Испарение капель катодного материала в плазме вакуумно-дугового отражательного разряда тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат физико-математических наук Дубровская (Прядко), Елена Леонидовна

• Дубровская (Прядко), Елена Леонидовна
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Дубровская (Прядко), Елена Леонидовна

ВВЕДЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА I. КАТОД ВАКУУМНОЙ ДУГИ КАК ИСТОЧНИК ПЛАЗМЫ И МАКРОЧАСТИЦ обзор литературы).

§ 1.1. Основные свойства катодного пятна вакуумной дуги.

§ 1.2. Современные представления о процессах в катодном пятне вакуумной дуги.

1.2.1. Плотность тока в катодном пятне вакуумной дуги.

1.2.2. Эрозионно-эмиссионная модель процессов в катодном пятне.

1.2.3. Нестационарная гидродинамическая модель процессов в катодном пятне.

§ 1.3. Нагрев капель в потоке катодной плазмы.

§ 1.4. Обнаружение и исследование капельных пятен.

§ 1.5. Выводы и постановка задачи исследований.

ГЛАВА II. СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ИЗЛУЧЕНИЯ КАПЕЛЬНОГО И КАТОДНОГО ПЯТЕН.

§ 2.1. Экспериментальное оборудование и методика исследований спектральных характеристик капельных пятен.

§ 2.2. Сравнительный анализ спектральных характеристик капельного и катодного пятен.

§ 2.3. Свечение капель после обрыва тока дуги.

§ 2.4. Выводы к Главе II.

ГЛАВА III. ФОРМИРОВАНИЕ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛАЗМЕННОГО

СТОЛБА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ИСПАРЕНИЯ КАПЕЛЬ В ПОЛЕТЕ.

§ 3.1. Описание экспериментального стенда.

§ 3.2. Исследование характеристик разряда.

§ 3.3. Об основных процессах в плазменном столбе вакуумно-дугового отражательного разряда.

§ 3.4. Характеристики ионного потока на выходе из ячейки Пеннинга.

§ 3.5. Выводы к Главе III.

ГЛАВА IV. СНИЖЕНИЕ ПОТОКА КАПЕЛЬ КАТОДНОГО МАТЕРИАЛА В ПРОЦЕССЕ ИХ ПРОЛЕТА ЧЕРЕЗ СТОЛБ ПЛАЗМЫ ДУГОВОГО

ОТРАЖАТЕЛЬНОГО РАЗРЯДА.

§ 4.1. Методика измерения и анализа капельной фракции эрозии катода.

§ 4.2. Экспериментальные результаты.

§ 4.3. Сопоставление результатов экспериментов с теоретической моделью капельного пятна.

§ 4.4. Выводы к Главе IV.

ГЛАВА V. СИЛЬНОТОЧНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ВАКУУМНО-ДУГОВОЙ

ИСПАРИТЕЛЬ.

§ 5.1. Испарение капель в полете в существующих вакуумно-дуговых источниках плазмы.

5.1.1. Использование фокусировки плазменного потока в вакуумно-дуговых источниках постоянного тока.

5.1.2. Сильноточные импульсные источники плазмы.

§ 5.2. Сильноточный испаритель на основе отражательного разряда.

5.2.1. Описание сильноточного испарителя.

5.2.2. Электрические характеристики источника.

5.2.3. Исследование динамики движения катодных пятен.

5.2.4. Ионно-эмиссионные характеристики плазмы.

§ 5.3. Использование созданного сильноточного испарителя в технологии формирования поверхностных сплавов.

5.3.1. Описание макета технологической установки.

5.3.2. Формирование поверхностного сплава Ni/Cu [32].

5.3.3. Формирование поверхностного сплава Cu/Al [32].

5.3.4. Формирование поверхностного сплава Ti-Al [33,34].

§ 5.4. Выводы к Главе V.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Испарение капель катодного материала в плазме вакуумно-дугового отражательного разряда»

Общая характеристика и актуальность темы исследования

Вакуумно-дуговой разряд является эффективным источником плазмы, имеющим широкий спектр научного и технологического применения [1-14]. Одно из важнейших технологических применений вакуумно-дуговой плазмы связано с ее использованием для ионно-плазменного осаждения покрытий, улучшающих эксплуатационные свойства изделий. При горении вакуумной дуги основным источником плазмы являются катодные пятна, размеры которых лежат в пределах от нескольких микрон до нескольких десятков микрон. Высокая концентрация энергии в области катодного пятна, обусловленная чрезвычайно высокой

8 2 плотностью тока 10 А/см ), приводит к взрывному испарению материала катода, его ионизации и ускорению ионов до энергий, лежащих в пределах от десятков до сотен эВ. Таким образом, катодное пятно вакуумной дуги является источником высокоионизованной плазмы, распространяющейся со скоростью ~106см/с. Использование такого источника плазмы позволяет достаточно легко управлять интенсивностью потока и энергией ионизованных частиц, поступающих на поверхность обрабатываемых изделий, создавать на них покрытия с заданными физико-химическими свойствами.

Однако при функционировании катодного пятна эрозия поверхности катода приводит к генерации не только ионных потоков, но и макрочастиц - капель материала катода. Доля капельной фракции в общей эрозии катода составляет значительную часть, являясь, с точки зрения характеристик источника плазмы, негативным фактором. Макрочастицы имеют размеры 0.1-10 мкм, но встречаются как более крупные, так и более мелкие частицы.

Наличие макрочастиц материала катода в плазме вакуумной дуги существенно ограничивает ее использование в технологии нанесения покрытий и в технологии ионной имплантации. Это связано с тем, что оседающие на поверхности изделий капли ухудшают ряд важных характеристик поверхностного слоя, таких как шероховатость и пористость поверхности, адгезия покрытия к поверхности, коррозионные и другие свойства поверхности.

Казалось бы, наиболее очевидный способ избавления плазменного потока от капель состоит в нагреве капель непосредственно в плазменном потоке до температуры их интенсивного испарения. Однако как оценки, так и более глубокое теоретическое рассмотрение взаимодействия капли с окружающей ее катодной плазмой показали, что вероятность испарения капли в плазме вакуумной дуги мала в связи с тем, что концентрация плазмы быстро убывает с расстоянием от катода. Поэтому на практике большинство конкретных способов снижения потока капель на изделия основано на разделении траекторий ионного и капельного потоков. Прежде всего, используется тот факт, что (в силу различной природы формирования ионного и капельного потоков) основная масса капель движется под малым углом к поверхности катода, тогда как основной ионный поток движется нормально к этой поверхности. Более эффективными являются различные фильтры и сепараторы, в которых ионный поток отклоняется от капельного потока с помощью магнитных полей. Однако чем выше требуется степень очистки ионного потока от капель, тем более сложной и дорогой оказывается конструкция фильтра (сепаратора), и тем значительнее становятся потери ионной составляющей фильтруемого потока. В то же время в ряде практических случаев (например, при нанесении металлических пленок как промежуточной операции в технологии формирования поверхностных сплавов, и т.п.) нет необходимости добиваться «суперочистки» плазмы, достаточно удалить из нее основную часть капель размерами, превышающими некий допустимый предел. Поэтому значительный практический интерес представляют бесфильтровые методы избавления от макрочастиц, которые, хотя и не обеспечивают полной очистки плазменного потока от капель, но являются более простыми и дешевыми по сравнению с методами, требующими применения фильтров, и обеспечивают на порядки большую производительность процесса нанесения пленок.

В 2002 году авторами работы [15] было обнаружено, что при горении вакуумно-дугового разряда вокруг некоторых капель, покидающих катод, образуются плазменные микросгустки. С использованием методов пикосекундной лазерной интерферометрии и теневой абсорбционной фоторегистрации теневых изображений были измерены параметры плазмы, окружающей капли. Оказалось,

ЛЛ Л что концентрация плазмы в них достигает ~ 10 см , а электронная температура 1 эВ. Вероятность образования подобных плазменных сгустков резко возрастала с ростом температуры плавления материала катода. Полученные данные указывали на определяющую роль начальной температуры капли и термоэлектронной эмиссии с нее в формировании таких плазменных микросгустков. Полагалось, что вследствие высокой исходной температуры капли при ее отрыве от катода она ведет себя не как «плавающий» зонд, имеющий отрицательный потенциал относительно окружающей плазмы, а является «эмитирующим» зондом, имеющим положительный потенциал относительно плазмы вследствие эмиссии с него термоэлектронов. В таких условиях плазменные электроны беспрепятственно попадают на каплю, передают ей свою кинетическую энергию и еще сильнее нагревают каплю. Таким образом, капля становится источником термоэлектронов и паров, ионизуемых непосредственно вокруг капли и образующих вокруг нее плотный плазменный микросгусток. Сходство параметров плазмы катодного пятна и плазменных сгустков вокруг капель и наличие интенсивной электронной эмиссии с капель в процессе плазмообразования дали авторам [15] основание классифицировать такие капельно-плазменные сгустки как «капельные пятна» по аналогии с катодными пятнами на катоде и анодными пятнами на аноде, формирующимися в вакуумных разрядах. Авторы [15] полагали, что «капельное пятно» имеет определенные черты катодного пятна униполярной дуги, поскольку в обоих случаях источником энергии, питающей такое пятно, является энергия окружающей плазмы.

Из приведенных данных следует, что если создать необходимые условия для инициирования и последующего функционирования капельного пятна, то, получая энергию от окружающей разрядной плазмы, капельное пятно может функционировать вплоть до полного испарения капли. Для проверки возможности реализации данной идеи в Институте сильноточной электроники СО РАН был проведен комплекс теоретических и экспериментальных исследований. В теоретическом плане анализировались возможности инициирования и функционирования капельного пятна в зависимости от свойств материала катода и параметров разрядной плазмы [16-24]. Параллельно разрабатывалось разрядное устройство, в котором формировался столб однородной плазмы, характеризующийся более высокими, чем в обычной дуге, значениями концентрации ионов и их энергии, а также более высокой электронной температурой [18-20,25-31]. С использованием разработанного разрядного устройства изучались реальные возможности снижения потока капель на подложки в зависимости от материала катода и параметров плазмы [18-20,25-31]. Положительные результаты модельных исследований позволили провести технологические исследования, в которых использовался плазменный поток с пониженным содержанием капельной фракции [32-34].

Целями настоящей диссертационной работы являлись:

1. Исследование спектральных характеристик плазмы капельного пятна с целью выявления физических процессов в капельном пятне.

2. Разработка и исследование разрядного устройства на основе вакуумной дуги, способного формировать столб более энергоемкой, чем в обычной дуге, разрядной плазмы с параметрами, благоприятными для инициирования и функционирования капельных пятен.

3. Разработка методики и проведение исследований возможности испарения капель в плазменном столбе с использованием катодов из различных по свойствам материалов; сопоставление полученных данных с теоретической моделью капельного пятна.

4. Разработка и создание макета технологического вакуумно-дугового испарителя с пониженной долей капельной фракции в плазменном потоке; проведение испытаний макета на примере технологии формирования поверхностных сплавов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Для снятия спектра излучения быстро перемещающихся капельных пятен использована спектрально-дифференцированная скоростная регистрация изображений, что позволило осуществить сравнительное спектроскопическое исследование капельного и катодного пятен.

2. Для формирования однородного плазменного столба с повышенной энергоемкостью плазмы предложено использовать импульсный вакуумно-дуговой отражательный разряд, горящий в ячейке Пеннинга. Изучены характеристики такого разряда, а также характеристики ионного потока на выходе из ячейки Пеннинга.

3. Экспериментально установлено, что при том же токе дуги переход в режим горения отражательного разряда для ряда материалов катода может приводить к существенному снижению доли капельной фракции в плазменном потоке на выходе из ячейки Пеннинга.

4. На основе проведенных исследований разработан, создан и исследован макет технологического сильноточного широкоапертурного импульсного вакуумно-дугового испарителя, обеспечивающий формирование интенсивного плазменного потока с пониженной долей капельной фракции.

Практическая значимость диссертационной работы:

1) Сильноточный импульсный вакуумно-дуговой испаритель успешно использован в комплексной технологии формирования поверхностных сплавов, включающей последовательные операции нанесения покрытий и их сплавления с подложкой низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком.

2) Результаты диссертационной работы могут быть использованы при создании технологических образцов сильноточных импульсных вакуумно-дуговых испарителей с пониженной долей капельной фракции.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 136 страниц, включая 89 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 125 наименований.

Заключение диссертации по теме «Вакуумная и плазменная электроника», Дубровская (Прядко), Елена Леонидовна

Результаты работы докладывались и обсуждались на XXI (Крым, Ялта, 2004) и XXIII (Румыния, Бухарест, 2008) Международных симпозиумах по разрядам и электрической изоляции в вакууме, на I и III Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2005, 2007), на 3 Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии» (Томск, 2006), на 14 Международном симпозиуме по сильноточной электронике (Томск, 2006), на 10 Международной конференции «Газоразрядная плазма и ее применение в технологиях» (Томск, 2007), на 9 и 10 Международных конференциях по модификации материалов пучками заряженных частиц и плазменными потоками (Томск, 2008, 2010).

Автор представленной диссертации принимала активное непосредственное участие в выполнении экспериментальных исследований, результаты которых обобщены в настоящей работе. Работы проводились совместно с соавторами, фамилии которых указаны в опубликованных по теме диссертации работах.

Автор выражает искреннюю благодарность к.ф.- м.н. A.B. Батракову, под научным руководством которого была выполнена данная работа, д.ф.- м.н. профессору Д.И. Проскуровскому и к.ф.- м.н. С.А. Попову за всестороннее содействие работе, коллективу Лаборатории вакуумной электроники ИСЭ СО РАН за неизменную поддержку и интерес к работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию возможности избавления плазменного потока от капель, генерируемых катодным пятном вакуумной дуги, в процессе их пролета через столб разрядной плазмы за счет инициирования на них капельных пятен. Проведенные исследования подтвердили реальность такой постановки задачи. В процессе выполнения работы были получены следующие основные результаты:

1. Проведены сравнительные исследования спектральных характеристик плазмы капельного и катодного пятен. Эти сравнительные исследования позволили утверждать, что капельное пятно функционирует подобно термоэмиссионному пятну.

2. Для увеличения вероятности инициирования и функционирования капельных пятен предложено использовать дуговой разряд, горящий в ячейке Пеннинга (дуговой отражательный разряд). Использование дугового отражательного разряда при том же токе дуги позволяет формировать плазменный столб с существенно более высоким энергосодержанием по сравнению с плазмой обычной вакуумной дуги.

3. При горении дугового разряда в ячейке Пеннинга на выходе из нее формируется поток плазмы, распределения ионов по энергии в котором имеют двухпиковую структуру, содержащую пик низкоэнергетических ионов (0-30 эВ) и сопряженный с ним пик ионов, энергии которых существенно превышают энергии ионов, генерируемых в обычной вакуумной дуге. Появление низкоэнергетического пика связано с генерацией плазмы капельными пятнами. Появление высокоэнергетического пика, по-видимому, связано с дополнительным ускорением ионов на фазе роста разрядного тока, а также с передачей дополнительной энергии направленного движения ионам, покинувшим катодное пятно, от других ионов в процессе их колебательного движения в разрядной ячейке.

4. Экспериментально установлено, что при горении дугового отражательного разряда доля капельной фракции в плазменном потоке на выходе из ячейки Пеннинга существенно меньше, чем при горении обычной вакуумной дуги. Наиболее ярко этот эффект достигается для катодов из металлов, сочетающих относительно высокую температуру плавления с относительно низкой работой выхода {Ъх, ТС), что коррелирует с теоретической моделью взаимодействия капли с окружающей плазмой [16-24].

5. Создан и испытан макет сильноточного (до 5 кА) импульсного (до 700 мкс) вакуумно-дугового испарителя на основе ячейки Пеннинга. Такой испаритель обеспечивает формирование однородного плазменного потока диаметром 6 см со следующими параметрами: концентрация электронов на выходе из ячейки до 1014 см"3, температура электронов 6-8 эВ, доля ионного тока до 16%, энергия ионов до ~ 0.6-0.7 кэВ. В плазменном потоке наблюдается пониженное содержание капельной фракции, причем основная доля капель имеет размеры не более 12 микрон.

6. Успешно продемонстрирована возможность использования созданного сильноточного испарителя в технологии формирования высококачественных поверхностных сплавов.

Достоверность и обоснованность результатов диссертационной работы подтверждается систематическим характером исследований, использованием независимых дублирующих экспериментальных методик, совпадением экспериментальных результатов и теоретических оценок, сравнением полученных результатов с результатами других исследователей.

Материалы диссертационной работы опубликованы в статьях [20,32,34,36] и в трудах конференций и симпозиумов [19,25-31,33,35,37].

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Дубровская (Прядко), Елена Леонидовна, 2012 год

1. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги - М.: Наука, 1968. - 244 с.

2. Раховский В. И. Физические основы коммутации электронного тока в вакууме-М.: Наука, 1970.-536 с.

3. Бугаев С.П., Литвинов Е.А., Месяц Г.А., ПроскуровскийД.И. Взрывная эмиссия электронов // УФН. 1975. Т. 115. с. 101-120.

4. Любимов Г.А., Раховский В.И. Катодное пятно вакуумной дуги // УФН. 1978. Т. 125. с. 665-706.

5. Кобайн Дж., Эккер Г., Фаррелл Дж., Гринвуд А., Харрис Л. Вакуумные дуги: Пер. с англ./Под ред. Дж. Лафферти- М.: Мир, 1982. 432 с.

6. Литвинов Е.А., Месяц Г.А., ПроскуровскийД.И. Автоэмиссионные и взрывоэмиссионные процессы при вакуумном разряде // УФН. 1983. Т. 139. с. 265-302.

7. Месяц Г. А., Проскуровский Д.И. Импульсный электрический разряд в вакууме-Новосибирск: Наука, 1984. 256 с.

8. Mesyats G.A. and Proskurovsky D.I. Pulsed electrical discharge in vacuum. Berlin: Springer, 1989.

9. Boxman R.L., Sanders D.M., Martin P.J. (Eds) Handbook of Vacuum Arc Science and Technology: Fundamentals and Applications- Park Ridge, NJ: Noyes Publ., 1995.-742 p.

10. Jûttner B. Cathode spots of electric arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 2001. V. 34. p. R103-R123.

11. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга- М.: Наука, 2000.-424 с.

12. Anders A. (Ed.). Handbook of Plasma Immersion Ion Implantation and Deposition. John Wiley & Sons, Inc., NY / Chichester / Weinheim / Brisbane / Singapore / Toronto, USA. 2000. 736 p.

13. Аксёнов И.И. Вакуумная дуга в эрозионных источниках плазмы. Харьков: ННЦ ХФТИ, 2005.-212 с.

14. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer Science + Business Media, LLC. 2008. 540 p.

15. Батраков А.В., ЮттнерБ., Попов С.А., ПроскуровскийД.И., Фогель Н. Капельное пятно новый объект в физике вакуумного разряда // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 75, № 2. с. 84-91.

16. Козырев А.В., Шишков А.Н. Два режима теплообмена металлической макрочастицы в неравновесной плазме // Письма в ЖТФ. 2002. Т. 28, № 12. с. 33-39.

17. Kozyrev А. V. and Shishkov A.N. Metal droplet evaporation process in near-cathodetb • »region of vacuum arc // Proc. 4 Int. Conf. on Plasma Physics and Plasma, Minsk,1. Belarus. 2003. p. 23-26.

18. Popov S.A., Pros kurovsky D.I., Kozyrev A. V., Batrakov A.V., Shishkov A.N., and Pryadko (Дубровская) E.L. Investigation of droplets evaporation in vacuum arc plasma // Изв. Вузов. Физика. 2006. № 11. Приложение, с. 58-61.

19. Proskurovsky D.I., Popov S.A., Kozyrev A. V., Pryadko (Дубровская) E.L., Batrakov A. V., and Shishkov A.N. Droplets Evaporation in Vacuum Arc Plasma // IEEE Trans. Plasma Sci. 2007. Vol. 35, No. 4. p. 980-985.

20. Kozyrev A. V. and Sitnikov A.G. Droplet in vacuum arc plasma: theoretical models of droplet's life // Proc. XXIIIrd ISDEIV, Bucharest, Romania. 2008. p. 369-372.

21. Козырев А.В., Ситников А.Г. Ионизация вещества испаряющейся капли в неравновесной плазме // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34, № 7. С. 88-94.

22. Sitnikov A. G. and Kozyrev А. V. Interaction of nonequilibrium plasma with an evaporating metal drop // Proc. 9th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia. 2008. p. 222-225.

23. Kozyrev A. V., Sitnikov A.G. A self-accelerated evaporation mode of a conducting droplet in non-equilibrium plasma // Russian Phys. J. 2010. Vol. 53, No. 2. p. 128-133.

24. Прядко Дубровская) E.JI. Исследование возможности уменьшения доли капельной фракции в эрозии катода вакуумной дуги // Сборник материалов I Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем», Томск. 2005. с. 327-329.

25. Прядко (Дубровская) Е.Л., Попов С.А., Проскуровский Д.И., Батраков А.В., Онищенко С.А. Снижение доли капельной фракции эрозии катода в плазме вакуумно-дугового разряда // Изв. Вузов. Физика. 2007. № 9. Приложение, с. 268-271.

26. Попов С. А., Батраков А.В., Проскуровский Д. К, Прядко (Дубровская) E.JI. Сильноточный импульсный вакуумно-дуговой испаритель // Изв. Вузов. Физика. 2007. № 9. Приложение, с. 73-76.

27. Popov S.A., Pryadko (Дубровская) E.L., and Batrakov A.V. Pulsed vacuum-arc plasma source operating in the reflective-discharge mode // Proc. XXIIIrd ISDEIV, Bucharest, Romania. 2008. p. 507-510.

28. Popov S.A., Proskurovsky D.I., Pryadko (Дубровская) E.L., and Batrakov A.V.th

29. Pulsed high-current vacuum arc evaporator for coating technologies // Proc. 9 Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, Tomsk, Russia. 2008. p. 15-18.

30. Batrakov A.V., Juttner В., and Pryadko (Дубровская) E.L. Investigation into light emission from droplet spots produced by low-current vacuum arc discharge // Proc. XXIth ISDEIV, Yalta, Crimea. 2004. p. 201-204.

31. Batrakov A. V., Juttner В., Proskurovsky D.I., Pryadko (Дубровская) E.L. Light emission of droplet spots at vacuum arc and after arc extinction // IEEE Trans. Plasma Sci. 2005. Vol. 33, No. 5, Part 1. p. 1476-1480.

32. Kimblin С. W. Erosion and ionization in the cathode spot region of vacuum arcs // J. Appl. Phys. 1973. Vol. 44, No. 7. p. 3074-3081.

33. Daalder J.E. Erosion and the origin of charged and neutral species in vacuum arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 1975. Vol. 8, No. 14. p. 1647-1659.

34. Daalder J.E. Components of cathode erosion in vacuum arcs // J. Phys. D: Appl. Phys. 1976. Vol. 9. p. 2379-2395.

35. Juttner В. and Kleberg I. The retrograde motion of arc cathode spots in vacuum // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. Vol. 33. p. 2025-2036. Printed in the UK.

36. Tanberg R. On the cathode of an arc drawn in vacuum // Phys. Rev. 1930. Vol. 35. p. 1080-1089.

37. Tanberg R. and Berkey W.E. On the temperature of cathode in vacuum arc // Phys. Rev. 1931. Vol. 38. p. 296-304.

38. Плютто А.А., Рыжков B.H., Капин А.Г. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖЭТФ. 1964. Т. 47, вып. 8. с. 494-507.

39. Davis W.D. and Miller Н.С. Analysis of the electrode products emitted by dc arcs in a vacuum ambient // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40, No. 5. p. 2212-2221.

40. Brown I. G. Vacuum arc ion sources // Rev. Sci. Instrum. 1994. Vol. 65, No. 10. p. 3061-3081.

41. Oks E.M., Brown I.G., Dickinson M.R., MacGillR.A., EmigH., Spadtke P., and WolfB.H. Elevated ion charge states in vacuum arc plasmas in a magnetic field // Appl. Phys. Lett. 1995. Vol. 67, No. 2. p. 200-202.

42. OksE.M., Anders A., Brown I.G., Dickinson M.R., MacGillR.A. Ion charge state distributions in high current vacuum arc plasmas in a magnetic field // IEEE Trans. Plasma Sci. 1996. Vol. 24, No. 3.p. 1174-1183.

43. Anders A. Ion charge state distributions of vacuum arc plasmas: The origin of species//Phys. Rev. E. 1997. Vol. 55, No. l.p. 969-981.

44. Николаев А.Г., Оке E.M., Юшков Г.Ю. Зарядовое распределение ионов в плазме вакуумного дугового разряда в сильном магнитном поле // ЖТФ. 1998. Т. 68, №5. с. 39-43.

45. Yushkov G.Yu., Anders A., Oks Е.М., Brown I.G. Ion velocities in vacuum arc plasmas // J. Appl. Phys. 2000. Vol. 88, No. 10. p. 5618-5622.

46. Лоскутов В.В., Лучинский А.В., Месяц Г.А. Магнитогидродинамические процессы в начальной стадии взрывной эмиссии // Докл. АН СССР. 1983. Т. 271, вып. 5. с. 1120-1122.

47. Буьиман А.В., Лешкевич С.Л., Месяц Г.А., Скворцов В.А., Фортов В.Е. Математическое моделирование электровзрыва катодного микроострия // Докл. АН СССР. 1990. Т. 312, вып. 6. с. 1368-1371.

48. Shmelev D.L., Litvinov Е.А. The computer simulation of the vacuum arc emission center // IEEE Trans. Plasma Sci. 1997. Vol. 25, No. 4. p. 533-537.

49. Shmelev D.L., Litvinov E.A. Computer simulation of ecton in a vacuum arc // IEEE Trans. Diel. Electr. Insul. 1999. Vol. 6, No. 4. p. 441-444.

50. Баренголъц С. А., Месяц Г. А., Шмелев Д.Л. Механизм генерации ионного потока в вакуумных дугах // ЖЭТФ. 2001. Т. 120, вып. 5(11). с. 1227-1236.

51. Месяц Г. А., Баренголъц С.А. Механизм генерации аномальных ионов вакуумной дуги // УФН. 2002. Т. 172, № 10. с. 1113-1130.

52. Тита D. Т., Chen C.L., Davies D.K. Erosion products from the cathode spot region of copper vacuum arc //J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49, No. 7. p. 3821-3831.

53. Kimblin С. W. Vacuum arc ion currents and electrode phenomena // Proc. IEEE. 1971. Vol. 59, No. 4. p. 546-555.

54. Андерс А., Оке E.M., Юшков Г.Ю., Савкин К.П., Браун Я., Николаев А.Г. Определение удельной ионной эрозии катода вакуумной дуги на основе измерения полного ионного тока из разрядной плазмы // ЖТФ. 2006. Т. 76, вып. 10. с. 57-61.

55. McClure G.W. Plasma expansion as a cause of metal displacement in vacuum-arc cathode spots // J. Appl. Phys. 1974. Vol. 45, No. 5. p. 2078-2084.

56. Удрис Я.Я. О разрушении материалов катодным пятном дуги // Радиотехника и Электроника. 1963. № 6. с. 1057-1065.

57. Литвинов E.А., Месяц Г.А., Парфенов А.Г. О природе взрывной электронной эмиссии // Докл. АН СССР. 1983. Т. 269, вып. 2. с. 343-345.

58. Литвинов Е.А., Месяц Г.А., Парфенов А.Г. О природе цикличности взрывной электронной эмиссии // Докл. АН СССР. 1984. Т. 279, вып. 4. с. 864-866.

59. Jenkins J.Е., Sherman J. С., Webster R. and Holmes R. Measurement of the neutral vapour density decay following the extinction of a high-current vacuum arc between copper electrodes // J. Phys. D: Appl. Phys. 1975. Vol. 8. p. L139-L143.

60. Boxman R.L. and Goldsmith S. The interaction between plasma and macroparticles in a multi-cathode-spot vacuum arc//J. Appl. Phys. 1981. Vol. 52, № l.p. 151-161.

61. Boxman R.L. and Goldsmith S. Macroparticle contamination in cathodic arc coatings: generation, transport and control // Surf. Coat. Technol. 1992. Vol. 52. p. 39-50.

62. Anders A. Growth and decay of macroparticles: A feasible approach to clean vacuum arc plasma? // J. Appl. Phys. 1997. Vol. 82, No. 8. p. 3679-3688.

63. Proskurovsky D., PopovS., Batrakov A. Final Shape and Formative Time of Protrusions on Liquid-metal Cathodes 11 IEEE Trans. Dielectrics Electrical Insulation. 2003. Vol. 10, No. 4. p. 604-609.

64. Swans on L.M. and Schwind G.A. Electron Emission from a Liquid Metal 11 J. Appl. Phys. 1978. Vol. 49. p. 5655-5662.

65. Brooks R. J., Howorth J.R., McGarry K., Powell J.R. Experimental data on the reflection and transmission spectral response of photocathodes // Proc. SPIE. 2007. Vol. 6660. p. 13.1-13.9.

66. Физические величины. Справочник. Под. ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М.: Энергоиздат, 1991. - 1234 с.

67. Крейндель Ю.Е. Плазменные источники электронов М.: Атомиздат, 1977. -144 с.

68. Оке Е.М. Источники электронов с плазменным катодом Томск: Изд-во HTJI, 2005.-216 с.

69. Васильев Г.А. Магниторазрядные насосы М.: Энергия, 1970. - 113 с.

70. Грановский В.Л. Электрический ток в газе. Установившийся ток М.: Наука. 1971.-544 с.

71. Аржанников А.В., Бурдаков А.В., ДейчулиП.П., Койдан B.C., Конюхов В.В., МеклерК.И. Определение параметров плазмы импульсного высоковольтного пеннинговского разряда методом двойного зонда с СВЧ-развязкой // Физика плазмы. 1978. Т. 4, №5. с. 1133-1140.

72. Аржанников А.В., Бурмасов B.C., Вячеславов Л.Н., Койдан B.C. Получение плотного плазменного столба в сильном магнитном поле и его диагностика лазерными методами // Физика плазмы. 1984. Т. 10, № 1. с. 175-182.

73. ОзурГ.Е., Проскуровский Д.И., Назаров Д. С., Карлик КВ. Получение плотных электронных пучков в пушке с плазменным анодом на основе отражательного разряда // Письма в ЖТФ. 1997. Т. 23, № 10. с. 42-46.

74. Ozur G.E., Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P., and Markov А.В. Production and application of low-energy, high-current electron beams // Laser and Particle Beams. 2003. Vol. 21. p. 157-174.

75. ОзурГ.Е., ПроскуровскийД.И., Карлик КВ. Источник широкоапертурных низкоэнергетических сильноточных электронных пучков с плазменным анодом на основе отражательного разряда // ПТЭ. 2005. № 6. с. 58-65.

76. Ozur G.E. and Razin А. V. The high-current electron gun with a plasma anode basedtb . on a combined discharge // Proc. 16 Symp. on High Current Electronics, Tomsk,1. Russia. 2010. p. 144-147.

77. Козлов О.В. Электрический зонд в плазме М.: Атомиздат, 1969. - 292 с.

78. Galonska М., Hollinger R., Krinberg I.A., and Spaedtke P. Influence of an axial magnetic field on the electron temperature in a vacuum arc plasma // IEEE Trans. Plasma Sci. 2005. Vol. 33, No. 5. p. 1542-1547.

79. Anders A. and Yushkov G.Yu. Ion flux from vacuum arc cathode spots in the absence and presence of a magnetic field // J. Appl. Phys. 2002. Vol. 91, No. 8. p. 4824-4832.

80. Кринберг И.А. О механизме воздействия внешнего магнитного поля на температуру и ионный состав плазмы в вакуумной дуге // Письма в ЖТФ. 2003. Т. 29, вып. 12. с. 42-48.

81. Krinberg I.A. and Zverev Е.А. Additional ionization of ions in the inter-electrode gap of a vacuum arc // Plasma Sources Sci. Technol. 2003. Vol. 12, No. 3. p. 372-379.

82. Krinberg I.A. Three modes of vacuum arc plasma expansion in the absence and presence of a magnetic field // IEEE Trans. Plasma Sci. 2005. Vol. 33, No. 5. p. 1548-1552.

83. Bostik W.H. Experimental study of ionized matter projected across a magnetic field // Phys. Rev. D. Vol. 104, No. 2. p. 292-299.

84. Бугаев С.П., Ким А.А., Климов А.И, Кошелев В.И. О механизме вакуумного пробоя и разлета катодной плазмы вдоль магнитного поля в бесфольговых диодах // ЖТФ. 1980. Т. 50, вып. 11. с. 2463-2465.

85. Бугаев С.П., Ким А.А., Кошелев В.И. Движение катодной плазмы и вакуумный пробой в коаксиальных диодах с магнитной изоляцией // В кн. Эмиссионная сильноточная электроника-Новосибирск: Наука, 1984.

86. Чен Ф. Введение в физику плазмы: Пер. с англ.- М.: Мир, 1987. 398 с.

87. Kutzner J. and Miller H. С. Integrated ion flux emitted from the cathode spot region of a diffuse vacuum arc // J. Phys. D: Appl. Phys. 1992. V. 25. p. 686-693.

88. Rosen J., Anders A., MrazS., Schneider J.M. Charge-state-resolved ion energy distributions of aluminum vacuum arcs in the absence and presence of a magnetic field // J. Appl. Phys. 2005. Vol. 97, No. 10. p. 103306-103306-6.

89. Anders A., Oks E. Charge-state-resolved ion energy distribution functions of cathodic vacuum arcs: A study involving the plasma potential and biased plasmas // J. Appl. Phys. 2007. Vol. 101. p. 043304-043304-6.

90. Kopon Е.Д. и Плютто А.А. Ускорение ионов катодного материала при вакуумном пробое // ЖТФ. 1970. Т. 40, № 12. с. 2534-2537.

91. Короп Е.Д. и Плютто А.А. Влияние плазмы на эмиссию острийного катода. ЖТФ. 1971. Т. 41, № 5. с. 1055-1057.

92. Паперный В.Л., Шкляев В.А., Черных А.А. Энергетический спектр многокомпонентного потока ускоренных ионов // Письма в ЖТФ. 2007. Т. 32, № 24. с. 26-32.

93. Shmelev D.L. and Barengolts S.A. Model of collective acceleration of ions in spark stage of vacuum discharge // Proc. XXIIIrd ISDEIV, Bucharest, Romania. 2008. p. 519-522.

94. ПроскуровскийД.И., Пучкарев В.Ф. Реакция вакуумного дугового разряда на скачок тока//ЖТФ. 1981. Т. 51, № 11. с. 2277-2281.

95. Попов С.А. Исследование взрывоэмиссионных процессов на жидкометаллических катодах: Дис. . канд. физ. мат. наук: 05.27.02. Томск. 2002. 144 с.

96. Аксёнов Д. С., Аксёнов И.И., Стрельнщкий В.Е. Подавление эмиссии макрочастиц в вакуумно-дуговых источниках плазмы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (91). 2007. №6. с. 106-115.

97. US Patent No. 5,126,030. Hiroshi Tamagaki, Koichiro Akari. Apparatus and Method of Cathodic Arc Deposition. Jun. 30, 1992.

98. Sathrum P. and Coll B.F. Plasma and deposition enhancement by modified arc evaporation source // Surf. Coat. Technol. 1992. Vol. 50, No. 2. p. 103-109.

99. Coll B.F. and Sanders D.M. Design of vacuum arc-based sources // Surf. Coat. Technol. 1996. Vol. 81, No. 1. p. 42-51.

100. Патент Украины № 10775. СеменюкВ.Ф., Осипов JI.C. 25.12.96, заявлено 19.04.96.

101. US Patent No. 6,103,074. Khominich V.N. Cathode Arc Vapor Deposition Method and Apparatus. Aug. 15, 2000.

102. МасловА.И., Дмитриев Г.К, Чистяков ЮД. Импульсный источник углеродной плазмы для технологических целей // ПТЭ. 1987. № 2. с. 146-149.

103. Siemroth P., Schulke Т., WitkeT. High-current arc a new source for high-rate deposition // Surf. Coat. Technol. 1994. Vol. 68/69. p. 314-319.

104. Wenzel Ch., Urbansky N„ Klimes W, Siemroth P., Schulke T. Gap filling with PVD processes for copper metalized integrated circuits // Microelectronic Engineering. 1997. Vol. 33. p. 31-38.

105. Siemroth P., Wenzel Ch, Klimes W., Schultrich В., Schulke T. Metallization of submicron trenches and vias with high aspect ratio // Thin Solid Films. 1997. Vol. 308309. p. 455-459.

106. Witke Т., Siemroth P. Deposition of droplet-free films by vacuum arc evaporation -results and applications // IEEE Trans. Plasma Sci. 1999. Vol. 27, No. 4. p. 1039-1044.

107. WitkeT., Schuelke Т., Schultrich В., Siemroth P., Vetter J. Comparison of filtered high-current pulsed arc deposition (cp-HCA) with conventional vacuum arc methods // Surf. Coat. Technol. 2000. Vol. 126, No. 1. p. 81-88.

108. Petereit В., Siemroth P., Schneider H.-H., and Hilgers H. High current filtered arc deposition for ultra thin carbon overcoats on magnetic hard disks and read-write heads // Surf. Coat. Technol. 2003. Vol. 174/175. p. 648-650.

109. Siemroth P., Berthold J., Petereit В., Schneider H.-H., Hilgers H. A new generation of filtered arc sources for ultrathin top coats on magnetic hard disks // Surf. Coat. Technol. 2004. Vol. 188/189. p. 684-690.

110. Siemroth P., Schulke T. and WitkeT. Investigation of cathode spots and plasma formation of vacuum arcs by high speed microscopy and spectroscopy // IEEE Trans. Plasma Sci. 1997. Vol. 25, No. 4. p. 571-579.

111. Месяц Г.А., Баренгольц С.А. Взаимодействие плазменных струй и капель в прикатодной области вакуумной дуги // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 75, вып. 6.

112. Batrakov A. V, Markov A.B., Ozur G.E., Proskurovsky D.I., and Rotshtein V.P. Surface alloying of metallic substrates with pre-deposited films through a pulsed electron-beam mixing // Eur. Phys. J.: Appl. Phys. 2008. Vol. 43, No. 3. p. 283-288.

113. Latham R. (Ed.). High Voltage Vacuum Insulation. Basic Concepts and Technological Practice.- London: Academic Press. 1995. 568 p.c. 306-308.