Тема 3. Особенности применения электронных процессов в электронике

3.1. Перспективы электронной технологии

в электронике

Задачи обработки материалов и изделий машиностроения, прибо­ростроения и электронной техники, исследования свойств материа­лов и изделий, а также задачи получения новых материалов успешно решаются методами >яектронно-ионной и квантовой технологии.

Электронно-ионная и квантовая технология (ЭИКТ) - это новая отрасль техники, использующая ускоренные частицы (электроны, ионы, кванты света или потоки нейтральных частиц) для размерной обработки объекта, изменения его состава или структуры как в объе­ме, так и на поверхности.

Характерной особенностью всех методов ЭИКТ является отсутст­вие инструментального контакта (в обычном понимании) с обраба­тываемым объектом: инструментом служат пучки ускоренных час­тиц. Единство физических процессов воздействия на вещества свя­зывает в единое целое в теоретическом и методическом смысле элек­тронный пучок, луч лазера и ускоренные плазменные потоки.

Параллельно с ЭИКТ развивается близкая к ней новая отрасль техники - радиационная технология, использующая физические из­менения в веществах в результате воздействия на него нейтронных или у-потоков, пучков электронов или ионов с энергиями более не­скольких мегаэлектронвольт, мощных рентгеновских импульсов или высокотемпературной плазмы (Т > 10° К). В некоторых случаях ме­тодически трудно провести четкую границу между методами ЭИКТ и радиационной технологии.

В настоящее время работники промышленности могут выбирать тот или иной способ ЭИКТ с учетом их широких возможностей. Наиболее активно методы ЭИКТ осваиваются производством, свя­занным с изготовлением изделий микроэлектроники.

Приведем наиболее характерные особенности процессов ЭИКТ.

1. Широкий диапазон удельных мощностей, выделяемых на объекте (один монослой вещества при ионном анализе поверхности можно уда­лить за десятки часов, когда плотность тока составляет 10"* А/см². Фо­кусируя лазерное излучение в пятно диаметром ! мкм, можно достиг­нуть плотности мощности до 10¹⁶ Вт/см²).

2. Малая инерционность управления заряженными пучками с по­мощью электрических и магнитных полей, простота в регулировании

7]

мощности; этот фактор становится основным при выполнении пре­цизионных работ (например, в электронолитографии) и позволяет эффективно управлять процессом от ЦВМ.

3 Возможность фокусировки и управления направлением потоков частиц, получение частиц со строго контролируемыми значениями энергии. Так, в различных технологических задачах используются электроны и ионы с энергиями от долей элсктронволыа до несколь­ких мегаэлектронвольт, электронный пучок может быть сфокусиро­ван до диаметра (Х3--.3,0нм. В то же время применяется нагрев по­верхности площадью в несколько квадратных метров электронами, эмиттируемыми газоразрядной плазмой. Электронная и ионная опти­ка позволяет разделить пучки электронов и ионов, осуществить сепа­рацию ионов по энергиям или по отношению их заряда к массе.

4. Высокая воспроизводимость параметров процессе ЭИКТ, обу­словленная высокой стабилизацией источников питания и управле­ния потоками; например, промышленные блоки питания имеют ста­билизацию по напряжению на уровне 0.001 %.

5. Соединение процессов обработки объекта с одновременным анализом его химического состава и структуры и контролем за ходом процесса в единой гехнологическо-аналитической установке; напри­мер, контроль границ соединяемых материалов по излучению вто­ричных электронов перед началом электронно-лучевой сварки; рснт-генеструктурный анализ сварного соединения; технологические ком­плексы для молекулярной эпитаксии при выращивании «сверхреше­ток» (чередующиеся через 1,5...2,0нм правильные по кристаллогра­фии бездефектные слои).

6. Чистота процессов ЭИКТ, обусловленная выполнением опера­ций в высоком вакууме, гарантирует сохранение чистоты материала объекта или улучшение его исходного состава. Например, получение вакуумноплавденых металлов и сплавов в вакуумных дуговых и электронно-лучевых установках, когда концентрации легколетучих примесей и растворенных газов снижаются в 10 — 10⁴ раз; напыле­ние пленок в установках сверхвысокого вакуума, в которых гарант-руется давление 10 ...10 Па. При таком вакууме образование слоя адсорбируемых молекул на поверхности кристалла после скалывания занимает несколько часов, т.е. в течение длительного времени по­верхность кристалла может быть атомно-чистой.

7. Возможность локального или селективного воздействия на по­верхность или приповерхностные слои объекта. Под локальным по­нимается воздействие на малые в геометрическом смысле участки объекта, под селективностью - воздействие только на определенную

72

структурную часть объекта: конкретный вид пленочного покрытия, конкретные группы внедренных атомов и т.п. Воздействие может быть как термическим, так и нетермическим.

8. Использование методов лучевого воздействия на вещество для анализа его структуры или химического состава. К настоящему вре­мени разработан ряд аналитических приборов, действие которых ос­новано на тех же физических явлениях, что и технологические про­цессы ЭИКТ. Это электронографы, электронные микроскопы, оже-спектрометры, спектрометры, использующие вторичную ионно-ионную эмиссию, и т.д. Единство природы технологических и анали­тических операций обусловило задачу конструирования установок, совмещающих в себе обработку и анализ ее результатов.

9. Совмещение операций на одной технологической установке в непрерывном технологическом цикле позволяет легко перейти к полной автоматизации процесса и резко повышает производитель­ность труда. На одной установке возможны очистка подложек ион­ной бомбардировкой, напыление пленок сложного состава, контроль их параметров (состав, толщина); совмещение этапов ионного леги­рования с лазерным отжигом и последующим контролем профиля залегания легирующей примеси.

10. Сравнительная простота построения математических моделей процессов ЭИКТ на базе изучения физических закономерностей взаимодействия ускоренных частиц с твердым телом. Наличие мате­ матических моделей позволяет использовать современные методы оптимизации и управления технологическими процессами.

Разработка конкретного вида технологического процесса ЭИКТ сталкивается с решением вопросов, которые можно разделить на три группы: 1) физические ограничения на необходимость или возмож­ность получения структуры с требуемыми размерами и конфигура­цией, 2) предельные возможности технологии, 3) экономические и организационные проблемы.

Говоря о физических ограничениях, можно привести пример пле­нарного транзистора в сосгаве микросхемы. В настоящее время выясне­но, что существует некоторый минимальный размер транзисторной структуры, такой, что структура с меньшими размерами теряет ста­бильность параметров или перестает быть транзистором. Основные элементы конструкции транзистора с минимальными размерами имеют протяженность порядка десятков (до сотни) наномегров. Отсюда возни­кает задача субмикронной технологии. Для создания транзисторных структур вряд ли понадобятся технологические процессы в разрешен­ном до 1 ...2 нм. Такое разрешение желательно для создания пьезоэлек-

73

тричсских преобразователей на частоты СВЧ-диапазона. Эта техноло­гическая проблема еще не имеет практического решения.

Примером предельных возможностей технологии служит дифрак­ционный предел разрешения фотолитографии порядка 0Л5 мкм. Предельные возможности ЭИКТ определяются разбросом скоростей электронов, вылетающих с термокатода, закономерностями отбора частиц из плазменного источника, расталкиванием одноименных за­рядов в протяженных пучках, процессами рассеяния частиц в веще­стве. Примером предельной возможности технологии могут служить свойства электронорезиста, его чувствительность и разрешающая способность. Некоторые из них определяются сегодняшним уровнем развития науки и техники - электронной оптики, химии полимеров (электронорезист) и т.д., а другие определены самой природой явле­ния- дифракцией света, процессами рассеяния частиц в веществе. Поэтому преодоление соответствующих пределов требует перехода к использованию других физических явлений (переход от фотолито­графии к рентгенолитографии или электронной литографии).

Экономические и организационные проблемы возникают всякий раз при совершенствовании технологического процесса. Технологи­ческое оборудование часто стареет морально быстрее, чем успевают амортизироваться затраты на его приобретение и ввод в действие. Стремительное развитие технологии микроэлектроники не позволяет отработать технологию до высокого процента выхода изделий и вы­нуждает переходить к новым, более сложным изделиям, сохраняя процент выхода годных на каждом этапе развития технологии в пре­делах одного-двух десятков процентов. Несмотря на высокую стои­мость технологического оборудования (десятки и сотни тысяч руб­лей за единицу), новейшее оборудование ЭИКТ каждый год появля­ется в цехах современных производств. Особенно остро стоит вопрос об оснащении лабораторий и цехов приборами и установками, осу­ществляющими анализ состава и структуры изготовляемых изделий.

На рис. 3.1 приведен перечень основных процессов ЭИКТ. Уже в на­стоящее время сам перечень этих процессов, а также их возможности подтверждают эффективность данной отрасли техники. Решение фун­даментальных и прикладных проблем значительно расширит области использования ЭИКТ. В электронной технологии можно отметить такие важные проблемы, как разработка высокостабильных источников элек­тронов и ионов с высокой яркостью, прецизионное управление острос-фокусированными лучами, повышение производительности процессов элсктронолитографии, фокусировка интенсивных пучков с малыми аберрациями, возможность вывода пучков в атмосферу.

74

MpoMi.irti jciimjc процессы исктронно-ионнол и ккнионой icxikuoiiih

Нзкулчнис в па­рах тсклро.иж

Dupaiiiiiiki-яис моно-кристаллов. Нырашн ванне

Stem решим				Пои ui.se			II laiMeiuiMC
процессы				процессы			процессы
				■учеамс		H ia«lx при высе давлениях (njai'	«их
11сфо курированными							МО"
поткан*		i				i [--.iii.ii
Очистка.		Клодиос		Свирка.	Ншпюе	Режа.
ОосНа'АННЭ-		распыление.		Ртичсрноя	легиро-	1 Iuhccciiiic
1Шс.		НйПСССПНС		обрабога	вание.	IIOKpKJIIlft.	И 1<ш\ и илр:п
HaipcB *1Я		11 ICHOI.	I	1ЫСИОК,	Инкро-	M-.l IK 1.	рабочих еры
OUpiKHIIKII.	I	Им рев		Оораоотка 5	фрекгро-	ибгмботка	ПРИ IIH5KHX
Паяю.	|	Ионное	1	шл.чск- 5	KUIIK	поверхтч icii	давлениях
('пектине	§	травление.	i	три ков. 5	1 lo 1 llpOf» .1.	с их oH.TiiH.ie-	llfUlHCW ll.UrtV*'!!.
порошков.		ПошроИКЛ	Гл	* Aickiриииая	Осажжши	нием	нос таи КЯМ
11 1 1 КИС1 III С.		оптических		.uiioi рафии	iLieiioK.		(очна ты поверх-косш. выявление
Закалка.		моисрхио-		Пани лсинс	Травление
11.11 pi 11 11Я		ercii.		пленок			строения поверх-
11н|«|л ИК.Ч1-		Получение		(испарение и).			ностных слоев.
IKll'i СВарКН.		особо юп-		Pcim			напыление и «.'ник)
Иырашни.шис		»Н\ II.UCIIUI		1 lo.llipOUK.I
монокристал-				иол кикск.			11 лазчохнмнческос
лов.				Мпкрофрс-			1]МОПС фоторс-
Нсрскрнстал-				шронаиис.			1неюв. очистка от
■нищих шк-				1 lo.i учение			органических п
1ЮК.				р-п-1К\к-			ncopiaiiusccKiix
Ускорение				холо».			101 ря П1С111111. КОД
процессов				Полученкс			гонка почммамш!
;iui|-|i\ inn				ИЛСНОК III XIUIH4CCKIIX соединении			Инин» миги ни i г' .. :.'Ч1'.-

Лаирные процессы

Сварка(точечная

и шовная).

Рашсрнаа

оораГкчка

тонких пленок

(сверление, фрстс-

ро ванне.

полгонка иод

починал).

Рстка чан'риаяов.

Скрайонронаннс. гонких ил-цок. -Тики рафии. I Цсышеннс ! олотрафичеекзя понерхшчпных *апнеь нюорлже- сяога. """ " ^,|Х воснрошве-

М«ав«*ис- ^к,,,к яереиые Термическая

порошки. оорайшка ижиок.

Коммоиннюн- Оорайочсз ные ишерналы лиллсклрнков. Контроль фоюшай юнон Pciynn.

фошшзо юнон Отжиг иоиво-тстнронаипых структур ').i.iiiiicoucipira (контроль cKopocicft роста пленок) Спектральный микроанализ. Голо| роф п-кс к nil кош рол.

Рис. 3.1. Основные процессы ЭИКТ

В процессах ионной технологии остаются нерешенными проблемы ис­пользования эффекта каналирования при ионном легировании, образо­вание дефектов, их отжиг, а также легирование на большие глубины (до единиц микрометров). Радиационные нарушения легируемой структуры могут стимулировать ряд процессов в твердых телах. Разработку теоре­тических основ ионных процессов нельзя считать законченной; наибо­лее известная в настоящее время статистическая теория пробегов ионов в твердых телах (теория ЛШШ) имеет ограниченную энергетическую область применения. Эта теория не может предсказывать эксперимен­тальные результаты при легировании ионами малых по сравнению с атомами мишени масс и неприменима для малых энергий, которые дос­тигаются в процессе торможения иона в мишени.

Кроме того, в ионной технологии необходимо решить вопросы источников моноэнергетических ионов, сепарации пучков с большой плотностью тока, использование тяжелых ионов, ускорение в про­мышленных установках до энергии порядка нескольких мегаэлек­тронвольт, создание этих установок со сверхвысоким безмасляным вакуумом. Широкое использование плазменных методов в последние годы для обработки материалов в плазменной струе (плазмотроны), а также плазмохимические способы нанесения и обработки пленок в микроэлектронике далеко не исчерпывают всех перспективных на­правлений плазменной технологии. Исследования вакуумной силь­ноточной дуги в парах материалов электродов позволят синтезиро­вать новые материалы, наносить покрытия, легировать поверхност­ные слои, создавать эффективные откачнме системы. Вместе с тем в этом направлении еще не решены вопросы стабилизации горения дуги, однородности нанесенных пленок, управления потоком уско­ренной плазмы вещества. Дальнейшее внедрение лазерной техноло­гии в промышленность зависит от повышения производительности, срока службы активных элементов и надежности лазеров. Сущест­вующие лазеры имеют относительно малый КПД; они не перекры­вают всего диапазона длин волн, который может быть использован для технологических целей. Далеко не все теоретические проблемы взаимодействия лазерного излучения с веществом можно считать решенными; так, продолжаются поиски оптимальной физической модели, описывающей процесс лазерного отжига ионно-легированных структур (длительность импульса 15...20 не достаточ­на для отжига дефектов и электрической активации примесей без ис­кажения первоначального профиля легирования).

76

В табл. 3.1 приведены достигнутые технические пределы по неко­торым видам процессов ЭИКТ.

Табтща 3.1

Предельные параметры процессов ЭИКТ

Характеристика процесса	Вид энергетического потока
	jjicKi роны	ИОНЫ	кванты сне!а	плазма
Максимальная плотность энер­гии, Вт/см"	10*	10*	10м	10s
Максимальная глубина обработ- ки, мкм	10*	10'		0,01... 0,1
Минимальный размер сфокусиро­ванною пята	3 им	50 им	1 МКМ	1. 10 мм
Основные техно­логические огра­ничения	Яркость источники электронов	Сложности фокуси­ровки и яркость источника	Срок службы активных эле­ментов твердо­тельных лазеров и матая выходная Мощность	Сложность фокусиров­ки и управ­ления

Огромными возможностями обладают электронно-ионные методы анализа веществ. Методами ожс-электронной спектрометрии, масс-сиектрометрии вторичных ионов, унругоотраженных ионов, авто-ионной и электронной микроскопии, рентгеноструктурного и элек­тронно-графического анализов, растровой электронной микроскопии можно исследовать и контролировать вещества с чувствительностью от 0,001 монослоя, осуществлять контроль распределения элементов и фаз но поверхности, изучать концентрационные профили залегания примесей по глубине. Основные методы, используемые в электрон­ной технике, сведены в табл. 3.2.

Анализ современного состояния и путей развития различных мето­дов ЭИКТ показывает, что эта отрасль техники оформилась как само­стоятельная. Ближайшие перспективы, по-видимому, связаны с более углубленным теоретическим изучением особенностей процессов воз­действия энергетических потоков на вещества, с разработкой на основе уточненных физических представлений высокоэффективных техноло­гических процессов, с использованием в этих процессах энергетических потоков как с технологическими, так и с аналитическими целями.

Вопросы широкого внедрения процессов ЭИКТ в различные от­расли промышленности приобретают большую актуальность.

77

Таблица 3.2

Сравни u-.imimc характеристики мекщи а и ал та вснкет

Наименование ме года	fin i потока		Чувст витслыюсть	Разрс!	пение, мкм	11екоторыс oi ранпчения метода
				но глубине	но площади
	воздействующего	регистри­руемого
Pchtiспосиск-	Электроны	Рентгеновское	10-''...Ю-4 Па/см'	1	0.4... 1	Регистрация элементов
тральный	(S Ч) кэВ)	излучение				сг>5. Количественный аналш ipeoycT эталона
Растровая	Электроны с энер-					Регистрируются эле-
электронная	гиями. юВ					менты
микроскопия:
режим вто-	до 30	Вторичные		5-10 2	2-10'...210 :
ричной		электроны
Электронной
эмиссии
режим pcin-	20... SO	Репiгеновскос	0,1...0.01 моносдоя	1	5- К)2	Наложение рентгенов-
генокского		излучение	(дтя средних и тя-			ских линий
микроюнда			желых элементов)
режим рабо-	Более 100	Электроны		(2. ..5У И)"1	0.4
ты на про-
свет (в про-
шедших
электронах)
Метод ди-	Элскгроиы с энер-	Электроны:
фракции элек-	гиями:
тронов:
медленных	10... 1500 эВ	дифрагирую­щие	Структура по­верх HOC 111	(5... 10) 10 J	1	Только кристаллогра­фия

быстрых	5...30юВ	о i раженные	Кристаллография пленок	(нарамефы кристалли­ческих решеток)	15...25
Электронная	Tick троны	Ожс-	0,001 МОНОСЛОЯ	(6... 10)10'	I...0.0I	Водород и ГСЯИЙ НС
оже-	(1...3к~>В)	ЭЛСКфОНЫ				регистрируются
СНСКфОСКОНИЯ
Рентгеновская	Pen rrctiOBCKoe 114-	Рентгеновское	Определяется	10'	-	Длительность процесса
дифракцион-	дученне	излучение	средствами вмвуа-			получения томограмм
ная гологра-			личашш изобра-			1. .100 ч
фия			жения и мощно­стью источника
Вторичная	Ионы	Вторичные	10,Х...|02Я 11а.'см-'	(5...20) К) (	1	Разрушающий метод.
ионная эмис-	(2...20юВ)	ионы вещества				Сложность оборудова-
сия						ния. F 1о.туколнчсствен-m.iii мегод
Спектроско-	Ионы	Отраженные	0.О01 монослоя	1-2 моно-	1	Низкое разрешение
пия ионного рассеяния	(ОЛ.-ЮюЩ	ионы		слоя		ДА/
Ионная ожс-	Ионы	()жс-	Доли монослоя	1-2 моно-	Определяется	Подбор типа ионов
спекгроскоиия	(S...20k>B)	электронм		слоя	диаметром зонда	для анализа элементов
Рсзерфордов-	Ионы	Рассеянные	2-Ю1*...	0.01.. .0.03	-	Затруднен анализ эле-
ские рассеива-	1...2MiB	ионы	КГагСм'			ментов. более легких.
ния ионов						чем атомы матрицы. Сложность оборудования

Окончание таол. 3.2

Наименование метода	Вил потока		Чувствительное гъ	Разрешение, мкм		11екоторыс ограничения метола
				но глубине	по площади
	воздействующего	регистри­руемого
11олсвая ион-	Импульсное элек-	Ионы	О цельные атомы	Атомное	Атомное	Сложность подготовки
ная микроско-	трическое попе,				0.25 нм	образцов
пия	напряженность 10*П/см
Инфракрасная	11здучение	Отраженные	Доли мономоле-	Монослои	-	Только для материалов.
о гража 10-	ПК-диапазона	кванты	кулярнога слоя			прозрачных для ИК-
льно-		ИК-диапаюна				дпаназонн
абсороцион-
ная спектро-
метрия
Электронная	Hi лучение рентге-	Вторичные	-	(5-..24)-104	I0J	Не регистрируется во-
спектроскопия	новскою диапазона	электроны				дород. Изучение сгрук-
для химиче-						iyp молекул
ского анапиа

3-2. Температурное поле в зоне обработки

электронами

При обработке электронным лучом в зоне интенсивного тормо­жения электронов в зависимости от ускоряющего напряжения и ин­тенсивности пучка в материале могут происходить следующие про­цессы: нагревание, образование расплава, испарение, взрывное вски­пание вещества и его выброс.

При низких значениях мощности, когда материал не разрушается, единственным следствием действия электронного луча на материал является нагрев. Если параметры электронно-лучевого источника тепла известны, то поле температур в обрабатываемом материале определяют путем решения задачи теплопроводности. В частности, для осесимметричиого электронного луча, падающего нормально к поверхности полубесконечного тела, задача о нагреве имеет вид

1Э7-(г,_г,0_ g^Q ₍₃₁₎

а Э/ X

При решении этой задачи предполагают, что тсплопотери с по­верхности отсутствуют, т.е.

dT(r,z₉t)

= 0. (3.2)

dz

r=0

Начальная температура предполагается равной пулю, qfr.zj)-объемный источник, обусловленный действием электронного луча.

На рис. 3.2 показано изменение температуры но времени в точке наибольшею энерговыделения. Приведенные кривые несколько от­личаются от аналогичных данных, полученных при решении уравне­ния теплопроводности для электронно-лучевого источника тепла, аппроксимированного распределением Гаусса, выраженного в виде критериальной зависимости от параметров электронного луча (/. U, /о, D) и теплофизических характеристик материала (А^ р. с):

T₀{r,zj) = ^G(p.xj^ (3.3)

где Н_а - полуширина кривой поглощения энергии; р = //₍^|_//Я_<¹,

ll\ — полуширина кривой распределения электронов по энергии;

т- безразмерное время: G - решение уравнения теплопроводности в безразмерном виде.

В1

0.2 0.3 0.4 0J5 0.6 0/г_в

о 0

Рис. 3.2. Зависимость максимальной температуры нестационарного (а) и стационарного (й) распределения от диаметра электронного луча:

соответствует результатам расчета по истому Монгс-Карло;

соответствует источнику тепла, аппроксимированного

распределением Гаусса

Отклонение расчетных зависимостей обусловлено в основном двумя причинами: при аппроксимации источника распределением Гаусса рассматривается задача для бесконечной среды; при аппро­ксимации электронно-лучевого источника тепла использованы пара­метры одномерных распределений Н\ и И\_у что оправдано при

диаметрах луча порядка пробега г₀, но при D/r_v « 1.

Замена полубесконечной среды бесконечной в данном случае при­водит к тому, что перенос энергии отраженными электронами заме­няется теплоогводом через поверхность. Приближенность этой опе­рации проявляется в том, что при D>r₀ доля теплоты, отведенной

через поверхность (z = 0), превышает долю энергии, унесенной от­раженными электронами, и максимальная температура становится ниже расчетной.

Наиболее заметные расхождения наблюдаются при малых диа­метрах электронного луча (D « г<>), когда отклонение распределе­ния тепловых источников от распределения Гаусса наиболее значи­тельно. Сходимость с результатами расчета улучшается (табл. 3.3), если в качестве параметров функции Гаусса, аппроксимирующей те­пловой источник, используют параметры пространственного распре­деления источников //,, И_Ф

0.2 0,4 0.6 0,« 1.0 />г-

82

Температура в точке наибольшего энерговыделения является мак­симальной лишь в начальный момент. С течением времени максимум температуры смещается к поверхности, и при / —> ее со в зависимости от сосредогоченносги источника он .может перейти на поверхносгь или остаться на некотором расстояния от нее, что существенно при анализе процессов обработки.

На рис. 3.3 представлено стационарное распределение температур вдоль оси луча (г = 0) для полубесконечного алюминиевого образца. В то время как в модели Арчарда (кривая 4) температурное поле все­гда имеет максимум, расчетное температурное распределение моно­тонно, но с увеличением диаметра электронного луча кривые обна­руживают тенденцию к формированию максимума.

Это объясняется ростом крутизны распределения тепловых ис­точников вдоль оси (от поверхности к максимуму) и углублением максимума с увеличением диаметра электронного луча. В модели Арчарда соответствующие параметры не зависят от диаметра, но все­гда достаточны для формирования максимума стационарного рас­пределения температур (<у_т,_х/</.юв * 3,2; Жт» * 0,44г₀).

г.°с

250

200

150

100

0 02 0.4 0.6 г/г_а

Рис. 3.3. Стационарное распределение температур вдоль оси луча

при U = 128кВ: /, 2,3- по расчетным данным для диаметров электронного луча D = 0,25/о; 0,5/v 0,7r<>; 4 - по модели Арчарда

для D = 0.7/о

В гауссовой модели наличие максимума стационарного распреде­ления температур на глубине обусловлено отсутствием разрыва на поверхности (бесконечная среда).

83

Таблица 33

Максимальная ючнсратура стационарно] о распределении в нолуоссконечном

алюминиевом обраше при £/= 128 кВ

Темпер;; i \ pa	D = / „	D - 0.7г0	Г) - 0.5/п	D = 0.25/v,
Расчетная Тп	I4.S	180	224	320
Рассчитаннаяс исполь-	160	195	220	270
зованием гауссовых
тепловых источников с
параметрами распреде-
ления:
одновременного Тр
пространственного 7/^	165	190	224	249

Сравнение значений стационарных температур на поверхности и рассчитанных по модели Арчарда (табл. 3.4) свидетельствует об их удовлетворительной сходимости. С уменьшением диаметра элек­тронного луча их расхождение увеличивается.

Таблица ЗА

Сравнение температуры на поверхности с рассчитанной но модели Арчардан

Dlr6	т °с	Т °С 1 р:кч* *--
0.25 0.5 0.7	270 221 195	279 223 196

Приведенные результаты расчетов температурных распределений в обрабатываемом материале показывают, что в некоторых случаях, например при малых диаметрах электронного луча (D/r₀« 1) или когда необходима информация о максимуме распределения, расчеты следует осуществлять с использованием более точного пространст­венного распределения энергетических потерь электронов.

Распределение температур в материале при воздействии электрон­ною луча можно также получить экспериментально, например по данным металлографического анализа структур при сварке. На рис. 3.4 представлена зависимость Т (х, t) -T —f(x) для ряда металлов.

Как видно, совпадение расчетов но модели мгновенного плоского источника на поверхности полубесконечного тела с эксперименталь­ными данными удовлетворительное.

;s4

Цх.')-Т_и. "С

_к

10^:

О

5)0. см^:

Рис. 3.4. Полулогарифмическая тлвиеимость функции

Т(х. 0 - 7о -J(x') для ряда металлов:

/ - железо; 2 - молибден; 3 - медь

Контрольные вопросы

1. Каковы основные особенности применения электронных пото­ков в электронике?

2. Назовите основные облаеги применения электронных пучков в технике.

3. От каких параметров электронного пучка зависит температура обрабатываемой подложки?

4. Каковы особенности распределения температуры по подложке при электронном облучении?

85