ИСТИНА

Исследование объемных и поверхностных процессов в нерав-новесной низкотемпературной плазме

- В 2013 были продолжены работы по экспериментальному и теоретическому исследованию процессов взаимодействия плазмы с современными материалами с ультра низкой константой диэлектрической проницаемости (ULK) пленки. Впервые обнаружено влияние пористости материала на его деградацию под действием ВУФ излучения. Получено, что структура материалов слабо влияет на эффективный квантовый выход разрыва Si-CH3 связей при поглощении ВУФ излучения, а увеличение пористости приводит к росту квантового выхода и к деградации материалов под действием ВУФ излучения. При пористости порядка 50 % получен резкий рост значения квантового выхода. Это указывает на критический предел в пористости материалов, начиная с которого происходит резкое увеличение модификации материала излучением. - Проведено экспериментально-теоретическое исследование модификации SiOCH low-k пленок атомами фтора. Впервые на основе экспериментально-теоретических исследований предложен двух- стадийный механизм взаимодействия атомов фтора с low-k материалами и получены данные по вероятностям рекомбинации и реакции атомов фтора с low-k материалами. - Впервые выявлены основные особенности и отличия емкостной ВЧ плазмы в Ar/CF4 и Ar/CF3I на основе сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными зондовых измерений. Показано, что высокая концентрация фторуглеродных ионов свидетельствует о важности процессов реактивного ионного травления в плазме содержащей CF3I, особенно при низкой концентрации атомов фтора. - Разработана 2-D модель реактора для осаждения легированных алмазных пленок с активацией СН4/N2/H2 смесей СВЧ разрядом. Проведенное моделирование позволило построить пространственную картину конверсии малых добавок азотных компонент и распределений параметров плазмы и сравнить их с имеющимися экспериментальными данными. - Проведены исследования параметров капиллярного разряда наносекундной длительности в рамках модели с заданным временным профилем плотности тока. Использование разрядной трубки малого диаметра позволило получить очень высокие плотности тока, достигающие 2 кA/cm2 и удельные энерговклады, превышающие 1 эВ/мол при значениях приведенного электрического поля E/N = 200 - 300 Td. Показано, что при высоких степенях диссоциации О2, значительный вклад в нагрев газа дают реакции тушения электронно-возбужденных молекул N2(A, B, C) на атомах кислорода, а также тушение возбужденных атомов азота и кислорода на O(3P). Показано, что доля энергии разряда, поступающей в быстрый нагрев газа, может достигать 50%, что согласуется с результатами измерений, причем эта величина значительно превышает аналогичную величину для смесей с низкой степенью диссоциации О2. Причина этого заключается в том, что в смесях N2 : O(3P) отсутствуют потери энергии на диссоциацию молекул кислорода, поэтому большая часть энергии возбуждения молекул N2(A3 , B3Пg, C3Пu, a'1S ) может затрачиваться на нагрев газа. - Были модифицированы алгоритмы решения нестационарного уравнения Шредингера на суперкомпьютерах СКИФ МГУ «Чебышев» и «Ломоносов», позволившие проводить расчеты динамики атомарных квантовых систем в интенсивных лазерных импульсах среднего ИК диапазон частот (энергия кванта 0.4 эВ). Создан численный алгоритм решения волнового уравнения для изучения распространения интенсивных лазерных импульсов в линейных и нелинейных средах. Создан алгоритм численного решения уравнения Больцмана для анализа эволюции функции распределения электронов по энергиям в плазменном канале, созданным в различных газах фемтосекундным лазерным импульсом. - Исследована динамика модельного атома ксенона в сильном поле излучения титан - сапфирового лазера. Обнаружено, что наряду с процессом ионизации наблюдается эффективное возбуждение ридберговских состояний атома. При этом оказалось, что возникающий ридберговский волновой пакет устойчив по отношению к ионизации, т.е. в сильных низкочастотных электромагнитных полях возникает стабилизация атомной системы относительно процесса ионизации. Получено согласие расчетных данных с экспериментами по многофотонной ионизации атомов ксенона излучением Ti - Sa лазера, что доказывает справедливость теоретической модели, основанной на теории интерференционной стабилизации. - Методом прямого численного интегрирования уравнения Шредингера исследован поляризационный отклик атомарной квантовой системы в поле высокоинтенсивного лазера среднего ИК диапазона частот (энергия кванта 0.4 эВ). Определены области применимости теории возмущений и разложения поляризации по степеням поля. Проанализированы вклады возбужденных атомов и электронов в континууме в величину отклика на частоте воздействующего поля, а также нижних гармоник частоты поля, возникающие как результат процессов возбуждения и фотоионизации. Показано, что для рассматриваемых систем именно процесс ионизации приводит к насыщению величины поляризационного отклика, а затем к его уменьшению и смене знака диэлектрической восприимчивости по мере увеличения интенсивности воздействующего поля. - Показано, что плазменный канал, созданный в плотном газе при многофотонной фотоионизации атомов (молекул) среды излучением мощного ультракороткого лазерного импульса, может использоваться для усиления радиочастотных импульсов, в том числе субтерагерцового диапазона частот. Для достижения максимального эффекта в качестве рабочей среды следует использовать атомарный газ, в котором транспортное сечение рассеяния характеризуется наибольшим положительным значением производной в диапазоне энергий, соответствующем нахождению пика фотоэлектронов. Показано, что величина коэффициента усиления может достигать долей обратного сантиметра на временах до ста наносекунд. - Проведены исследования основных источников эмиссии горения в России, создана мобильная станция мониторинга, оборудованная современными инструментами и методиками отбора проб аэрозолей с разделением по размерам. Проведены измерительные компании по анализу дизельной эмиссии и природных источников горения биомасс. Проводится характеризация образцов продуктов горения, полученных в экспериментах по сжиганию биомасс в Большой аэрозольной камере Института Оптики Атмосферы и собранных на станции мониторинга в период крупномасштабных пожаров в Сибири. Проведен анализ индивидуальных частиц и химического состава выбросов с целью определения характерных микромаркеров продуктов горения сибирских биомасс. - Разработан двусторонний низкоконцентраторный солнечный элементIFO/(n+pp+)Cz-Si/ITO LGCell(IFO – Indium Fluorine Oxide, ITO – Indium Tin Oxide, Cz – кремний Чохральского). Параметры двусторонних СЭ LGCells в зависимости от концентрации солнечного света для p-type cell (лицевая сторона) и n-type cell (тыльная сторона) в области оптимальных концентраций (1–5X) эффективность СЭ варьируется от 18.65% до 19.0% для p-type cell и от 18.1% до 18.5% для n-type cell. Этот результат является уникальным, поскольку полученный LGCell не уступает мировому уровню, во-первых, как в классе двусторонних СЭ, так и, во-вторых, в классе концентраторных СЭ. - Проведены исследования свойств пленок оксида индия, легированного фтором (IFO), в зависимости от температуры и времени осаждения, скорости потока газа-носителя, в сочетании с условиями отжига для пленок IFO. Оптимизирован температурный режим осаждения IFO. Скорость потока газа-носителя менялась в процессе осаждения в две стадии: первая стадия – медленная скорость (0,8 л/мин), вторая - быстрая (2 л/мин). Изучено влияние длительности первой стадии на фотоэлектрические свойства IFO/p-Si гетероструктур и сопротивление IFO/n+-Si контракта. Получены и исследованы параметры солнечных элементов (СЭ) с оптимизированными пленками IFO. Оптимизации процесса осаждения IFO позволила уменьшить последовательное сопротивление солнечного элемента со структурой IFO/(n+pp+)Cz-Si/ITO. - Были введены неорганическихе сенсибилизаторы в полимерные электропроводящие материалы с целью увеличения спектрального отклика солнечного элемента за счет переизлучения в видимой области спектра света, поглощенного в ультрафиолете для использования в кремниевом солнечном элементе LGCell на основе структуры [n+(p или n) p+]Si /TCO/полимер. Впервые полимерные проводящие материалы использованы в качестве матрицы для неорганических комплексов (лантаноидов), производящих поглощение в коротковолновой области с излучением в длинноволновой области спектра. Применение данных материалов в конструкции солнечного элемента поможет повысить его эффективность.