Прецизионная микро- и нанообработка изделий из труднообрабатываемых материалов, имеющих сложный пространственный контур, пучками быстрых атомов, получаемых в газоразрядной плазме путем ускорения и перезарядки ее ионов

Цель проекта - разработка физико-технологических основ прецизионной микро- и нанообработки изделий пучками быстрых атомов в плазме газового разряда низкого давления. Описание задач, предлагаемых к решению: 1. Исследование плазмы тлеющего разряда с электростатическим удержанием в рабочей вакуумной камере электронов и формирования в плазме концентрированных пучков быстрых атомов с помощью погруженных в нее сеток: 1.1. разработка методики заполнения однородной плазмой рабочей вакуумной камеры при давлении в ней инертных и химически активных газов порядка 0,1 Па, основанной на использовании тлеющего разряда между камерой, играющей роль полого катода, и анодом внутри нее; 1.2. изучение зависимостей от давления газа и тока разряда температуры электронов и концентрации заполняющей вакуумную камеру плазмы тлеющего разряда, а также массового и зарядового состава ионов и их распределения по энергии для определения условий обработки погруженных в плазму изделий; 1.3. исследование формирования с помощью погруженных в плазму сеток под отрицательным напряжением пучков быстрых нейтральных атомов, установление зависимости конфигурации пучка от давления газа, формы сетки и подаваемого на нее ускоряющего напряжения, а также определение компрессии формируемого сеткой пучка и ее зависимости от размера отверстий сетки. 2. Изучение воздействия концентрированных пучков быстрых атомов на погруженные в плазму изделия из проводящих и диэлектрических материалов: 2.1. разработка базирующегося на результатах экспериментальных исследований и моделирования научно обоснованного подхода к прецизионной микро- и нанообработке изделий пучками быстрых нейтральных атомов, формируемых с помощью погруженных в плазму сеток; 2.3. разработка конструкции экспериментальной установки, обеспечивающей возможность выполнения различных видов воздействия на поверхностный слой диэлектрических и проводящих изделий (травления, заточки, формирования на поверхности функциональных покрытий). 3. Исследование обработки микроинструмента и изделий в плазме концентрированными пучками быстрых атомов: 3.1. исследование нагрева и травления материалов в плазме пучками быстрых атомов для определения диапазона параметров, допустимых и необходимых при обработке изделий из диэлектрических и проводящих материалов, и достаточных для нагрева изделий до рабочей температуры; 3.2. изучение скорости травления материалов концентрированным пучком для оценки его технологических возможностей при формировании специфического рельефа, заточке рабочих кромок и других процессов поверхностной обработки изделий из диэлектрических и проводящих материалов. Ожидаемые результаты: - методика заполнения однородной плазмой рабочей вакуумной камеры при давлении в ней инертных и химически активных газов порядка 0,1 Па, основанной на использовании тлеющего разряда, и результаты измерения параметров плазмы; - зависимости характеристик пучков от геометрических параметров сеток, ускоряющего напряжения, концентрации плазмы в камере, состава и давления газа; - рациональные условия обработки изделий, погруженных в плазму тлеющего разряда; - научно обоснованный подход (базирующийся на результатах экспериментальных исследований и моделирования) к прецизионной микро- и нанообработке изделий пучками быстрых атомов, формируемыми с помощью погруженных в плазму сеток; - конструкция экспериментальной установки, обеспечивающей возможность выполнения различных видов воздействия на поверхностный слой диэлектрических и проводящих изделий (травления, заточки, формирования на поверхности функциональных покрытий); - результаты исследования процессов нагрева и травления изделий из диэлектрических и проводящих изделий в плазме пучком быстрых нейтральных атомов; - результаты исследования процессов формирования специфического рельефа и заточки рабочих кромок микроинструмента и изделий из диэлектрических и проводящих материалов; - рекомендации по возможному применению разработанных принципов прецизионной обработки изделий из диэлектрических и проводящих материалов, в том числе, имеющих сложный пространственный контур, пучками быстрых нейтральных атомов в плазме газового разряда.