3.2 Расчёт толщины двойного слоя, определяемой дебаевским радиусом

экранирования λ_D

Поверхность в плазме оказывается окруженной слоем из положительных ионов двойного слоя. Толщина двойного слоя определяется дебаевским радиусом экранирования

[2] (3.2)

где k – постоянная Больцмана, (k = 1,38·10^-23 Дж/К);

T_e – температура электронов (T_e = 4 эВ);

е – заряд электрона, (е = 1,6*10^-19 Кл);

n_i - поток ионов металла.

Подставляя значения T_e и n_i получаем

3.3 Расчёт потоков ионов металла и молекулярного газа в произвольной

точке на единицу площади в единицу времени n_i, n_г

Молекулы углерода, адсорбированные на поверхности конденсации, приводят к образованию соединений за счет диссоциативной хемосорбции путем возникновения двух ковалентных связей металл-углерод.

Потоки ионов металла и молекулярного газа в произвольной точке на единицу площади в единицу времени определяются соотношениями

, [2] (3.3)

, [2] (3.4)

где – среднее зарядовое число ионов хрома (=1,44); [2]

α_к – коэффициент конденсации (α_к=1 в нашем случае);

k – постоянная Больцмана,(k= 1,38·10^-23 Дж/К);

Р_г – давление газа, Па;

m – масса молекулы (для молекулярного газа) или атома

(для атомарного газа), кг;

Т – температура газа;

Давление газа составляет 266.6*10^-4 Па. Атомная масса атома бора составляет 17,946*10^-27 кг. Температура газа составляет 300 К. Тогда

3.4 Расчёт энергии, выделяемой на поверхности конденсации за

единицу Δq

На поверхности конденсации за единицу времени выделится энергия, определяемая соотношением

, [2] (3.5)

где U_п – отрицательное напряжение смещения на подложке относительно

плазмы, В;

– средняя энергия ионов, Дж (для Сr =122·10^-19 Дж) ; [2]

Q_к – энергия, выделяющаяся при конденсации одного иона, Дж.

, (3.6)

где Q_и – теплота испарения металла, кДж/моль;

(для Сr Q_и = 342 кДж/моль );

N_a – число Авогадро, 6,022·10²³ моль^-1;

Тогда энергия на поверхности конденсации за единицу времени

3.5 Расчёт количества газа, вступившего в реакцию с металлом nx

Количество газа, вступившего в реакцию с металлом, рассчитывается по формуле

, [2] (3.7)

где Т_ст – температура стенок камеры, К;

ε_r – интегральный коэффициент излучения наносимого материала;

Q_p – потенциальный барьер реакции;

Т_п – температура подложки;

σ – постоянная Стефана-Больцмана, Дж/с·м²·К⁴.

, (3.8)

где c – теплота образования, Дж (для CrB₂ с=50241.6 Дж);

N_a – число Авогадро.

Тогда количество газа, вступившего в реакцию с металлом

3.6 Расчёт содержания неметалла Cx в соединении

Если энергия Δq, подводимая к поверхности, достаточна для того, чтобы весь падающий на поверхность подложки поток газа образовал химическое соединение, то содержание неметалла С_x не зависит от энергии ионов и будет определяться только потоком n_г, т.е давлением газа, тогда

[2] . (3.9)

Подставляя числовые значения получим

или