Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына
Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Лаборатория физики плазмы и физических основ микро-технологии

Лаборатория физики плазмы и физических основ микро-технологии (ЛФПиФОМ) возглавляется доктором физико-математических наук, профессором Александром Турсуновичем Рахимовым.

ЛФПиФОМ состоит из ведущей научной школы «Экспериментальные и теоретические исследования неравновесных плазменных процессов в газовой фазе и на поверхностях» под руководством А.Т. Рахимова. Создание коллектива научной школы было инициировано академиком Евгением Павловичем Велиховым в связи с началом работ по разработке и созданию мощных газовых лазеров. В результате этих работ был открыт и объяснен физический механизм целого ряда неустойчивостей, развивающихся как в объеме плазмы, так и в приэлектродных областях.

В ходе исследований электроразрядной накачки газовых лазеров было показано, что элементарные плазмохимические реакции в газовой фазе и гетерогенные реакции решающим образом влияют на электродинамические характеристики разрядов и существенно меняют состав низкотемпературной плазмы за счет сверхравновесной наработки химически активных радикалов. Исследования в этом направлении инициировали начало новых работ, связанных с использованием электрических разрядов в качестве плазмохимических реакторов. Результаты, полученные в этих исследованиях, явились основой для разработки нового направления плазменных методов, направленных на решение ряда проблем вакуумной электроники и микроэлектроники.

Область научных исследований научной школы.
Физика и кинетика низкотемпературной плазмы газовых разрядов. Элементарные плазменные процессы в газовой фазе и на поверхностях твердых тел. Исследования процессов роста и электрофизических свойств тонких пленок на поверхностях, осаждаемых из газовой фазы плазменными методами.

В течение последнего десятилетия были изучены стационарные и нестационарные разряды постоянного тока, ВЧ и микроволновые разряды в различных газовых смесях. Была исследована роль приэлектродных слоев, объемные и приэлектродные неустойчивости. Были реализованы и исследованы новые типы тлеющего разряда: несамостоятельный разряд и барьерный разряд в тлеющем режиме. Проведены исследования в стационарных и импульсных разрядах с убегающими электронами. Широкий спектр исследований был проведен в области объемной и поверхностной плазмохимии. Исследованы излучательные свойства плазмы инертных газов, смесей инертных газов и галогеносодержащих молекул и паров металлов.

Полученные результаты были реализованы в следующих практических приложениях:
● Газоразрядные лазеры.
● Генераторы озона и синглетного кислорода.
● Плазменные реакторы травления.
● Плазменные реакторы получения новых нано-структурных материалов.
● Плазменные источники света в различных спектральных диапазонах.
● Плазменные дисплейные панели.

Направления исследований в рамках научной школы на современном этапе. Исследования в рамках научной школы направлены на экспериментальное и теоретическое исследование электродинамики и плазмохимической кинетики в сложных газовых смесях. Отличительной чертой исследований коллектива является тесная взаимосвязь экспериментальных и теоретических исследований.

Главные направления исследований коллектива в течение последних лет:
● Неравновесные элементарные процессы в объеме плазмы и при ее взаимодействии с поверхностью в приложении к процессам осаждения, травления, полимеризации, к процессам в ион-ионной плазме, пылевой плазме, к процессам коагуляции частиц в плазме, росту кластеров углеводородов и фторуглеродов.
● Оптимизация процессов в плазме в режиме высоких удельных энерговкладов для создания газоразрядных лазеров в новых средах.
● Оптимизация процессов в плазме для новых источников света с высокой эффективностью и яркостью.
● Исследование и разработка новых разрядных схем для плазменной микротехнологии.
● Исследование элементарных процессов в сильных лазерных полях фемтосекундной длительности.
● Исследование вклада ион-молекулярного механизма в процесс образования гетерогенной фазы в струе сгорания самолетного топлива.
В исследованиях низкотемпературной газразрядной плазмы, проведенных коллективом за последние годы, были получены следующие результаты:
● Исследована эффективность возбуждения в эксимерных лампах на основе импульсных искровых разрядов.
● Исследована эффективность возбуждения ПДП от частоты следования импульсов источника питания. Изучено влияние эффектов нелокальности спектра электронов на структуру разряда в ПДП.
● Впервые экспериментально исследованы эффекты нелокальности спектра электронов в электроотрицательном газе.
● Методом лазерно-индуцированной флуоресценции изучены кинетика образования фторуглеродов и мезанизмы их полимеризации для исследования процессов в реакторе травления.
● Исследована эффективность возбуждения геликонной плазмы с антеннами различных типов.
● Исследованы особенности образования нового объекта, ион-ионной плазмы, в импульсно-периодических разрядах электроотрицательных газов.
● Экспериментально обнаружены и теоретически объяснены новые механизмы тушения электронно-возбужденных состояний кислорода.
● Исследованы процессы в пылевой плазме. Исследовано влияние рассеяния электронов на пылевых частицах на функцию распределения электронов по энергиям. Изучен механизм рекомбинации электронов в пылевой плазме несамостоятельного разряда. Исследованы механизмы коагуляции пылевых частиц в плазме.
● Исследован ряд элементарных процессов в сильных лазерных полях фемтосекундной длительности. Численными методами исследована динамика ионизации полем электромагнитной волны простейших двухэлектронных систем продемонстрирована важная роль обмена энергией между электронами. Исследованы процесс ионизации и структура энергетического спектра квантовой системы с короткодействующим потенциалом в сильном поле электромагнитного излучения. Исследован процесс одно- и двухэлектронной ионизации двухатомной молекулы, проанализированы каналы ее фрагментации в сильном поле излучения. Выявлены основные каналы фрагментации молекул и определены спектры ионов, образующихся в результате ионизации и диссоциации двухатомной молекулы в сильном лазерном поле. Проанализированы нелинейные свойства среды, возникающие вследствие эффекта ориентации молекул.
● Исследованы физико–химические свойства сажевых аэрозолей, имитируемые реактивным двигателем (РД) самолета, с целью определения возможных химических и климатических последствий влияния авиации на атмосферу. Исследован вклад ион-молекулярных реакций в механизме образования конденсированной фазы в струе сгорания самолетного топлива и ее влияние. В сотрудничестве с лабораторией CRMC2 Марсельского университета проведен цикл исследований адсорбции и динамики воды при низких температурах. Получены уникальные результаты, доказывающие , что сажевые аэрозоли могут становится центрами нуклеации льда, при этом сохраняя часть воды в жидком состоянии вплоть до температуры нижней стратосферы ≈ 200К.
● Исследована кинетика процессов в реакторах осаждения (на основе разрядов: постоянного тока, ВЧ, СВЧ, плазмотрона и в реакторе с горячей нитью (ГН)) при получении углеводородных пленок различной структуры. Определены механизмы образования и гибели основных радикалов, изучена конверсия углеводородов, выявлены «прекурсоры» роста пленок. Реализовано масштабирование СВЧ и ГН реакторов для получения однородных наноуглеродных покрытий на подложки площадью до 300 см2.
● Исследованы структура тонких углеродных пленок и их эмиссионные свойства.
● Предложены и реализованы широкоапертурные источники УФ и ВУФ излучения.
● Предложен и реализован прототип миниозонатора на оригинальной схеме барьерного разряда.
● Предложены и реализованы яркие (> 20000 Кд/м2) и эффективные (> 30 лм/Вт) эмитирующие экраны на основе возбуждения фосфора убегающими электронами.