Виртуальный датчик следит за ионами

15.05.2021

В МГУ разработан способ точного контроля за ионами в плазменных технологиях, совмещающий экспериментальные измерения с математическим моделированием.

Воздействие с помощью ионов на поверхность различных материалов – основа современных технологий плазменной обработки, таких, как плазмохимическое травление (удаление слоя определённой толщины) и осаждение металлов, полупроводников и диэлектриков. При этом необходим высокоточный контроль различных параметров плазмы, в том числе энергий ионов, особенно при проведении травления с атомно-слоевой точностью. Такие процессы используются, например, при производстве современных микрочипов. Контроль распределения энергии ионов имеет решающее значение для точной модификации материала, особенно в технологиях атомного уровня. Кроме того, он определяет скорость реакций на поверхности.

Поскольку этот контроль должен осуществляться в «реальном времени», для него требуется обратная связь «в реальном времени» с использованием быстрых датчиков параметров процесса. В лаборатории «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина» МГУ разработан такой датчик энергетического спектра ионов, однако он требует своего помещения в поток ионов и в промышленном плазмохимическом реакторе его использование невозможно.

Поэтому исследователи предложили подход, называемый «виртуальным датчиком», в котором оценка энергетического спектра ионов в газовом разряде осуществляется по внешним измеряемым параметрам разряда с использованием математического моделирования. В качестве входных данных используется экспериментально измеренная форма напряжения на плазменном слое и плотность плазмы, компьютерное моделирование движения ионов производится методом Монте-Карло. Отладка данной модели «виртуального датчика» осуществлялась на экспериментальных данных с «настоящего», не виртуального датчика. Результаты работы опубликованы в журнале Plasma Sources Science and Technology.