де одержано α ~ 1 на міді і хромі і вказувалось, що дуговий розряд з розосередженою (дифузною) прив’язкою на катоді є можливим завдяки “аномальній емісії” електронів з робочої речовини катода при перевищенні “критичного тиску пари”. Основне завдання глави 2 цієї роботи складає пояснення результатів А.М.Дороднова, встановлення істинного механізму дифузної прив’язки дугового розряду на катоді і створення такого джерела плазми, яке могло б працювати на любій робочій речовині, яка хімічно не взаємодіє з тиглем.

       Розряди з анодом, що випаровується.  Гусевим В.М. одержано α ~ 1 завдяки наявності гарячих вузьких стінок розрядної камери в сильному магнітному полі. А.М.Дороднову вдалось підтримати дуговий розряд без магнітного поля і α ~ 1 лише при наявності термоемісії порожнистого катода. Проте одна із основних переваг розряду з анодом, що випаровується, - холодний тигель-анод,- в цих роботах не досягнута. Він з’явився у винаході М.М.Рикаліна та ін., однак при цьому α ≤ 0,1. Цей недолік ліквідовано нами шляхом вміщення розрядного проміжку в схрещені поля. Таку ж пропозицію пізніше зробили японці. Однак властивості розрядів з анодом, що випаровується, практично не досліджувались. Розвиток методів одержання α ~ 1, визначення механізму прискорення плазми і шляхів її застосування з використанням нової тріодної форми розряду становлять мету 3-ї глави дисертації. Оскільки навіть вольт-амперні характеристики діодного розряду не були досліджені, експерименти почались на діодному розряді з робочою речовиною на аноді, що охолоджувався.

       Електронно-пучкові розряди. Робота Є.Ф.Кріммеля не давала перспектив на одержання значних α в розрядах з випаровуванням робочої речовини електронним пучком. Тому було запропоновано в пару робочої речовини вміщувати розжарений катод або використовувати ВЧ-розряд  чи розряд з протіканням баластного газу через порожнину катода. Всі три пропозиції зовсім непридатні для реалізації джерел-іонізаторів для електронних гармат мегаватного діапазону потужностей. Мета глави 4 дисертації полягає в розробці принципово нових способів генерації інтенсивної плазми пари твердого тіла самим електронним пучком та вдосконалення пристрою японців.

       У всіх трьох класах розрядів для виконання поставлених завдань необхідно було виходити за рамки застосування теорій розрядів, вести пошук електрофізичних властивостей розрядів, визначати їх параметри й умови одержання значних α, знаходити застосування знайденим закономірностям, конструювати пристрої і розробляти нові технології. Отже, вже короткий огляд робіт показує, що питання про виділення  стаціонарних електричних розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі, в самостійний напрямок фізики, техніки та технології до постановки даної роботи ніким навіть не ставилось, дослідження мали випадковий неузгоджений характер. Дана робота покликана внести суттєвий внесок у розвиток фізико-технічних основ одержання інтенсивної плазми пари твердих тіл і напилення плівок та покриттів на підкладинки любої провідності, у пояснення особливостей фундаментальних характеристик даного типу розрядів, у знаходження і втілення шляхів їх практичного застосування.

       Вказаним значення дисертації не вичерпується. Вона складає грунт наступного розвитку даного типу досліджень і застосувань. Про це свідчить далеко не повний список посилань на роботи, що ввійшли до дисертації, в періодичних виданнях, оглядах, монографіях, книжках, учбовому посібнику, прототипах винаходів, популярній літературі. При виконанні роботи дисертантом введені нові поняття: “пучково-магнетронний розряд”, “тріодний розряд”, “розряди з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі”, “напрямлений плазмовий випаровувач”, “тріодне джерело плазми”, “прискорювач плазми з анодом, що випаровується” й інші, які входять у наукову термінологію. Вже закріпився термін, введений автором дисертації: “термоіонне напилення”. Серед робіт з термоіонного напилення  необхідно відмітити дисертацію В.П.Білевського, тема якої   розвивається і в даній дисертації.

       В першій главі  (розділі) наводяться методики  досліджень: зонди Ленгмюра, оптика, зворотне резерфордівське розсіювання іонів, рентгено-флуоресцентний  аналіз, мас-спектрометрія, термометрія.Відзначається, що досліджувався новий об`єкт   добре розробленими клпасичними методами, щоб не ставити під сумнів надійність  вимірювань. На відміну від класичного газового розряду в даному випадку методики ускладнювались напиленням робочої речовини електродів на діагностичні пристрої, що необхідно було контролювати. З другого боку, це дозволяло використовувати не тільки плазмові, а й тонкоплівкові методи.

       В другій главі   розглядаються розряди з катодом, що випаровується. Ці розряди діляться на дві великі групи: розряди з плоским катодом і розряди з порожнистим катодом. В такому ж порядку викладаються результати їх досліджень.

       Розряди з плоским катодом. Відповідно до попередніх робіт “аномальна емісія” електронів починається, коли тиск пари робочої речовини над катодом перевищить деяку критичну величину. Тому за робочу речовину нами було взято кадмій [7,8], тиск насиченої пари якого міг регулюватись в межах Р = (10-3÷103) Па при порівняно невеликих змінах температури тигля Т = (50÷500) 0С. Для порівняння бралась мідь, на якій раніше був одержаний дуговий розряд.

       Згідно з [7,8], при любих розподілах потенціалів  між електродами  і тисках пари кадмію Р = (10-3÷103) Па вдалося одержати тільки жевріючий розряд з розрядним струмом  Ia ≤ 20 мА. Спроба збільшити струм Ia приводила до стрибкоподібного переходу в дуговий розряд з катодною плямою. Стрибок можна було затримати до Ia ≤ 250 мА, якщо знімався тепловий екран і частина термоелектронів з нитки підігрівання тигля попадала в розрядний проміжок. Спроба зробити Ia ≥ 250 мА приводила до перекидання розряду на цю нитку, яка ставала катодом розряду. Після цього було відтворено розряд на міді. Умови Р ≥ 40 Па, Т = 1500 0С було досить для одержання струмів Ia ≤ 5 А і наступне збільшення  обмежувалось розрядним опором. На відміну від попередників, нами було встановлено сильний вплив незаповненої робочою речовиною довжини тигля L на величину анодної напруги [7], тобто в підтриманні дугового розряду суттєву роль грав не стільки тиск пари робочої речовини Р, на якому наголошували попередники, скільки сам тигель. Оскільки в дослідах з кадмієм і міддю тигель був одним і тим самим (молібденовим), то суттєву роль повинна була грати робоча температура тигля, яка проявляється не тільки через величину Р, а й термоемісію. Тобто, в підтриманні однорідного дугового розряду з легкоплавким катодом, що випаровується, визначальну роль грає термоемісія тигля. Цей ефект, природно, повинен бути сильнішим у більш глибокому тиглі з розвиненою вільною від робочої речовини поверхнею. Тому особливу увагу було приділено дуговому розряду з порожнистим тиглем-катодом. Для збільшення надійності дослідів використовувались порожнисті тиглі-катоди різних конструкцій. Технологічні можливості розрядів вивчались у [9-13].

       Розряди з випаровуванням робочої речовини з порожнистого катода.  Досліджувались    розряди    з    порожниною     різних      конструкцій  [14-17].Базовим катодом був циліндричний катод “а”, діаметр і висота якого змінювались в межах  dK = (0,5÷16) мм, hK = (5÷60) мм. Товщина стінки становила Δ = (0,2÷1) мм. Більшість вимірювань виконана при dK=15 мм, hK=60 мм, Δ=1 мм. Завантаження тигля-катода становило m=(3÷50) г. В ряді дослідів цей тигель-катод заварювався у верхній частині діафрагмою діаметром (0,6÷3) мм, що відповідає тиглю “б”. Найбільше дослідів виконано з соплоподібними тиглями “в” [16-19]. Лабіринтний катод дозволяв напилювати “зверху - вниз” [11]. Коаксіальний катод “д” складався з двох циліндрів діаметром 24 і 10 мм, відповідно, [13]. В нижній частині проміжок між циліндрами заварювався діафрагмою. Катод “е” являв собою сопло з центральною вставкою [12]. У всіх тиглів-катодів до дна приварювалась трубочка довжиною (5÷8) мм і діаметром (1÷2) мм, до якої вставлялись термопари. Нагрівались катоди електронним бомбардуванням з вольфрамової спіралі. Майже усі катоди, якщо на це спеціально не вказано, виготовлялись із молібдену. Основні виміри виконані на міді, а також кадмії, сріблі, золоті, хромі, алюмінії. Коаксіальний катод “д” і сопло з центральною вставкою “е” дозволяли змінювати граничні умови не тільки на катоді, але й на аноді. Для цього анодом служили не тільки циліндри чи конуси в магнітному полі, але й стержні, які проходили по осі катодів “д” та “е” [12-13].

       В перших дослідах [9-11] збільшення α досягалось застосуванням магнітного поля В. Величина В мало змінювала вольт-амперні характеристики розрядів, в яких анод обхвачував катод. Найбільш сильно В впливає на величину іонного струму Ii на утримувач підкладинок. Для катодів “а” і “г” цей вплив проявлявся в немонотонності Ii(B), [10]. Для катодів “б” і “в” Ii(B) була лінійною [9,18], розряди з катодами “д” і “е” та осьовим анодом взагалі гасились магнітним полем [13]. Виникало питання про пояснення цих разючих відмін в кривих Ii(B) для різних типів катодів, знаходження механізму їх існування. Якщо тут визначальну роль мала грати температура стінок, то потрібно було “побачити” термоелектрони з різних катодів. Тому були досліджені енергетичні спектри електронів [14,15] різних режимів і з різними типами катодів. Виявилось, що в дуговому режимі (на спадаючій ділянці вольт-амперної характеристики) на катоді “а” спектр простягується від плазмових електронів з майже нульовою енергією до швидких електронів, енергія яких в електрон-вольтах чисельно дорівнює падінню напруги на розряді, Va, [14]. Роздвоєння групи швидких електронів, їх тонка структура у вигляді двох максимумів були інтерпретовані у [14,15] як наявність електронів, що вийшли з верхнього краю катода (правий пік), і з бокової стінки катода (лівий пік). Правий пік особливо інтенсивний в катоді “б” і завжди відсутній в катоді “в”. Це дозволило висловити думку, що ділянка, яка емітує електрони, в катоді “в” знаходиться більш глибоко, ніж в катодах “а” і “б”. Цю думку можна перевірити, якщо катод “в” завантажити робочою речовиною до самого критичного перерізу (звуження), тоді він стане за умовами витікання пари подібним до катода “а”. І дійсно, при цьому спектр електронів трансформується від типового для сопла до типового для конічного чи циліндричного катода “а” [15]. Звідси витікає: в різних за конструкцією порожнистих катодах електрони емітуються різними ділянками поверхні катода. Це - важливий для розуміння фізики горіння розряду висновок, і його бажано було підтвердити іншими незалежними даними. Тому досліджувались енергетичні спектри іонів, що виходять через відкритий край катода в розряді [16].  Установлено [16], що для катода “а” спектр -монохроматичний з напівшириною у декілька електрон-вольт і максимальною енергією Em = eVa. Для катодів “б” і “в” монохроматичність спектра може порушуватись і Em ≥ eVa.  Така закономірність справедлива, якщо в області звуження поперечного перерізу катода утворюється подвійний шар у плазмі. Це можливо, якщо через звуження проходить струм, тобто якщо в катодах з перетяжкою перерізу зона, яка емітує електрони, знаходиться перед перетяжкою, десь поблизу неї. Прямим підтвердженням цих висновків є безпосередні пірометричні вимірювання температури вздовж стінки катодів різної конструкції [17]. Вони показали що максимум температури стінки Тс катодів з перетяжкою існує саме на перетяжці. У циліндричному порожнистому катоді “а” результат виявився складнішим [17]: максимум Тс переміщується із зміною умов горіння розряду. Закономірності цього переміщення можна пояснити теорією дугового розряду з витіканням газу через трубку у вакуум, тобто досліджуваний розряд подібний до останнього. Ця подібність не повна, оскільки в нашому розряді витрати робочої речовини dm/dt залежать від теплового режиму катода в розряді, а в другому випадку - є незалежним параметром.

       Розвинуті Д.Л. Делькруа й А.Р. Тріндаде в теорії дугового розряду з витіканням газу у вакуум уявлення про робочу зону прив’язки розряду на катоді можна поширити на розряд з випаровуванням робочої речовини з порожнистого катода і пояснити його властивості та характеристики як результат впливу того чи іншого параметру на положення зони прив’язки розряду. Дані дослідження узагальнили теорію на випадок катодів з перетяжкою поперечного перерізу [16] і були підтверджені наступними дослідженнями на газах. Вони вказали на межі теорії. Виявилось, що уявлення про робочу зону на катоді зберігаються для катода “е”, проте розташовується вона  не у звуженні поперечного перерізу, а на центральній вставці [12]. Як тільки все це стало зрозумілим, з’явились винаходи [18,19]. Цей клас приладів названий нами “напрямленими плазмовими випаровувачами”. Основи їх конструювання полягають у наступному. Вихідний край тигля повинен забезпечувати необхідну термоемісію тигля і мати максимальну температуру Тp. В місці розташування робочої речовини необхідно підтримувати температуру випаровування Тв . Теплопровідність ніжки утримувача катода λ визначається за рівністю (3) для потоків теплоти   через тигель і ніжку.

λ=λо(Тв-То)/(Тр-Тв),         (3)

де λо,То - теплопровідність тигля та температура місця кріплення ніжки до вакуумної установки. Водночас рівність (3) складає умову стаціонарності горіння розряду і справедлива не тільки для джерел плазми, але й для джерел іонів, в яких одержано повну іонізацію пари робочої речовини [18].

       Напрямленість потоку плазми особливо важлива в конструкціях для напилення плівок дорогоцінних металів, коли вдається у 2-3 рази підвищити коефіцієнт використання робочої речовини [11]. Подальші резерви зберігаються в методах розрахунку сопел, підборі матеріалу тиглів-катодів і виконанні конкретних конструкцій. Пристрій [14] дозволяє керувати діаграмою напрямленості плазми за допомогою магнітного поля, а не тільки формою катода.

       В третій главі  розглядаються розряди з анодом, що випаровується.

       Розрядні проміжки .  Робоча речовина із Cu, Ni, Cr, Al, Ti, U, Sc, Si та інших матеріалів завантажувалась в тигель чи клалась безпосередньо на мідний чи молібденовий анод [20]. На відстані LK = (10÷20) мм   від робочої речовини знаходився катод прямого розжарювання. Діаметр катодних кілець 10 мм, діаметр дроту (0,7÷1,0) мм. Радіальне електричне поле могло створюватись холодними вольфрамовими кільцями та циліндром. Кільця розташовувались на відстані (2÷4) мм від катода і мали діаметр (18÷20) мм. Діаметр циліндра становив 8 см, висота - 10 см. Соленоїд охоплював катод і анод та створював магнітне поле В = (0 ÷ 0,03) Тл. Іонізація в розрядному проміжку контролювалась струмом Ii на колектор іонів. Розрядний проміжок монтувався переважно в установках УРМ.3.279.014; УВН-83-П1. Граничний вакуум установок  2.10-4 Па. Напуск газу відбувався через кільце з отворами, яке розташовувалось над циліндром, чи за допомогою сопла. При металізації хромом сапфірових кілець й інших дрібних деталей використовувався пристрій зі стержневим анодом [21].

       Діодний розряд.  В першому циклі вимірювань [22,23] досліджувався розряд між катодом й анодом у відсутності інших електродів. Якщо на робочій ділянці Va не залежить від струму розжарення катода Iн , це - вільний режим роботи катода з від’ємним об’ємним зарядом термоелектронів біля поверхні катода. Він аналогічний відповідному режиму на газах, але відрізняється тим, що Va більше, ніж на газах, бо визначається насамперед тепловим режимом випаровування анода. Якщо йти по вольт-амперній характеристиці від більших   до   менших   Ia  , то   вона  описується   приблизним   рівнянням: VaIa = W = const, де W - мінімальна потужність горіння розряду. Точніше, потужність Wa, що виділяється на аноді, слабко зростає  з  ростом  Ia    при Ia > 5 А, зростає тиск пари Р, а швидкість випаровування dm/dt пропорційна до Wa .

       Аналогія  з розрядом на газах зберігається і у вимушеному режимі роботи катода [23] та при переході в самопідігрівний режим [24]. Значне зростання Ii при Iн→0 веде до зростання Va і швидкого розпорошення катода, тому рідко використовується для інтенсифікації іонізації і випаровування анода в розряді. Просте збільшення Ia також мало збільшує α, бо супроводжується зростанням dm/dt, тобто швидкості напилення плівки q. Тому було запропоновано [25,26] для збільшення α  застосувати додатковий електрод і переходити до тріодних розрядів.

       Тріодні розряди.   Вплив струму циліндра Ic веде до суттєвого зростання α і зберігає  інший важливий технологічний параметр q [26]. Ця ж закономірність зберігається і при наявності магнітного поля В, коли розряд називають несамостійним дуговим розрядом у схрещених полях. Нами [23] вперше досліджено вплив потенціалу циліндра Vc на такий розряд, встановлено залежність цього впливу від режиму роботи катода. Параметри Ia, Va, Ii залежать насамперед від Ic, а не Vc, оскільки поряд із зростаючими кривими Ic(Vc) спостерігались і спадаючі, тобто одному значенню Ic відповідало два значення Vc. Виявлено можливість зриву тріодного розряду радіальним електричним струмом Ic [25], що пов’язано із впливом Ic на величину прианодного стрибка потенціалу ΔVa [28]. У вільному режимі роботи катода збільшення Ic веде до того, що збільшується струм з катода, провідність розрядного проміжка зростає, а Va спадає. Це веде до зменшення потужності електронного потоку на аноді, q спадає і розряд зривається. У вимушеному режимі роботи катода при зростанні Ic  всі електрони, що вийшли з катода, розібрані анодом і циліндром, провідність плазми падає, q i Va зростають, постачання робочої речовини в розрядний проміжок збільшується і  розряд не гасне. Подібного явища на газах не спостерігалось і це є специфікою тріодного розряду з електродом, що випаровується. Отже, цей розряд має нові властивості, що дозволяє присвоїти йому спеціальну назву, яка відрізняє його від діодного розряду.

       Досліджені діаграми напрямленості плазми розрядів з анодом, що випаровується у вакуумі [27]. Найбільш вузькою вона є для діода в магнітному полі й описується залежністю  n ≈ n0 cos8Θ, де Θ - кут між віссю симетрії розрядного проміжку і напрямком вимірювання концентрації плазми. Накладання Vc > Va на розряд розширює діаграму у два рази (чотири по площі обробки). Найбільш широка діаграма n = n0 cos4Θ спостерігається в тріодному розряді без магнітного поля [26]. Відмінною рисою даних розрядів від розрядів з катодом, що випаровується, є наявність від’ємного  плаваючого  потенціалу  в закатодному просторі при q ≤ 4 нм/с на всьому перерізі плазмового потоку, тобто дані пристрої працюють як прискорювачі плазми до енергій (10÷103) еВ, які створюють компенсовані за зарядом іонні потоки [28]. Звідси випливає одне з основних застосувань даного класу розрядів для створення високоадгезійних плівок на діелектриках - напилення діелектричних плівок. Підкладинки можуть розташовуватись не тільки над тиглем, а й під робочою речовиною у вигляді стержня [21]. Із рівності ваги краплі і сил поверхневого натягу витікає   вираз для швидкості подавання робочої речовини dm/dt, яка задається виразом (1). Якщо dm/dt перевищить праву частину рівняння (1), відбудеться зрив краплі і порушиться стаціонарність горіння розряду.

       Для збільшення продуктивності пристроїв їх роблять не циліндричними, а лінійними (двовимірними) [21] ; можливі й інші вдосконалення [3]. Розряди запалюються при напругах Va, що значно перевищують робочі. Цей недолік ліквідується напуском газу в розрядний об’єм [29], після чого розряд спочатку запалюється на газі і з зростанням його потужності переходить горіти на парі металу та газі. Після цього напуск газу можна припинити, якщо він не потрібен. В режимі роботи розрядів як плазмохімічних реакторів, при напиленні плівок типу нитрида титану, реактивний газ водночас служить і для запалювання розряду. Амбіполярний механізм прискорення плазми з низьким плаваючим потенціалом зберігається і при напуску газу до тисків Р ≤ 1 Па [29].

       В четвертій главі  розглядаються електронно - пучкові розряди.

       Пучково - плазмовий розряд.  Можливість запалювання пучково-плазмового розряду при взаємодії електронного пучка з твердим тілом у магнітному полі не витікає з теорії пучково-плазмового розряду, яка створена пізніше нашої роботи [30]. Експерименти велись на двох дослідних стендах [30,31]. В стенді №1 магнітне поле створювалось полюсами електромагніта діаметром 1м. Відстань між полюсами - 0,35 м. Індукція магнітного поля В = (0,3÷0,65)Тл. Розряд створювався електронним пучком зі струмом  I0 = (0,1÷2)A й енергією Е0 = (1÷3) кВ. Іони витягувались дуантом, який становив частину мас-спектрометра Демпстера з поворотом і фокусуванням пучка іонів на кут у 1800. Роздільна здатність мас-спектрометра 50. Іони реєструвались циліндром Фарадея, що переміщувався у фокальній площині мас-спектрометра. Мас-зарядовий спектр іонів реєструвався самописцем ЭПП-09.

       В стенді №2 [30] розряд створювався всередині котушки електромагніту з індукцією В = (0,05÷0,1) Тл. Робочий вакуум стенда не гірше Р = 1.10-3 Па. Параметри електронного пучка ті ж, що і на стенді №1. При запалюванні розряду з’являвся струм іонного пучка Ii й інтенсивне випромінювання в широкому діапазоні частот від радіошумів до оптичних. Розряд запалювався при потужності пучка електронів 0,5-1 кВт і тиску пари над робочою речовиною Р≥1 Па, незалежно від провідності, хімічної активності, орієнтації твердого тіла по відношенню до пучка, але при подаванні стержня робочої речовини на периферію пучка необхідно виконувати співвідношення (1).

       Найбільш ймовірний заряд іонів складав Zm=2 [32], звідси можна зробити висновок, що одержано сильно іонізовану плазму з  α~1. На ксеноні Zm=7. Згідно з [33], Zm можна вираховувати за формулою (2), яка одержана нами для плазмових систем із ступінчастою іонізацією електронним ударом і рекомбінацією на бокових стінках розрядної камери.

       Пучково-плазмові джерела за основними параметрами [33] були близькими до параметрів іонних джерел із несамостійним розрядом Пеннінга, але на відміну від останнього не потребували присутності баластного газу у розрядній камері, що покращувало вакуумні умови у прискорювачі іонів (циклотроні) чи мас-сепараторі, де вони використовувались. Від іонних джерел на основі вакуумно-дугового розряду пучково-плазмові джерела відрізняються значно  ширшим набором робочих речовин (зокрема діелектриків) і більш багатим спектром високозарядних іонів [33]. Запалювання пучково-плазмового розряду становить єдиний спосіб іонізації робочої речовини для гармат мегаватного діапазону потужностей [4].

       Пучково-магнетронний розряд.  Можливість існування розряду при В ≤ 0,05 Тл забезпечується, якщо електронний пучок оточити циліндром чи кільцем під додатнім по відношенню до колектора електронів пучка потенціалом Vc> 0. Цим ми переходимо до розряду, названого нами пучково-магнетронним [34]. Досліди [35] велись з вертикально орієнтованою зварювальною електронною гарматою У-250 виробництва ІЕЗ ім. Е.О.Патона. Пучок гармати відхилявся поворотним поперечним магнітом [5]. Умови введення електронного пучка з поперечного магніта в повздовжнє до пучка поле електромагніта узгоджувались за допомогою магнітного екрана. Струм пучка становив І0 =(50-200) мА, енергія Е0 =(4-15) кВ. Пучок приймався на колектор з робочою речовиною. Конус радіального поля мав середній діаметр 3 см, його потенціал задавався окремим джерелом живлення. Над поперечним магнітом на відстані 18 см від тигля-колектора під потенціалом Vп =-200В знаходився утримувач підкладинок, в колі якого  вимірювався іонний струм Іі .

       Типові залежності струмів конуса Іс і пропорційного йому Іі від індукції В електромагніта при різних Vc вказують на немонотонність кривих  Іс(В), Іі(В) і на той факт, що розряд найбільш інтенсивний при В≥4.10-2 Тл [6]. Досить ймовірна причина немонотонності кривих Іс(В), Іі(В) полягає в періодичності фокусування електронного пучка магнітним полем на робочій речовині, якщо пучок входить під невеликим кутом до осі магнітного поля соленоїда. Збільшення інтенсивності розряду при В≥4.10-2 Тл пов’язане із початком запалювання пучково-плазмового розряду. Хід кривих Іс(В), Іі(В) не залежав від провідності робочої речовини (Al, Cu, Al2O3:Cr+++). Це плазмове джерело дозволяло обробляти підкладинки діаметром 14 см [6].

       Іонний струм Іі суттєво зростає з ростом Vc > 200 В. Далі Ii(Vc) переходить у насичення [6]. Це відрізняє розряд з випаровуванням від розряду на газах [34]. У випадку електронно-променевого зварювання металів у магнітному полі запалювання пучково-магнетронного і пучково-плазмового розрядів небажане, бо на створення плазми витрачається до 1/3 потужності пучка. Накладання радіального електричного поля на пучково-плазмовий розряд розширює діаграму напрямленості потока плазми майже у 2 рази.

       Розряд із розжареним катодом.  При низьких і середніх потужностях електронних гармат Р≤10 кВт досить ефективним засобом іонізації пари робочої речовини колектора електронного пучка є введення в потік пари розжареного термокатода. Проте залишались невстановленими оптимальні технологічні режими горіння розряду, необхідні потенціали електродів і конструктивне рішення іонізатора. Ці завдання складають мету дослідів [36], що описуються нижче.

       Електронна гармата з потужністю до 10 кВт і відхиленням променя на 270 0 випаровувала робочу речовину у водоохолоджуваному тиглі, який розташовувався між полюсами електромагніта. Власне іонізатор складався     з термокатода і штирового анода з потенціалом Va. Термокатод орієнтувався вздовж одного із полюсів електромагніта. Анод розміщувався навпроти, вздовж другого полюса між тиглем і підкладинкою. Така орієнтація електродів створює оптимальні умови для багаторазової осциляції електронів в розряді між полюсами електромагніта при русі вздовж силових ліній магнітного поля та дрейфовому переміщенні поперек магнітного поля до тих пір, поки електрони в схрещених полях не перехопляться анодом.

       Сам електронний пучок викликав іонізацію, яка створювала іонний струм на підкладинку Іі ≤ 13 мА. Густина струму на підкладинку становила j ≤ 0,2 мА/см2. Вмикання анодної напруги Va = 600 В збільшувало іонізацію у  жевріючому  розряді  до  j = 0,8 мА/см2. Переходом до розряду з розжареним  катодом  вже  при   анодному  струмі  Іа ≤ 2 А  досягалось j~2 мА/см2 і швидкості напилення q = (15-30) нм/с, що прийнятне для технології. Заміна лінійного дроту катода на спіраль дала можливість одержати Іа = 20 А, j = 10 мА/см2. У плівках іноді спостерігались домішки Fe з арматури і стінок вакуумної камери. Для зменшення домішок Fe анод заземлили, а на катод подали від’ємний потенціал Va. Плазма прийняла потенціал, близький до потенціалу вакуумної камери і каруселі. Крім того, плазму оточили екраном під потенціалом катода. Іонне бомбардування екрана в цьому випадку не шкідливе, бо він покритий робочою речовиною. Це ліквідувало домішки Fe. Крім того, при роботі на термоемісійних матеріалах (Ti, Ta, Mo) застосування розжареної спіралі вольфраму збільшило α в 1,5 - 2 рази при одних і тих самих Ia тому, що в розряд вдалось вкласти більшу потужність. Технологічна камера мала оригінальні системи чищення підкладинок та сепаратор крапель і теплового випромінювання.

       У п`ятій главі  розглядається  технологія термоіонного напилення.

       Розробки технології термоіонного напилення розподіляються на два напрямки, коли ефект досягається або технологічним прийомом, який справедливий для всіх джерел плазми, або вибором конструкції джерела плазми.

       Металізація діелектриків.  Діелектрична підкладинка кріпиться до колектора іонів спеціальним притискуючим електродом, який знаходиться в потоці плазми металу [37]. На притискуючий електрод подається прискорюючий іони потенціал такої величини, щоб проекційна довжина пробігу Rп іона перевищувала товщину конденсата dп в момент появи повздовжньої провідності плівки. Провідність з’являється після нанесення 5 - 10 моношарів. При цьому потенціал плівки стає рівним потенціалу притискуючого електроду і деякий час високоенергетичні іони проходять скрізь плівку і проникають у підкладинку. Тим самим створюється перехідний поверхневий шар у діелектрику. Якщо коефіцієнт іонізації плазми в потоці α невеликий і процес конденсації суттєво переважає процес іонного розпорошення, час формування перехідного шару t визначається виразом:  t = Rп/q, де q - швидкість конденсації плівки. Доза іонів, які формують перехідний шар, становить Di = ji*t, де ji*- густина іонного струму насичення на підкладинку. Для розроблених автором цієї дисертації термоіонних пристроїв  t =(10-100) мс і, якщо α не прямує до 1,  Di недостатня для забезпечення адгезії. Тому для формування в підкладинці поверхневого провідного шару, крім умови  Rп>dп, необхідно виконати ще одну умову: швидкість розпорошення повинна перевищувати швидкість конденсації плівки. Це еквівалентно виконанню співвідношення  α>1/S, де S- коефіцієнт саморозпорошення конденсату. При виконанні двох вказаних умов процес металізації йде таким чином: в момент попадання плазми на підкладинку поверхня останньої заряджається до плаваючого потенціалу і ріст плівки відбувається без  бомбардування енергетичними іонами. Після появи повздовжньої провідності конденсату починається бомбардування високоенергетичними іонами, відбувається формування перехідного шару підкладинки і розпорошення плівки до моменту зникнення повздовжньої провідності. Далі процес повторюється. Плівку нарощують після створення перехідного шару, коли зменшують потенціал притискуючого електрода. Така металізація шляхом іонного перемішування атомів дозволяє замінити традиційні гальванічні покриття на екологічно чисті [1-3]. Відмінність структури термоіонних плівок від термічних вивчалась в [11,38], де показано, що іонне бомбардування не змінює відстані між атомами в плівці, а збільшення  питомої ваги іонних конденсатів порівняно з термічними пов’язане із зменшенням пустот (пор) в їх об’ємі, тобто термоіонні плівки більш щільні, ніж термічні. Для металізації діелектриків спеціально пристосовано плазмові прискорювачі з анодом, що випаровується [39].

       Реактивне термоіонне напилення.  Необхідність напуску газу в технологічний об’єм може змінювати умови роботи джерел плазми металів чи інших твердих тіл. Зокрема, джерела з випаровуванням робочої речовини з порожнистого катоду можуть працювати тільки у самопідігрівному режимі або розігрівання електронним бомбардуванням тигля-катода треба замінити на термічне. Показано [40], що напуск газу в технологічний об’єм зменшує потенціал запалювання розряду в парі матеріалу анода і спрощує систему його електроживлення. При цьому низький плаваючий потенціал в місці розташування підкладинки зберігається при тисках реактивного газу Р≤6.10-2 Па, тобто даний розряд особливо ефективний у плазмохімічному реакторі для одержання діелектричних плівок без електричних пробоїв, тріщин, проколів, пор й інших дефектів, пов’язаних з поверхневим  електричним зарядом діелектрика. Ще раз підтверджено, що синтез нітридів й інших сполук відбувається на поверхні підкладинки при її бомбардуванні іонами, які утворюються в об’ємі розрядного проміжку як з металу, так і з реактивного газу. Це явище використано для відновлення початкової геометрії розпилювальних форсунок всіх типів дизельних двигунів [29,39].

       Конкретні технології. В СКТБ з ЕВ НЦ ІЯД налагоджене дрібносерійне виробництво джерел плазми з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі [3], а саме: пристрої з порожнистим катодом (ТІН-1), з випаровуваним анодом (ТІН-2) й електронно-променеві з розжареним катодом (ТІН-3). Монтуються плазмові джерела в серійних промислових установках з додатковими джерелами електроживлення. Одночасно з пристроями розроблялись конкретні технології їх застосування за безпосередньою участю автора дисертації [1-4].

       Розроблено контактні системи до лавинно-пролітних діодів (ЛПД) і надпровідної кераміки. Застосування вперше одержаного термоіонного золота в технології ЛПД дозволило уникнути дорощування плівок золота електрохімічним шляхом, підняло їх густину і спростило виготовлення. Висока адгезія термоіонних конденсатів розширила діапазон матеріалів, які можуть застосовуватись як ефективні бар’єрні шари, що сповільнюють електродифузію в процесі роботи приладу і тим самим підвищили термін служби діодів. Зменшення теплового опору контактів напівпровідникових приладів дає можливість експлуатувати їх при більш високих потужностях з високою гарантованою надійністю і з високою надійністю виводів після термо-компресійного зварювання.

       Густі шари металів (золото, уран), їх адгезія сприяють фотолітографії. Основою рентгеношаблона у виробництві НВІС підвищеного ступеня інтеграції служить вільна мембрана поліаміду чи полікремнію завтовшки 3-5 мкм, на яку наноситься бездефектне щільне   золото чи інший метал з високою атомною вагою. Тонкість цього процесу визначається неприйнятністю перегрівання мембран, що досягається як режимом роботи джерела плазми, так і скануванням мембрани-підкладинки.

       Термоіонне срібло на внутрішніх поверхнях хвилевід них трактів постійного і змінного перерізів зменшує затухання порівняно з гальванічним покриттям на ~ 30%.

       Вже у 1977 р. [29] термоіонне напилення було застосоване в технології радіоізотопних приладів, зокрема при виготовленні метал-тритієвих мішеней генераторів нейтронів. Необхідність такої технології виготовлення плівок (TiH1,8 ; TiD1,8 ; TiT1,8) викликана розтріскуванням і осипанням метала-сорбента при насичуванні воднем, дейтерієм, тритієм. Це порушувало вимоги радіаційної техніки безпеки і зменшувало термін служби мішеней генераторів нейтронів, генераторів уніполярних іонів, нейтралізаторів статичної електрики й інших радіоізотопних приладів. Напилення плазми пари рідкоземельних елементів і титану з іонним бомбардуванням підкладинки запобігало осипанню плівки, однак одночасно на 10% зменшувалась їх сорбційна здатність, оскільки більш щільна плівка метала-сорбента гірше насичувалась ізотопами водню. Тому у сучасній технології радіоізотопних виробів іонне бомбардування підкладинки застосовується тільки на етапі створення високоадгезійного шару металу товщиною (2-5)10-2 мкм, а потім плівка дорощується до товщин у декілька мікрон, але вже без іонного бомбардування. Така плівка добре сорбує дейтерій або тритій і дає практично той же потік нейтронів або β-частинок, що і термічно напилена плівка, але обсипання метала-сорбента виключене.

       За допомогою джерел прискореної плазми пари матеріалу анода більш як 10 років тому вирішена проблема напилення лазерних дзеркал з підвищеною променевою і антикорозійною стійкістю. Одержані на цих пристроях плівки нітрида титану використовувались як декоративні на побутових приладах, як антифрикційні в машинобудуванні. Плівки металів і сплавів слугували як термоопори. В цілому, розроблені джерела плазми значно розширюють можливості вакуумно-дугових джерел з асортименту матеріалів, параметрів плазмового потоку, відсутності крапель у потоці. Вони ще будуть вдосконалюватись, спеціалізуватись, автоматизуватись, збільшувати термін безперервної дії, розширювати набір робочих речовин і галузей застосувань.

Основні результати роботи і висновки

1. Встановлені нові фізичні закономірності розвитку і властивостей розрядів з електродом, що однорідно випаровується у вакуумі. Знайдено, що для підтримання стаціонарного дугового розряду з катодом, який однорідно випаровується у вакуумі, необхідна термоемісія з матеріалу робочої речовини або тигля. Розряд з випаровуванням робочої речовини з порожнистого катода подібний до розряду з витоком газу через порожнину у вакуум.
2. Доведено, що зміна конфігурації тугоплавкого тигля-катода в стаціонарному дуговому розряді з катодом, що випаровується у вакуумі, зводиться до зміни області прив’язки розряду на катоді, зокрема при наявності перетяжки поперечного перерізу тигля-катода розряд прив’язується до області, близької до перетяжки, а в коаксіальному чи соплоподібному катоді з центральною вставкою - до оберненого до розряду краю центральної частини тигля-катода.
3. Показано, що енергетичний спектр електронів дугового розряду з порожнистим катодом простягається від плазмових електронів до швидких електронів, емітованих катодом. Емітовані електрони мають енергію в електрон-вольтах, чисельно близьку до падіння анодної напруги. Максимум енергії швидких електронів може мати тонку структуру, яка пов’язана з електронами, що вийшли з бокової і торцевої ділянок катода. Тонка структура відсутня в катодах із насадкою у вигляді сопла Лаваля. Енергетичний спектр іонів дугового розряду з порожнистим катодом має максимум в області енергій, що відповідають анодному падінню напруги на розряді. В циліндричних катодах напівширина максимума становить декілька електрон-вольт і збільшується в катодах з перетяжкою поперечного перерізу.
4. Експериментально встановлено, що властивості розряду з анодом, що однорідно випаровується електронами з розжареного катода, визначаються режимом роботи катода: вільним чи вимушеним. Залежність коефіцієнта іонізації α плазми в потоці від розрядного струму проходить через максимум і не перевищує α ≤ 0,1.
5. Суттєвої іонізації в розряді з анодом, що випаровується, можна досягти введенням додаткового електрода і переходом до тріодного розряду, властивості якого також визначаються режимом роботи катода. Знайдено і пояснено ефект зриву тріодного розряду  радіальним електричним струмом. Показано, що у вільному режимі роботи катода діодний і тріодний розряди мають у закатодному просторі плаваючий потенціал, який є меншим за потенціал катода незалежно від наявності магнітного поля. Це робить дані розряди особливо перспективними для металізації діелектриків і одержання діелектричних плівок.
6. Встановлено явище запалювання пучково-плазмового розряду при взаємодії електронного пучка з твердим тілом у повздовжньому магнітному  полі  В ≥ 0,04 Тл  та  тиску  насиченої пари над розплавом Р ≥ 1 Па. Мас-зарядовий склад іонів плазми пари визначається рівнянням балансу частинок з іонізацією електронним ударом і рекомбінацією на стінках розрядного проміжку. Найбільш ймовірний заряд іонів в розряді мало залежав від провідності, хімічної активності, способу подачі робочої речовини в межі електронного пучка і становив Zm=2 для електронних пучків з потужністю (1- 3) кВт і В = (0,3-0,6) Тл.
7. Встановлено, що оточення електронного пучка циліндром під додатнім відносно колектора електронів потенціалом сприяє запалюванню нового типу розряду, який названо пучково-магнетронним. Для його підтримання електронний пучок треба вміщувати в повздовжнє магнітне поле. В електронно-пучкових розрядах із розжареним катодом в парі робочої речовини найбільша чистота плазми досягається, коли катод має потенціал, менший за потенціал колектора електронного пучка. Крім того, технологічний об’єм оточується екраном під потенціалом катода.
8. Розроблено фізико-технічні основи роботи і більш ніж 15 конструкцій джерел плазми, іонів, плазмових прискорювачів  (плазмо-хімічних реакторів). Вперше розроблено технології одержання термоіонних плівок міді, золота, нітриду титану, дейтеридів, тритідів на конкретні вироби машинобудування, електроніки, мікромеханіки, радіоізотопних приладів і т.п. Розробки впроваджено у виробництво.

Основні роботи з теми дисертації

1. Саенко В.А. Устройства термоионного осаждения /обзор/. // ПТЭ. -1985. -№3. -С.9-21.
2. Саенко В.А. Стационарные электрические разряды с испаряющимся в вакууме электродом (обзор) // Теплофизика высоких температур. - 1989. Т.27. -№5. -С.1007-1017.
3. Саенко В.А. Источники плазмы и ионов с однородно испаряющимся электродом (обзор) // Проблемы специальной электрометаллургии. -1997. -№3. -С.35-60.
4. Саенко В.А. Интенсивные стационарные электрические разряды с однородно испаряемым в вакууме электродом // Прикладная физика. - 1997. -№4. -С.48-66.
5. Саенко В.А. Получение плазмы паров металлов // ПТЭ. -1990. -№4. -С.174-176.
6. Саенко В.А. Стационарные электрические разряды с диффузно испаряемым в вакууме электродом // Вестник КГУ. -1988. -№29. -С.103-107.
7. Саенко В.А., Деркач А.А. О диффузной привязке разряда с испаряемым в вакууме  легкоплавким  катодом  //  Физика плазмы. -1990. -Т.16.  -   В.11. -С.1381-1385.
8. Деркач А.А., Саенко В.А. Разряд с диффузно испаряющимся катодом в вакууме  //  Теплофизика  высоких температур. -1991. -Т.29. -№3. - С.378-381.
9. Саенко В.А., Владимиров А.И., Веремейченко Г.Н.  Плазменный  испаритель  // ПТЭ. -1983. -№4. -С.166-168.
10. Саенко В.А.. Владимиров А.И., Веремейченко Г.Н. Источник паров металлов с полым катодом.// Физика и химия обработки материалов.-1986.-№2.-С.60-63.
11. Саенко В.А., Владимиров А.И., Веремейченко Г.Н., Кравацкий В.А. Испарители с полым катодом./ ПТЭ. -1985. -№1. -С.210-215.
12. Саенко В.А., Деркач А.А., Веремейченко Г.Н. Направленный источник плазмы// ПТЭ.-1991. -№1. -С.179-181.
13. Деркач А.А., Саенко В.А. Источник плазмы паров металлов с осевым анодом// ПТЭ. -1990. -№6. -С.174 -175
14. Деркач А.А., Саенко В.А. Распределение электронов по энергиям в разряде с испаряющимся полым катодом// Теплофизика высоких температур.-1991. -Т.29. -№5. -С.840-846.
15. Саенко В.А., Питателев Г.В., Деркач А.А. Разряд с полым катодом сложной конфигурации// Физика плазмы. -1989. -Т.15. №8. -С1008-1011.
16. Саенко В.А., Питателев Г.В., Деркач А.А. Разряд с испарением рабочего вещества из полого катода с перетяжкой// Известия СО АН СССР. Серия техн. наук. -1990. -В.2. -С.84-91.
17. Саенко В.А., Деркач А.А., Борисенко А.Г. Температурные исследования полого катода-тигля в электрическом разряде//Теплофизика высоких температур. -1988. Т.26. -№3. -С.450-454.
18. Саенко В.А., Деркач А.А. Разрядная камера источника ионов металлов // ПТЭ. -1990. -№4. -С.176-177.
19. Саенко В.А., Деркач А.А., Веремейченко Г.Н. Источник ионов металов с горячим полым катодом. // ПТЭ. -1987. -№1. -С.154-156.
20. Владимиров А.И., Горюк С.В., Саенко В.А. Источник плазмы паров металлов. // ПТЭ. -1987. -№2. -С.136-138.
21. Саенко В.А., Владимиров А.И., Горюк С.В. Устройство термоионного осаждения  // Сибирский  физико-технический  журнал. -1992. -В.1. -С.113-115.
22. Саенко В.А., Коломиец Н.Ф. Разряд в парах материала анода // Физика и химия обработки материалов. -1984. -№6. -С.38-41.
23. Саенко В.А., Владимиров А.И., Горюк С.В. Несамостоятельный дуговой разряд с испаряемым анодом в скрещенных E x B полях // Теплофизика высоких температур. -1990. Т.28. -№1. -С.170-172.
24. Саенко В.А., Борисенко А.Г., Рудницкий В.А.  Механизм горения разряда с испаряющимся в вакууме анодом  //  Материалы ежегодной конференции ИЯИ. -1997. -С.286-290 ;  Доповіді НАН України. -1998. -№ 9. -С.95-97.
25. Саенко В.А., Борисенко А.Г., Рудницкий В.А. О срыве разряда с испаряющимся анодом током дополнительного электрода  //  Ibid. -С.291-294; Доповіді НАН України. -1998. -№ 10. -С.93-96.
26. Борисенко А.Г., Кравченко А.В., Саенко В.А. Безмагнитный плазменный металлизатор // ПТЭ. -1992. -№2. -С.257-261.
27. Борисенко А.Г., Кравченко А.В., Саенко В.А. Формирование диаграммы направленности ионной компоненты плазменного металлизатора диэлектриков // Сибирский физико-технический журнал. -1992. -В.6. -С.78-82.
28. Саєнко В.А., Борисенко А.Г., Рудніцький В.А.  Вплив додаткового електрода на дуговий розряд з випаровуванням анода  //  УФЖ. -1998. -Т.43, № 8. -С.817-819.
29. Саенко В.А., Борисенко А.Г., Рудницкий В.А. Реактивное термоионное напыление тонких пленок  //  ПТЭ. -1998. -№ 3. -С.134-136.
30. Саенко В.А., Владимиров А.И. Плазменно-пучковый разряд в парах металлов // ЖТФ. -1976. Т.46. -№.12. -С.2523-2528.
31. Владимиров А.И., Воробьев Е.Д., Саенко В.А., Третьяков Ю.П. Исследование зарядового состава ионов в системе “плазма-пучок”. I. // ЖТФ. -1971. -Т.41. В.6. -С.1141-1145.
32. Владимиров А.И., Саенко В.А., Третьяков Ю.П. Исследование зарядового состава ионов в системе “плазма-пучок” II. // ЖТФ. -1973. -Т.43. В.8. -С.1652-1655.
33. Саенко В.А., Владимиров А.И., Третьяков Ю.П. Пучково-плазменный источник ионов // ПТЭ. -1977. -№3. -С.34-38.
34. Саенко В.А., Касумов М.М. Несамостоятельный разряд в скрещенных полях // ЖТФ. -1974. -Т.44. -И.6. -С.1206-1209.
35. Кучеренко Е.Т., Саенко В.А. Термоионное осаждение тонких пленок // ПТЭ. -1976. -№3. -С.261-263.
36. Саенко В.А., Свавильный Н.Е. Ионизаторы к электронно-лучевым испарителям // ПТЭ. -1993. -№2. -С.209-212.
37. Деркач А.А., Саенко В.А. Вакуумно-плазменная металлизация диэлектриков // ПТЭ. -1991. -№2. -С.211-213.
38. Владимиров А.И., Куликовский В.Ю., Пилянкевич А.Н., Рокицкий А.А., Саенко В.А., Смирнов В.Н.  Структура пленок меди, полученных термоионным осаждением  //  Поверхность. Физика, химия, механика. -1985. -№ 11. -С.50-53.
39. Саенко В.А., Борисенко А.Г., Рудницкий В.А.  Плазмохимические реакторы синтеза материалов  //  Проблемы специальной электрометаллургии. -1998. -№ 3. -С.29-34.
40. Saenko V.A.  Discharges with the Electrode Homogeneously Evaporated in Vacuum (DEHEV). // сб. Электроника и связь. -1997. -№2, ч.1. -С.42-44.; Contrib. Papers of the XVIII ISDEIV. Eindhoven, The Netherlands. -1998. -V.2.-P.709-712.