GLASILO DRUŠTVA ZA VAKUUMSKO TEHNIKO SLOVENIJE LJUBLJANA, junij 93 letnik 13, št. 2, 1993 UDK 533.5.62:539.2:669-982 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/1(1993) ISSN 0351-9716 VSEBINA □ Vakuumska ploskovna izolacija (V. Nemanič) □ Kriostati in vakuumska tehnika (A. Pregelj, M. Mozetič, A. Paulin) □ Vakuumsko sušenje lesa v praksi (Ž. Gorišek) □ Spoji stekla s kovino v vakuumski tehniki (A. Šventner-Kosmos, S. Jerič) □ Izviri atomarnega vodika (M. Mozetič, M. Kveder, A. Pregelj, M. Drobnič) □ Površinska difuzija atomarnega vodika (M. Kveder, M. Mozetič, F. Brecelj, M. Drobnič) □ l-V karakteristike Ag/n-Si(111) Schottky-jeve bariere, nanesene po metodi curka ioniziranih skupkov, CIS (B. Cvikl, T. Mrdjen, M. Koželj, M. Kramberger) □ Lastnosti plazme v pilotski RF plazemski napravi (N. Jelič, M. Čerček, T. Gyergyek, M. Mozetič, M. Stanojevič) □ NASVETI Slike na naslovni strani prikazujejo: tunelsko mikroskopski posnetek valov gostote naboja na površini U-TaS2 (zgoraj levo) in pripadajoči elektronski uklon (zgoraj desno) ter elektronski uklon na 2H-NbS2 (spodaj levo) in ustrezni tunelski mikroskopski posnetek (spodaj desno). Posnetki so bili narejeni v Laboratoriju za elektronsko mikroskopijo na Institutu "Jožef Štefan" (iz članka v reviji Suface Science, 287 (1993) 409, avtorji: M. Remškar, A. Prodan in V. Marinkovič). SPONZORJA VAKUUMISTA: • Ministrstvo za znanost in tehnologijo Slovenije • BALZER5 Balzers Hochvakuum Ges. m.b.H., Dunaj □ VAKUUMIST □ Izdaja Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije □ Glavni in odgovorni urednik: Peter Panjan p Uredniški odbor: Andrej Demšar, dr. Jože Gasperič (urednik za področje vakuumske tehnike in sistemov), dr. Bojan Jenko, dr. Monika Jenko (urednica za področje vakuumske metalurgije), dr. Alojzij Križman, mag Miran Mozetič, mag. Vinko Nemanič, Marijan Olenik, Bojan Paradiž, Andrej Pregelj, dr. Vasilij Prešern, mag. Bojan Povh in dr. Anton Zalar o Lektorja: dr. Jože Gasperič in mag. Bojan Povh o Naslov: Uredništvo Vakuumista, Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, Teslova 30, 61000 Ljubljana, tel. (061)267-341 o Številka žiro računa: Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, 50101-678-52240 □ Grafična obdelava teksta: Jana Strušnik □ Grafična priprava in tisk: Biro M, Žibertova 1, Ljubljana □ Naklada 400 izvodov 178 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/2(1993) NASVETI Dipl.ing. Silvo OSET iz Šentjurja, ki se ukvarja z konstruiranjem in izdelavo vakuumskih naprav, nas je vprašal za nasvet v zvezi z izbiro črpalk za vakuumsko sušenje lesa. Naprosili smo doc. dr. Željka Goriška iz Biotehnične fakultete, Odd. za lesarstvo iz Ljubljane, da je pripravil kratek sestavek o sušenju lesa v vakuumu, ki ga objavljamo v tej številki Vakuumista. Za vakuumiste bo gotovo zanimivo branje, saj do sedaj o tem nismo pisali. Ker se pri vakuumskem sušenju lesa uporabljajo črpalke s tekočinskim obročem, smo se pozanimali tudi pri proizvajalcu ie-teh, v Litostroju, Tovarna črpalk, Ljubljana. G. Janez Simčič nam je poslal dopis in prospekt za enostopenjske in dvostopenjske črpalke s tekočinskim (vodnim) obročem različnih kapacitet, ki dosegajo končni totalni tlak 213 mbar (enostop.) oz. 40 mbar (dvostop.) V dopisu nas obvešča, da imajo v načrtu preizkus črpalke z oljnim obročem z avtonomnim sistemom separatorja oljnih par in hladilniki olja. Nekaj podobnega bi torej potrebovali za izdelavo vakuumske črpalne naprave za sušenje lesa, kjer bi bile uporabljene "domače" črpalke. Jože Gasperič Kako izmeriti parametre plazme? Mnogi razvojni inženirji uporabljajo pri svojem delu različne plazemske tehnologije. Običajno plazemskih reaktorjev ne izdelajo sami, ampak jih kupijo pri različnih proizvajalcih vakuumske opreme. Takšni reaktorji so marsikje odlična oprema za točno določeno aplikacijo. Pogosto pa želimo tehnologijo plazemske obdelave nekoliko spremeniti. V teh primerih je ugodno, da vsaj približno vemo, kakšna je naša plazma. Z drugimi besedami, izmeriti moramo čimveč parametrov plazme. Stanje plazme popolnoma opišemo z več deset količinami, vendar nam včasih zadoščajo že njeni osnovni parametri, to so gostota nabitih delcev ali kratko gostota plazme (n), temperatura elektronov (Te), Debyejeva dolžina (\o) in potencialna razlika med plazmo na mestu sonde in referenčno elektrodo ali kratko potencial plazme (Vs). Za merjenje parametrov obstajajo različni masno - energijski analizatorji, ki imajo dve skupni lastnosti, namreč, visoko ceno (od - 100 000 DEM naprej) in težavno tolmačenje rezultatov (senzor v večini primerov tako močno zmoti plazmo, da je naprava uporabna samo za analizo toka delcev na izbrano površino komore). Vendar pa obstajajo preproste in cenene sonde, s katerimi lahko v večini primerov vsaj približno določimo osnovne parametre. To so Langmuirjeve sonde. Najpreprostejša Langmuirjeva sonda je drobna kovinska elektroda, ki jo potopimo v plazmo in priključimo na izvir enosmerne napetosti. Druga elektroda je kovinski del razelektritvene komore, ki jo plazma obliva. Če je plazma homogena, izotropna, dovolj gosta in dovolj močno ionizirana in če so dimenzije sonde pravilno izbrane, lahko iz karakteristike sonde (odvisnost toka od napetosti) izračunamo vse štiri osnovne parametre (n, Te, Vs in xo)- Plazma ni nikdar popolnoma homogena, izotropna itd., zato v večini praktičnih primerov potrebujemo nekaj več znanja za pravilno tolmačenje karakteristike ali pa izberemo drugačno sondo (za pametno izbiro spet potrebujemo nekaj izkušenj). Preproste Langmuirjeve sonde delimo na enojne, dvojne, emisijske in katalitične. V nadaljnjem besedilu na kratko predstavljamo vse štiri tipe sond. - Enojna sonda je opisana zgoraj. Z njo lahko dokaj natančno izmerimo n, Te, Vs in xd. Daje tudi podatek o energijski porazdelitvi elektronov v plazmi. Postane neuporabna v nestabilnih plazmah. Je zelo občutljiva za RF motnje. - Dvojna sonda je sestavljena iz dveh enako velikih drobnih elektrod, katerih dimenzija naj bo vsaj 10 \o, razdalja med elektrodama pa vsaj 100 ad- Z njo izmerimo n, Te in \o- Nepogrešljiva je v steklenih sistemih, kjer ni na voljo referenčne elektrode ali pa je le ta majhna. Je razmeroma neobčutljiva za RF motnje. Uporabna je tudi v dokaj nestabilnih plazmah. Parametre plazme pravilno določimo samo v primeru, ko je energijska porazdelitev elektronov vsaj približno maxwellska. - Emisijska sonda je pravzaprav majhna katoda, iz katere izparevajo elektroni (običajno žička iz toriranega volframa). Z njo v vsakem primeru dokaj natančno izmerimo Vs. - Katalitična sonda je drobna kovinska elektroda, ki je priključena na zelo tanki žici termočlena. Deluje kot enojna sonda, le da so rezultati meritev nekoliko manj natančni. Poleg n, Te, Vs in ad meri tudi stopnjo disociiranosti molekul v nekaterih vrstah plazme. Vse štiri tipe sond so uporabili v različnih oblikah za karakterizacijo najrazličnejših plazem. Literatura s področja Langmuirjevih sond je izredno obsežna. Večina člankov, ki so bili objavljeni v strokovnih revijah do začetka petdesetih let, napačno tolmači rezultate meritev karakteristik. Klasičen učbenik s tega področja je knjiga J. D. Swift and M. J. R. Schwar, Electrical Probes for Plasma Diagnostics, lliffe Books Ltd., London (1969). Podrobnejša navodila za izdelavo in uporabo različnih vrst sond bomo pripravili za objavo v prihodnjih številkah Vakuumista. Miran Mozetič in Miha Kveder, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 61111 Ljubljana 179 ISSN-0351 -9716 VAKUUMIST 13/2(1993) YOUR PARTNER FOR ADVANCED VACUUM TECHNOLOGY TURBOMOLECULAR PUMPS • Single and Double-flow standard pumps • Wide range pumps • Pumps with magnetic bearings • Pumps for corrosive gas applications • Electronic drive units For further details, information and documentation please contact our sales engineer Ing. Karl Blumel. LEAK DETECTOR • SNP coarse vacuum leak detector system • H LT 100 helium leak detector • HLT 160 helium leak detector • Frigo Sniff RXS 200 (for R134 a) Balzers Hochvakuum Ges. m.b.H. Diefenbachgasse 35 A-1150 Wien Tel. (0222) 894 17 04, 894 17 05 Telefax (0222) 894 17 07 VAKUUMIST 13/1(1993) ISSN 0351-9716 61000 LJUBLJANA, LEPI POT 11, POB 431, SLOVENIJA Telefon: 061 151 161 Telefax: 061 213 780 RAZISKAVE, RAZVOJ, STORITVE: Poswlek inter- in iranskrislalncua prelo- Oprema ; > 1 1 - 1 1 C A 3 SUStftJJt Slika 3. Potek diskontinuiranega vakuumskega sušenja: (--—) - vlažnost lesa, (-.....) - vrelišče, (- ■ - • -) - temperatura lesa 14 VAKUUMIST 13/3 (1993) ISSN 0351-9716 Slika 6. Povezava in krogotok vakuumske črpalke. 1 -vakuumska črpalka, 2 - elektromotor, 3 - izhodna cev iz sušilnega valja, 4 - odtok olja in vodne pare v zbiralnik, 5 - dotok olja v črpalko, 6 - mazanje tesnil črpalke, 7 - zbiralnik, 8 - sifon za odstranjevanje kondenzirane vode, 9 - odprtina za izhod zraka in vodne pare, 10 - pnevmatski bat, 11 - ventil, 12 -črpalka tokokroga olja skozi hladilno napravo, 13 - hladilna naprava. toplote (si. 5). Iz valja, ki je v fazi evakuiranja, se vodi para v toplotni izmenjevalnik, kjer se kondenzira in segreva valj, ki je v fazi segrevanja. Ko se les v prvem valju zaradi izparevanja ohladi pod temperaturo vrelišča, se fazi v obeh valjih zamenjata. 6 Viksokofrekvenčni vakuumski postopek Visokofrekvenčni vakuumski postopek izkorišča visokofrekvenčne valove za prenos energije na les in omogoča sušenje pri kontinuiranem evakuiranju. Les se brez razmikanja naloži na kovinske plošče, ki hkrati rabijo tudi kot elektrode. Vlaga se izloča skozi vakuumsko črpalko in serijo vodnih kondenzatorjev. Podtlak se v sušilnem valju doseže s hidravlično vakuumsko črpalko. Doseženi tlaki ustrezajo temperaturi vrelišča vode od 25°C do 45°C. Povezava hidravlične črpalke, elektropnevmatske skupine in oljnega zbiralnika je prikazana na sliki 6. Evakuiranje se prekine, ko se les ohladi pod temperaturo vrelišča in se izparevanje močno zavre. V sušilnem valju se vzpostavi normalni tlak in ponovi faza sergevanja (si. 3). Za diskontinuirano konvek-cijsko vakuumsko sušenje je shema sušilnega valja prikazana na sliki 4. Slika 4. Presek sušilnega valja konvekcijske vakuumske sušilnice. 1 - glavna stena val-jastega sušilnika, 2 - kovinski plašč, 3 -medprostor, v katerem kroži vroča voda, 4 - dovodni zbiralnik, 5 - povratni zbiralnik, 6 - kovinska pregrada, 7 - vstop ogretega zraka v zložaj, 8 - izstop uporabljenega zraka, 9 - notranjost sušilne komore, 10 - zložaj lesa, 11 - usmerjevalnik zraka, 12 - os za premikanje usmerjevalnika zraka, 13 - pregibna membrana, 14 - ventilator, 15 - motor ventilatorja, 16 - termična izolacija, 17 -voziček Slika 5. Shema delovanja in prihranek energije pri povratnem izkoriščanju toplote Učinkovitost glede porabne energije pri konvek-cijskem diskontinuiranem vakuumskem sušenju je možno povečati z izkoriščanjem odpadne povratne toplotne (rekuperacija). Sušilno napravo sestavljata dva valja, ki delujeta ciklično v nasprotnih fazah in imata skupno vakuumsko črpalko in izmenjevalnik 7 Časi sušenja in poraba energije Primerjava časov vakuumskega sušenja v praksi in izračunanih časov normalnotemperaturnega konvek-cijskega sušenja kaže na učinkovito sušenje v vakuumu, saj je v povprečju za 30 do 40 % hitrejše. Zlasti je opazna večja prednost vakuumskega sušenja pri debelejših sortimentih problematičnejših lesnih vrst. Deklarirani podatki proizvajalcev so iz komercialnih razlogov za prakso nerealni, saj bi bili časi pri 15 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/3 (1993) tanjših sortimentih do dvakrat, pri debelejših pa tudi več kot petkrat krajši od časov kovencionalnega sušenja. Specifična poraba energije na kg izločene vode je pri kontaktnem vakuumskem sušenju za 35 do 55 % večja kot v normalnotemperaturnih konvekcijskih sušilnicah /8/. Bolj vzpodbuden je podatek za diskon-tinuirano sušenje z rekuperacijo, pri katerem je poraba manjša še za 15 do 25 % oz. skupaj za 40 do 85 %. Manjša poraba energije je bila izmerjena tudi pri vakuumskem postopku v pregreti pari; pri sušenju iglavcev je specifična poraba na 1 kg izločene vode 0,5 do 0,8 kWh, pri hrastovini pa 1,49 kWh. 8 Sklep Pri vakuumskem sušenju gre v principu za sušenje v pregreti pari, le da je zaradi podtlaka temperatura znižana, zato je to sušenje mnogo bolj prizanesljivo, kar je pomembno zlasti za sušenje lesnih vrst, ki ne prenesejo višjih temperatur (hrast, javor). Kontinuirano vakuumsko sušenje je zlasti primerno za debelejše Sortimente gostejših iglavcev, medtem ko se za občutljive drevesne vrste odsvetuje diskontinuirano vakuumsko sušenje. Važen moment je tudi dejstvo, da sušenje poteka pri znatno zmanjšani prisotnosti kisika, kar vsekakor zmanjšuje možnost obarvanja. Sušenje v vakuumu znižuje temperaturo destilacije, zato se iz-parljivi deli smol izločijo, ostanki pa kristalizirajo, kar preprečuje kasnejše iztekanje smole. Časi sušenja so daljši od proklamiranih, kar nas navdaja s pomislekom, če so sušilnice v praksi maksimalno izkoriščene. Vendar pa so časi še vedno dovolj kratki, da omogočajo fleksibilno proizvodnjo zlasti zato, ker je vakuumsko sušenje primerno za vse drevesne vrste. Velika hiba, če jo smemo tako imenovati, je majhna kapaciteta (3 do 20 m3 oz. do 40 m3 v tandemu), ki pa se v zadnjem času izboljšuje, saj se gradijo komore tudi s kapaciteto do 120 m3. Vakuumsko sušenje trenutno še ne velja kot alternativa, temveč le kot koristna in fleksibilna dopolnitev. V vakuumu je težavno tudi sušenje zelo vlažnega lesa, zato se priporoča, da začetna vlažnost ne bi presegla 50 %. Investicijski stroški (po m3 neto prostornine) so precej visoki, zlasti za konvekcijske sušilnice, ki imajo poleg vseh elementov klasične sušilnice še dodatni agregat za evakuiranje. Prav tako je treba računati na visoke stroške vzdrževanja grelnih plošč in nenehnega kontroliranja ter odpravljanja korozije. 9 Literatura /1/ L. Bollmann, Leitfaden der Schnittholztrocknung. Rielasinger, 1985, p. 90 /2/ B. Pagnozzi, Die trocknung gesägten Holzes im Vakuumverfahren am Vergleich mit den traditionellen Ventilationssystemen, Mespell Broschüre Nr. 2, 1977 /3/ S. G. Mastera, Die Vakuumtrocknung von Holz, Holz und Kunststoffverarbeitung, 11 (1979) 929-930 /4/ J. Strubing, Vakuumtrocknung von Schnittholz, Holz und Kunststoffverarbeitung, 5 (1979) 450-451 151 T. Trubswetter, Die Vakuumtrocknung - Diskussion einiger Fragen zur Anwendbarkeit in der Praxis. Holz und Kunststoffverarbeitung, 11 (1979) 926-927 /6/ R. A. Haris, M. A. Taras, Comparison of moisture content distribution, stress distribution and shrinkage of red oak lumber dried by radiofrequency/vacuum drying process and a conventional kiln, Forest Products Journal. 34(1), 44-54 /7/ D. Noack, Sonderverfahren der Holztrocknung: Vakuumtrocknung, Holzwirtschafliches Jahrbuch No. 15. DRW - Verlags -GMBH, Stuttgart, 1965, 171-183 /8/ A. Teischinger, Die technische Holztrocknung heute, Internationaler Holzmarkt, 72 (3), 1981. 5-6 NOVA KNJIGA Vakuumska tehnika za srednješolske predavatelje, urednik J. Gasperič, Društvo za vakuumsko tehniko Slovenije, junij 1993, 113 str., 84 slik Knjigo lahko naročite na naslov: DVT Slovenije, Teslova 30, 61111 Ljubljana, ali po telefonu (061) 263 461 (dr. Bojan Jenko, Andrej Pregelj) 16 VAKUUMIST 13/2(1993) ISSN 0351-9716 SPOJI STEKLA S KOVINO V VAKUUMSKI TEHNIKI Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Alenka Šventner-Kosmos in Smiljan Jerič, Teslova 30, 61111 Ljubljana GLASS TO METAL SEALS IN VACUUM TECHNIQUE ABSTRACT The glass to metal seal enables vacuum tigth permanent seal. A bond between glass and metal is formed by interaction on the contact surface, and can be direct or formed by an oxide layer. According to the grade of the matching between the expansion of the metal and glass, the matched and unmached seals are known. Matching between the expansion of metal and glass avoids stresses in the seal. Stresses in seals are influenced also by the cooling rate from working conditions to the room temperature. Glass to metal seals, working techniques, and properties of mached and unmached seals are presented. POVZETEK Ena od možnosti za permanentno spajanje v vakuumski tehniki je spoj med steklom in kovino. Ta vez je posledica interakcije na kontaktni površini in je lahko direktna ali pa poteka preko oksida. Glede na stopnjo ujemanja temperaturnih raztezkov kovine in stekla poznamo usklajene in neusklajene spoje. Ujemanje temperaturnih raztezkov prepreči napetosti v spoju. Na napetosti vpliva tudi hitrost ohlajanja s temperature izdelave spoja na sobno temperaturo. V članku je podan pregled spojev štela s kovino, našteti so postopki izdelave in opisane značilnosti usklajenih in neusklajenih spojev. 1 UVOD Vakuumski sistemi so pogosto sestavljeni iz različnih komponent, ki se razlikujejo po materialu in obliki. Komponente med seboj povežemo z ustreznimi vakuumskimi spoji. Glede na trajnost lahko spoje delimo na /1/: - trajne (permanentne) - semipermanentne - razstavljive K permanentnim spojem spadajo tudi spoji stekla s kovino. 2 Spoji stekla s kovino Spoje stekla in zlate folije so poznali že stari Egipčani /2/. Prvi vakuumsko tesni spoji platinske žice in mehkega stekla so se pojavili na začetku 19. stoletja. Bili so osnova za razvoj Edisonove žarnice, prvih elektronk, tudi rentgenskih. Uporaba spoja se je razširila v industriji žarnic, elektronk, pol prevod niških elementov in vakuumskih naprav. Platino so zamenjale druge kovine, največkrat posebne vrste jekel (FeNi, FeNiCo, FeNiCr) v kombinaciji z ustreznimi stekli. Da bi dobili vakuumsko tesen spoj stekla s kovino, morajo biti izpolnjeni naslednji pogoji /1)/ 1. Dobra adhezija med kovinsko površino in steklom 2. Temperaturna razteznostna koeficienta stekla in kovine se morata ujemati, ali pa moramo uporabiti plastične in elastične lastnosti nekaterih kovin 3. Kontrolirati moramo proces hlajenja, da čimbolj zmanjšamo napetosti v spoju 4. Izbrati moramo obliko spoja, ki zagotavlja minimalne in nenevarno orientirane napetosti Dobro vez med steklom in kovino dobimo samo, če na kontaktni površini pride do interakcije. Marsikje ta mehanizem še ni teoretično razložen. Eksperimentalni rezultati potrjujejo, da je adhezija stekla s kovino posledica direktne vezi ali pa vezi preko oksida. Pri direktni vezi stekla s kovino nimamo vmesne prehodne plasti. Tak spoj je lahko vakuumsko tesen, vendar vez navadno ni močna. Spoji stekla s kovino so mehansko trdnejši, če je med njima plast oksida. Slednja vsebuje mešanico nižjih oksidov na površini kovine do višjih, ki se topijo v steklu. Zanesljivost spoja določa debelina (100-1000 A) in vrsta oksida ter enakomernost plasti. io'6 io" io12 "(/T £ 10.0 O X. 108 05 O 5 10* o ji tn 10< IO* 1 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Temperatura (°C) Slika 1. Temperaturna odvisnost viskoznosti pri trdem steklu /3/ 3 Ekspanzijsko ujemanje Glede na ujemanje temperaturnih raztezkov stekla in kovine razlikujemo: a) usklajene spoje: sestavljeni so iz komponent, ki imajo enake toplotne raztezke b) neusklajene spoje: različne raztezke kompenziramo s plastično deformacijo kovine ali z velikimi tlačnimi napetostmi, ki delujejo na steklo. 1 1 1 1 , | . j i | i | i \ Točka popuščanja - V*— Točka zmehčišča . Delovno ( \ območje \ ~~ Področje - taline . 1 , L !,I,I,I,I. Prispevek je bil predstavljen na 1. srečanju vakuumistov Slovenije in Hrvaške v Zagrebu. 17 ISSN 0351-9716 VAKUUMI ST 13/2(1993) Slika 2. Relativni temperaturni raztezek stekla, Tg, DP inLDP/1/ Tg temp. prehoda iz stanja podhlajene tekočine v steklasto stanje LDP, DP deformacijska temp. Al/l = a. 7" relativni raztezek A///. 1/AT = termični razt. koef 60.10'7 K Trda stekla: temperaturni razteznostni koefi- cient < 60. W K /4/ V posameznih primerih kovino pred spajanjem s steklom prevlečemo s plastjo druge kovine, da dobimo spoje z bolj usklajenimi raztezki. Na sliki 1 je prikazana temperaturna odvisnost viskoznosti za trdo steklo, ki je ena od osnov za oblikovanje stekla /3/. V področju taline je viskoznost 5-50 Pa.s, v delovnem območju pa je večja: 103-107 Pa.s, v območju popuščanja je še večja: 1011,5-1012,5 Pa.s. Viskoznost je primarna lastnost, ki določa temperaturno območje obdelave in popuščanja notranjih napetosti stekla. Praktične operativne točke določimo z merjenjem viskoznosti (slika 1). Najbolj pogosto definiramo točko popuščanja: to je temperatura, pri kateri se notranja napetost bistveno zmanjša v 15 minutah (ekvivalentna viskoznost je 1q12,6 pa s) ¡n točko zmehčišča, ki je pri viskoznosti 106'6 Pa.s. 100 200 300 400 500 600 70C 800 Temperatura fC) Slika 4. Termični raztezki kovin in zlitin, uporabnih za spoje s steklom /1/ (Tc - Curiejeva temp., t.j. temp. prehoda iz feromagnetnega v para-magnetno stanje) 01 i 2 <1- 0-4 O) 02 0 1 O 0 1 ■02 ■03 s eklo h v j. i K ovina r /V /V f' / f\ \ \ / \ \ t . _ Temperatura (°C) Slika 5. a) Precej dobro usklajeni dilataciji za steklo in kovino omogočata spoj, b) Razlike v raztez-kih med gradnikoma spoja /1/ Pri termičnih raztezkih kovin in stekel ne primerjamo le posameznih vrednosti, ampak celotno dilatacijsko karakteristiko. Do upogibne točke T (transformacijska temp.) je raztezek stekel linearno odvisen od temperature (sliki 2 in 3). 18 VAKUUMIST 13/3 (1993) ISSN 0351-9716 Pri višjih temperaturah raztezek narašča hitreje. Pri čistih kovinah razteznost s temperaturo linearno narašča, pri nekaterih zlitinah je do upogibne točke linearen (Tc Curiejeva temp.), nad njo pa narašča hitreje (slika 4). Potek razlike med raztezki kovine in stekla najbolje predstavimo s krivuljami (slika 5), ki jih dobimo iz dilatacijskih. Različen potek raztezkov povzroča napetosti in njihovo prehajanje iz tlačnih v natezne med ohlajanjem od temperature spajanja na sobno temperaturo; za steklo je najbolje, da je ves čas tlačno obremenjeno. 4 Kontrola ohlajanja, popuščanje Hitrost ohlajanja zelo vpliva na trdnost spoja stekla s kovino. Pri visokih temperaturah relativno nizka viskoznost stekla ne omogoča razvoja napetosti. Pri hlajenju viskoznost močno naraste in ne more priti do izravnanja napetosti, nastalih zaradi razlik v skrčkih posameznih delov. Posledica so napetosti, ki med ohlajanjem spremenijo vrsto in velikost. Take prehodne napetosti so lahko velike, vendar ne smejo presegati meje, pri kateri steklo poči ali pa popusti vez med steklom in kovino. Končne napetosti v spoju morajo biti tlačne in čim manjše. Tabela 1 : Pogoji popuščanja spojev steklo-kovina /1/ tip debelina t* hitrosti hlajenja stekla (mm) (min) trda <3 10 od 600°C max. 15°C/min stekla (za perfektno popuščanje l°C/min.) 3-12 10-20 3°C/min do 300°C, nato naravno hlajenje mehka <2 10 od 500°C 10 - 15°C/min stekla 2-10 10-20 3°C/min do 250°C, nato naravno hlajenje * zadrževalni čas pri temperaturi popuščanja : Mehka stekla: soda-apno-silikatna stekla Pb-alkalno-silikatna stekla Trda stekla: Al-borosilikatna borosilikatna /5/ 5 Oblike spojev Oblika lahko odločilno vpliva na lastnosti spoja. Osnovne geometrijske oblike so: a) ploščati spoj, b) krožni notranji spoj, c) krožni zunanji spoj (slika 6). Celoten spoj je sestavljen iz enega ali več takih elementov. Pri ploščatem spoju (a) je kontaktna površina med steklom in kovino ravnina. Notranji spoj (b) ima kovino znotraj stekla, zunanji (c) pa zunaj. ploščati spoj krožni notranji spoj krožni zunanji spoj Slika 6. Osnovne oblike spojev stekla s kovino 111 6 Izdelava spoja Postopki pri izdelavi spoja steklo-kovina obsegajo: - pripravo kovinskih delov (oblikovanje, čiščenje, raz-plinjevanje, oksidacija) — pripravo steklenih delov (rezanje, oblikovanje, čiščenje) — spajanje kovine s steklom - dokončanje spoja (čiščenje). Material za kovinske dele oblikujemo in končno mehansko (peskanje) ter kemično obdelamo površino. Kovinske dele razplinimo v vakuumu ali v vodiku, da spoj ne vsebuje mehurčkov. Da bi dobili močno vez in tesen spoj, mora največ kovin imeti oksidirano površino. V ta namen kovinske dele segrejemo v plamenu gorilnika, v peči ali z električnim gretjem. Temperaturo, čase segrevanja in atmosfero izberemo za vsak primer posebej. Koristno je, če spoj izdelamo v dveh stopnjah: najprej oksidiramo kovino, nato pa naredimo spoj. To storimo posebno pri kovinah, kjer je hitrost oksidacije kritična in jo težko kontroliramo. Da bi se izognili vključkom v spoju, moramo steklene dele pred spajanjem zadovoljivo očistiti. Ostanki anorganskih materialov na steklu ne zgorijo v plamenu, ampak ostanejo vgrajeni v njem. To lahko povzroči lokalne napetosti v spoju. Za segrevanje kovinskih in steklenih delov med spajanjem, predgretjem in popuščanjem uporabljamo plamenske ali električne postopke. Plamenske tehnike uporabljamo pri ročno izdelanih spojih in pri spojih z visoko stopnjo avtomatizacije pri obdelavi. Električno uporovno gretje lahko uporabljamo le v primerih, kjer oblika kovine omogoča enakomerno gretje. Uporabljamo tudi indukcijsko gretje, pri katerem kovinski del segreje tudi steklo. Ko postane mehko, se oblikuje s pihanjem, centrifugalno ali z gravitacijo. 19 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/2(1993) 7 Neusklajeni spoji Pri spajanju kovin in stekel, ki imajo preveč različne razteznostne koeficiente za kvaliteten usklajen spoj, lahko uporabimo specialne tehnike. Napetosti, ki se razvijejo v ekspanzijsko neusklajenih spojih, zmanjšamo bodisi z deformacijo (elastično ali plastično) kovine ali pa tako, da so vse nastale napetosti v steklu tlačne (kompresijske). Prva vrsta spojev so House-keeperjevi, druga pa tlačni. 7.1 Housekeeperjevi spoji Naredimo jih lahko s katerokoli vrsto stekla, če le materiali ustrezajo naslednjim pogojem: 1. Raztezek kovinskega dela mora biti večji od raztez-ka stekla, kar omogoča tlačne napetosti na površino steklo-kovina. 2. Kovina mora biti dovolj mehka in tanka, da se lahko plastično deformira in tako sledi dimenzijskim spremembam med ohlajanjem spoja. 3. Kovina mora tvoriti močno vez s steklom. 4. Oblika in dimenzije spoja morajo biti zasnovane tako, da zagotavljajo veliko kontaktno površino med kovino in steklom. Izogibati se moramo natez-nim napetostim v kateremkoli delu spoja. Kovine, ki ustrezajo tem pogojem so baker, platina, jeklo in molibden. 7.2 Tlačni spoji stekla s kovinami Slabo ujemanje med raztezkoma stekla in kovine lahko v nekaterih primerih premostimo z oblikovanjem spoja, ki na steklo deluje samo s tlačnimi silami. Različni tlačni spoji so predstavljeni na sliki 7. Poznamo naslednje kombinacije tlačnih spojev stekla s kovino /2/: 1. Temperaturni razteznostni koeficient «1 zunanjega kovinskega obroča ali dela ohišja je enak koeficientu stekla «2 (ta dva tvorita usklajen spoj) in je večji od koeficienta prevodnice ca: 0t1 = «2 > (X3 2. Temperaturni razteznostni koeficient zunanjega kovinskega obroča ali dela ohišja «1 je večji od koeficienta stekla u2, ki pa je enak koeficientu prevodnice «3. Prevodnica in steklo tvorita usklajen spoj: ai > «2 = «3 3. Temperaturni razteznostni koeficient obroča ali ohišja «i je enak koeficientu prevodnice «3, vendar večji od koeficienta stekla az: «1 = «3 > «2 2 1 2 3 1 U S? J UJ Slika 7. Shematski prikaz različnih oblik tlačnih spojev (1 - zunanji kovinski obroč, 2 - steklo, 3 -prevodnica, 4 - kovinska cev) 121 Tehnologijo izdelave tlačnih spojev stekla s kovino smo pri razvoju in proizvodnji subminiaturnih her-metičnih relejev, tenziometrov in prevodnic osvojili tudi na IEVT. Taki spoji so mehansko odporni. Prenesejo velike tokovne obremenitve in temperaturne šoke, vendar le, kadar je temperaturna obremenitev usmerjena od prevodnice navzven. Kadar ta pogoj ni izpolnjen, se pojavijo razpoke ob prevodnici in pride do porušitve spoja. 8 Sklep Spoji stekla s kovino so ena od možnosti za permanentno spajanje komponent v vakuumski tehniki. Pri izdelavi takega spoja moramo med drugim upoštevati stopnjo usklajenosti toplotnih raztezkov obeh gradnikov. Glede na to razlikujemo usklajene in neusklajene spoje. Poskrbeti moramo za primerno popuščanje in obliko spojev. 9 Literatura /1/ A. Roth, Vacuum Sealing Techniques, Pergamom Press, Oxford, 1966 /2/ M. Jenko, Zbornik predavanj simpozija o elektronskih sestavnih delih na materialih, SD-86. Otočec 1986, 327-330 /3/ W. D. Kingery, Introduction to Ceramics, John Wiley and Sons, New York, London, Sidney, 1967, 572-573 /4/ Zbornik predavanj: Osnove vakuumske tehnike, urednik dr. J. Gasperič, založilo DVTS, Ljubljana 1984 /5/ W. H. Kohl, Handbook of Materials and Techniques for Vacuum Devices, Reinhold Publishing Corporation, New York, 1967, 10 20 VAKUUMIST 13/2(1993) ISSN-0351-9716 IZVIRI ATOMARNEGA VODIKA Miran Mozetič, Miha Kveder, Andrej Pregelj in Matjaž Drobnič*, Inštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 61000 Ljubljana, ♦Institut "Jožef Štefan", Jamova 39, 61000 Ljubljana Atomic hydrogen sources Abstract Recently developed atomic hydrogen sources based on electron impact dissociation of molecular hydrogen are described. A source is a cylindrical vessel made of glass with a low recombination coefficient. Free electrons are produced and accelerated by an inductively coupled RF generator with the maximum output power of 700 W. The degree of the dissociation of hydrogen molecules and the flow of hydrogen atoms at the output throttle of the source are controlled by the effective pumping speed, the input flow of molecular hydrogen, and the output power of the RF generator. The flow of atomic hydrogen is measured with catalytic probes. The flow up to 1019 atoms per second was obtained. Povzetek Opisujemo izvire atomarnega vodika, ki temeljijo na disociaciji molekul vodika pri trkih z elektroni. Izvir je cev, narejena iz stekla z nizkim rekombinacijskim koeficientom. Proste elektrone produciramo in pospešimo z induktivno vezanim RF generatorjem z maksimalno izhodno močjo 700 W. Stopnjo disociiranosti in pretok atomarnega vodika na izhodu izvira kontroliramo z efektivno črpalno hitrostjo, vpustom molekularnega vodika in izhodno močjo RF generatorja. Pretok atomarnega vodika merimo s katalitičnimi sondami. Dosegli smo pretoke do 1019 atomov na sekundo. 1 UVOD Pri sodobnih vakuumskih tehnologijah se pogosto srečamo z izviri najrazličnejših delcev, ki jih uporabljamo za obdelavo površin. Delci so lahko nabiti ali električno nevtralni, počasni (termični) ali hitri (pospešeni), lahki ali težki. Edina skupna lastnost teh delcev je, da jih težko pridobimo proste v zadostnih koncentracijah. Pričujoči članek na kratko opiše izvire atomarnega vodika, ki smo jih razvili na IEVT. 2 VODIKOVA PLAZMA Za izvire delcev se po večini uporablja plazma. Vrsta plinske mešanice in način vzbujanja plazme sta odvisna od specifičnih potreb. Za izvir atomarnega vodika smo vzeli RF vodikovo plazmo. V stekleno komoro premera 4 cm vpuščamo vodik iz jeklenke. Okrog komore je ovita tuljava, ki je priključena na RF generator s frekvenco 27,12 MHz in največjo izhodno močjo 700 W. Moč, ki jo dovajamo plazmi, lahko razmeroma dobro kontroliramo s številom ovojev tuljave. V razelektritveni komori dobimo šibko ionizirano vodikovo plazmo s temperaturo elektronov okoli 5.104 K (povprečna kinetična energija reda nekaj eV). Gostota plazme je odvisna predvsem od tlaka plina in izhodne moči RF generatorja. Parametre plazme merimo z dvojno električno sondo /1/. Slika 1 prikazuje odvisnost gostote plazme od tlaka pri različni moči RF generatorja. Opazimo, da je gostota plazme razmeroma majhna, največ 1016/m , kar prinese stopnjo ioniziranosti (razmerje med gostoto ionov in gostoto nevtralnih delcev) reda 10'6. Takšna plazma zanesljivo ni najboljša za izvir nabitih delcev, je pa izredno primerna za izvir nevtralnih atomov vodika. Gostota atomov vodika v takšni plazmi je namreč bistveno večja od gostote ionov. Tako smo dosegli stopnjo disociiranosti (razmerje med gostoto atomov in gostoto vseh delcev) 60% in to v razmeroma širokem območju tlakov /2/. jn is .V 16 |xlOIS/.|-J| M 12 10 o m .<« i.-» imi j», H/VI Slika 1. Gostota plazme v izviru atomarnega vodika. Poskusimo razložiti visoko stopnjo disociiranosti v tako redki plazmi. Tabela 1 prikazuje nekatere procese, ki potekajo v vodikovi plazmi pri trkih elektronov s težkimi delci. Energijski prag za disociacijo je 8.5 eV, za ionizacijo atoma vodika pa 13.6 eV. Razlika je razmeroma majhna. Tudi ob upoštevanju dejstva, da je visokoenergijski "rep" elektronske porazdelitve v plazmi eksponenten, bi pričakovali razmerje med stopnjo disociiranosti in stopnjo ioniziranosti kvečjemu 102, nikakor pa ne 105 ali 106, kot jo dejansko izmerimo. Za ravnovesno koncentracijo delcev v nizkotlačni plazmi je namreč zelo pomembna rekombinacija delcev na površini komore, v kateri plazmo generiramo. Kakršnakoli površina že je, med plazmo in steno posode je vedno padec potenciala (ki skrbi za to, da je gostota toka elektronov na steno enaka gostoti toka pozitivnih ionov), ali z drugimi besedami, na površini je vedno dovolj elektronov, ki čakajo na rekombinacijo s pozitivni ioni. Prispevek je bil predstavljen na 1. srečanju vakuumistov Slovenije in Hrvaške v Zagrebu. 21 ISSN 0351-9716 Tabela 1. Nekatere reakcije v vodikovi plazmi /3/ reakcija energ. prag maks. presek _[eVJ_[10 cm2] H2 + e - H2 + 2e 15.4 1.1 H2 +e->H+ +H + 2e 18.0 0.005 H2 +e-»H+ + H+ +3e 46 0.005 H2+e->H++H+e 12.4 3-16 H2+e^H+H+e 8.5 0.6 H2 + e H + H 0 100 H + e -» H+ + 2e 13.6 0.65 H + e -> H* (2P) + e 10.2 0.7 H* + e H+ + 2e 3.3 15 H2 + e -» Hi + e 10.3 0.2 Atom vodika se rekombinira na steni z drugim atomom vodika. Pri tem pa je koncentracija atomov vodika na steni bistveno odvisna od vrste površine. Na površinah materialov, ki kemisorbirajo vodik, imamo v plazmi vedno (pre)nasičeno koncentracijo atomov vodika. Atomi, ki priletijo na takšno površino, se zato na njej z veliko verjetnostjo rekombinirajo. Nasprotno je rekombinacija na površinah materialov, ki ne kemisorbirajo vodika (stekla, keramike in večina kovinskih oksidov), malo verjeten proces, saj morata ob istem času na majhno površino pasti dva atoma vodika, da pride do rekombinacije. Izguba atomov vodika na stenah je torej močno odvisna od vrste materiala. Zaradi tega lahko v steklenih komorah pridobimo visoke koncentracije atomarnega vodika kljub razmeroma majhni gostoti plazme. Na tem mestu takoj omenimo še to, da pri višjih tlakih vedno bolj prihajajo do izraza rekombinacije v plinu (trki tretjega reda). Zato v splošnem razmerje med stopnjo disociiranosti in stopnjo ioniziranosti z naraščajočim tlakom pada. VAKUUMIST 13/3 (1993) na hitrost na ustju razelektritvene komore 60 l/s (sistem črpamo z difuzijsko črpalko), v drugem primeru (slika 2(b)) pa 2.2 l/s (sistem črpamo z rotacijsko črpalko). 120 100 [40 VI 1 80 GO 40 20 8-00 0.04 O.OS 0.12 0.160 021) ♦h 100 K ixl0'V1] D 80 • 60 ■ 40 ■ 20 ■ (jI-.-__ I 10 100 IUU0 Slika 2. Pretok atomov vodika iz dveh različnih izvirov J—i—i—i_i_* 3 KARAKTERIZACIJA IZVIROV Nizkotlačna šibko ionizirana RF plazma je torej primeren medij za razcep molekul vodika. S primernim pretokom plina skozi razelektritveno komoro nam lahko rabi kot izvir atomarnega vodika. Nabite delce, ki prav tako nastajajo v plazmi, so pa pri izviru nezaželeni, nevtraliziramo na izhodu razelektritvene komore. Iz komore dobimo tok atomarnega vodika, ki je odvisen od efektivne črpalne hitrosti na ustju komore, prevodnosti dozirnega ventila in izhodne moči RF generatorja. Pretok atomarnega vodika merimo s katalitičnimi sondami. Slika 2 predstavlja rezultat meritev pretoka v dveh vakuumskih sistemih. V obeh primerih podajamo odvisnost pretoka atomarnega vodika od tlaka v komori, v kateri se nahaja katalitična sonda. V primeru (a) je bila efektivna črpal- 4 SKLEP Opisali smo osnovne značilnosti RF vodikove plazme in razložili, kako jo lahko uporabimo kot stabilen izvir atomarnega vodika. Izdelali smo nekaj takšnih izvirov, ki so sedaj pripravljeni za nadaljnjo rabo, npr. študij redukcije tankih plasti kovinskih oksidov ali kontrolirano vodičenje kovin. 5 LITERATURA /1/ J. D. Swift and M. J. R. Schwar, Electrical Probes for Plasma Diagnostics, lliffe Books Ltd., London (1970) /2/ F. Brecelj, M. Mozetič, M. Drobnič, K. Zupan and M. Murko-Jezovšek, Vacuum, 44 (1993) 459 131 C. C. Goodyear and A. von Engel, Proc. Phys. Soc. 79 (1962), 732 22 VAKUUMIST 13/2(1993) ISSN-0351-9716 POVRŠINSKA DIFUZIJA ATOMARNEGA VODIKA Miha Kveder, Miran Mozetič, France Brecelj in Matija Drobnič*, Institut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 61000 Ljubljana, ♦Institut "Jožef Štefan", Jamova 39, 61000 Ljubljana SURFACE DIFFUSION OF ATOMIC HYDROGEN Abstract The use of hydrogen for discharge cleaning of metal surfaces has one important disadvantage. This is adsorption of atomic hydrogen on surfaces and subsequent surface diffusion, which causes a contamination of already clean surfaces. Adsorbed hydrogen changes electric and magnetic properties of some metals. That is why we have decided to take a closer look at the surface diffusion of adsorbed hydrogen atoms. For the evaluation of the diffusion rate we used a simple model. An infinite metal surface is divided into two parts. The first one is completely clean of atomic hydrogen, on the other there is known uniform initial concentration of adsorbed hydrogen atoms. Our simple model calculations expressed strong dependence of the diffusion rate on the temperature of the surface. The results for atomic hydrogen on copper surface showed that the rate of diffusion at the temperature 600 K is about 500 times larger than that at the temperature 300 K. Povzetek V zadnjih letih se v svetu vse bolj uveljavlja metoda obdelave kovinskih površin z vodikovo plazmo. Z atomarnim vodikom namreč uspešno odstranjujemo s površin kovin razne nečistoče, predvsem kovinske okside. Vendar po takšni obdelavi ostane na površini plast adsorbiranega vodika, ki se lahko difuzijsko prenese na prej čiste dele površin. Prav zato smo se odločili za študij hitrosti površinske difuzije adsorbiranih atomov vodika. Za izračun smo uporabili naslednji model: kovinska površina je neskončna in razdeljena na dve polravnini, od katerih je ena na začetku povsem čista, na drugi pa je neka znana začetna koncentracija adsorbiranih atomov. Izračun je pokazal, da je hitrost površinske difuzije najbolj odvisna od temperature površine. Rezultati za difuzijo adsorbiranega atomarnega vodika na bakreni površini kažejo, da je difuzija pri temperaturi 600 K približno tisočkrat hitrejša od tiste pri temperaturi 300 K. 1 Uvod Adsorpcija vodika na kovinski površini je pomemben pojav v celi vrsti tehnoloških procesov. Adsorbirani vodik igra odločilno vlogo v mnogih katalitskih procesih, v metalurgiji je poznan kot povzročitelj krhkosti jekla (embrittlement of steel), v fuzijski tehnologiji pa povzroča probleme adsorbiran na notranjih površinah v tokamakih. Prav tako površinsko adsorbirani vodik spremeni električne in magnetne lastnosti kovin, npr. PdH je superprevodnik, medtem ko čisti paladij ni. Prav zaradi teh neprijetnosti so naredili že vrsto študij o adsorbiranem vodiku na kovinskih površinah. Dobro so teoretično in eksperimentalno obdelana področja vezi kovina-vodik, nihajna stanja adsorbiranega vodika, rekonstrukcija površine zaradi adsorpcije, statistična mehanika različnih površinskih faz, akomoda-cija in desorpcija vodika na kovinski površini. V zadnjem času je bilo objavljenih tudi precej člankov in študij /1, 2, 3, 4, 5/ o površinski gibljivosti adsorbiranega vodika oz. o površinski difuziji. Le-ta pride do izraza na kovinskih površinah, ki mejijo na vakuum, posebno, če so bile očiščene z atomarnim vodikom. Po obdelavi ostane na površini kovine tanka plast adsorbiranega vodika, ki se difuzijsko lahko prenese na povsem čiste dele kovinskih površin. To lahko povzroči že omenjene spremembe lastnosti kovin, v primeru bombardiranja površine z energijskimi delci pa tudi desorpcijo in povečanje tlaka v vakuumskem sistemu. 2 Difuzijski koeficient Do adsorpcije molekul ali atomov na kovinski površini pride zaradi privlačnega interakcijskega potenciala med površino in delci plina. Ta je zaradi periodičnosti atomov v kristalni mreži podlage periodičen. Atomi plina, ki se na površini ujamejo v eno od jam tega potenciala, v njej niso stalno vezani. Lahko preskakujejo od ene do sosednje potencialne jame, oz. difundirajo po površini. Vrednost difuzijskega koeficienta za površinsko difuzijo je 15/: kjer je I razdalja med dvema sosednjima mestoma ve- Eef zave adsorbiranega atoma in k = exp ( - ^^^) konstanta, ki določa število prehodov preko potencialne bariere na enoto časa. V izrazu za k je wa nihajna frekvenca adsorbiranega atoma v vezanem stanju, g število izhodnih kanalov na danem mestu vezave (= 4 za fcc (100) mrežo), T temperatura površine, ke Boltzmannova konstanta in Elf efektivna aktivacijska energija, potrebna za prehod atoma z enega na sosednje mesto vezave. V tej efektivni aktivacijski energiji je že upoštevan efektivni kvantnomehanski periodični potencial, ki ga čuti difundirajoči atom. Ko vstavimo izraz za k v enačbo (1), dobimo naslednji izraz za odvisnost difuzijskega koeficienta od temperature: eT (2) D = D0 e kBT. Na takšen način izračunani difuzijski koeficienti se dobro ujemajo z izmerjenimi za vodikove atome na bakreni površini (fcc mreža, (100) mrežna ravnina) /4, 5/. Zato smo te podatke uporabili tudi v našem izračunu hitrosti površinske difuzije vodika na bakru. Prispevek je bil predstavljen na 1. srečanju vakuumistov Slovenije in Hrvaške v Zagrebu. 23 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/3 (1993) 3 Izračun Pri površinski difuziji nas zanima predvsem časovni potek tega procesa. Kako hitro se na površini kovine spreminja koncentracija adsorbiranih atomov ali kako daleč difundirá znaten del adsorbiranih atomov v določenem času, izračunamo iz splošne difuzijske enačbe. Ker nam gre za časovni potek površinske difuzije, uporabimo splošno difuzijsko enačbo na neskončni ravnini. Tako nam ni treba iskati robnih pogojev in je za točno rešitev potreben le ustrezen začetni pogoj. Da je slika dogajanja pri površinski difuziji jasna, priv-zamemo naslednji, idealizirani začetni pogoj oz. začetno porazdelitev adsorbiranih atomov: začetna koncentracija n0 je enaka in enakomerna po vsej pol-ravnini x < 0 ter enaka nič na polravnini x > 0. Tak začetni pogoj je ugoden tudi zato, ker postane difuzijska enačba enodimenzionalna, odvisna le od spremenljivke x: d ¿in = ¿n ^ d2x *f Tu je D koeficient površinske difuzije in n koncentracija adsorbiranih atomov. Rešitve enačbe (3) nastavimo v obliki n = X u¡ (x) exp (- k? Dt). Ta nastavek vstavimo v enačbo (3) in dobimo: D X u"¡(x) exp (-k? Dt) = -2¡ u¡ (x) D k? exp (-kF Dt). Po krajšanju in prenosu členov prek enačaja nam ostane amplitudna enačba u"¡(x) + k? u¡(x) =0, katere splošna rešitev je u¡(x) = A¡ eos (k¡x) + B¡ sin (k¡x) /6/. Ker nimamo robnih pogojev, ki bi določili diskretne vrednosti konstante k¡, privzamemo, da se k zvezno spreminja od 0 do neskončno in vsota v nastavku za reševanje difuzijske enačbe preide v integral: 2 n(x,t) =J"x [A(k) cos (kx) +B(k) sin (kx)] e~k 01 dk . (4) Za določitev konstant A(k), B(k) in k uporabimo prej opisani začetni pogoj, ki ga matematično opišemo z Heavyside-ovo funkcijo: n(x,t =0) = n0 [1 - H(x) ] = n0 f(x) (5) V tej enačbi je H(x) Heavyside-ova funkcija oz. f(x) funkcija, ki opisuje začetno porazdelitev. Od tu dalje iskanje končne rešitve zahteva mnogo integriranja in uvajanja novih spremenljivk. Zato tu zapišimo le končni rezultat: n(x > 0 , t) = n0 - n0 [ ¿ +

(^¿EH) Je 2nana "error funetion" in je tabelirana v več knjigah /6/. Tako lahko rešitve za dani difuzijski koeficient D na poljubnem kraju x > 0 in času t poiščemo v tabelah. Ker nas zanima časovni potek površinske difuzije in ker ne poznamo začetne površinske gostote adsorbiranih atomov n0, raje računamo z razmerjem trenutne gostote z začetno, ki nam lepo opiše večanje koncentracije atomarnega vodika pri x > 0. 1 Slika 1. Profil površinske koncentracije atomov vodika na fazni meji po času 105 sekund, temperatura 300 K, difuzijski koeficient 1,95 x 10'14 m2/s. 11'"-*) Slika 2. Profil površinske koncentracije atomov vodika na fazni meji po času 105 sekund, temperatura 600 K, difuzijski koeficient 1,45 x 70'10 m2/s. 4 Numerični rezultati Na slikah 1. in 2. so upodobljeni po enačbi (6) računalniško izračunani rezultati za potek površinske difuzije. Narisana je krajevna odvisnost površinske gostote vodikovih atomov po določenem času. Izračun za sliko 1 je bil narejen za difuzijski koeficient 1,95 x 10'14 m2/s pri temperaturi 300 K /5/ in za razmerje trenutne proti začetni površinski gostoti n(x > 0, t) / n0. Enak 24 VAKUUMIST 13/3 (1993) ISSN 0351-9716 izračun je bil opravljen za sliko 2, kjer smo uporabili difuzijski koeficient 1,45 x 10'10 m2/s pri temperaturi 600 K /5/. Rezultati kažejo, da je hitrost difuzije močno odvisna od temperature površine. Pri temperaturi 600 K je kar tisočkrat večja kot pri 300 K. Glede na preprostost uporabljenega modela in neupoštevanje odvisnosti difuzijskega koeficienta od površinske koncentracije adsorbiranega vodika lahko rečemo, da je površinska difuzija hitra in znatna. Zaradi temperaturne odvisnosti koeficienta površinske difuzije (2) lahko napovemo še mnogo hitrejšo difuzijo pri močno povečanih temperaturah (nad 600 K). Pri nižjih temperaturah (pod 300 K) koeficient D hitro pada, zato je onesnaževanje površine z adsorbiranimi atomi zelo počasno in skoraj zanemarljivo za čase do nekaj let. 5 Literatura /1/J. C. Tully, G. H. Gilmer, M. Shugard. J. Chem. Phys. 71 (1979). 1630. 121 G. Wahnstroem, J. Chem. Phys. 89 (1988). 6996. /3/ S. Efrima, H. Metiu, J. Chem. Phys. 69 (1978), 2286. /4/J. G. Lauderdale, D. G. Truhlar, Surf. Sci. 164 (1985). 558. 151 S. M. Valone, A. F. Voter, J. D. Doli, Surf. Sci. 155 (1985) 687. /61 Ivan Vidav, Višja matematika II, DZS, 2. izdaja 1979. MNtzK nuklearna elektrarna krško, p. o. vrbina 12 68270 krško Slovenija telefon: 0608 21 621 telefax: 0608 21 528 telegram: 35748 nuelkr si Nuklearna elektrarna Krško je opremljena z VVestinghousovim lahkovodnim tlačnim reaktorjem (PWR) toplotne moči 1880 MW. Njena projektirana moč na generatorju je 664 MW. V desetih letih komercialnega obratovanja je elektrarna oddala v omrežje več kot 41 TWh električne energije. Varno in zanesljivo obratovanje elektrarne ostaja temeljni cilj NE Krško. 25 ISSN-0351 -9716 VAKUUMI ST 13/2(1993) l-V KARAKTERISTIKE Ag/n-Si(111) SCHOTTKY-JEVE BARIERE NANESENE PO METODI CURKA IONIZIRANIH SKUPKOV, CIS Bruno Cvikl*, Tomo Mrdjen, Matjaž Koželj in Miran Kramberger**, Institut "J. Štefan", Univerza v Ljubljani, Jamova 39, 61000 Ljubljana, Slovenija "Tehniška fakulteta, Univerza v Mariboru, Smetanova 17, 62000 Maribor, Slovenija ** Iskra SEMICON, d.d., Gabrsko 12, 61320 Trbovlje, Slovenija l-V characteristics of the Ag/n-Si(111) Schottky barrier deposited by the ionized cluster beam method, IBC Abstract An expression for the current density of tunneling electrons at the metal-semiconductor contact, i.e. in the reverse direction of an l-V Schottky diode characteristic has been derived. The derivation is based upon the assumption that the ionized donors charge density is a linear decreasing function of the distance from the semiconductor surface, the depth denoted by xi whereafter remains constant throughout the deplited region. The parameter xi is defined as an effective range of the ionized metal donors within the interior of the semiconductor and depends upon the particular metal deposition method. The results of the derivation offer the basis for the understanding the reverse current l-V characteristics of the Ag/n-Si(111) Schottky diodes deposited by the ionized cluster beam, IBC, deposition method. Povzetek Izpeljan je izraz za gostoto toka elektronov za primer tuneliranja elektronov ob stiku kovina/polprevodnik, to je v zaporni smeri l-V karakteristike Schottkyjevih diod. Izpeljava temelji na predpostavki, da pojema gostota negibljivih enkrat ioniziranih nosilcev naboja linearno do globine xt, nakar je do konca osiromašenega področja konstantna. Parameter xi je definiran kot efektivni doseg ionov kovine v notranjost polprevodnika in je odvisen od metode njenega nanašanja. Rezultati izračuna podajajo kvantitativno osnovo za razumevanje zaporne l-V karakteristike po metodi curka ioniziranih skupkov CIS nanesenih Ag/n-Si(111) Schottkyjevih diod. 1 UVOD Dobro je poznano dejstvo /1,2/, da je mogoče z metodo curka ioniziranih skupkov, CIS (slika 1), dobiti visokokvalitetne tanke plasti raznovrstnih snovi, kot so n.pr.: kovine, polprevodniki, termo-električni materiali, dielektriki, magnetni materiali in celo nekatere organske spojine. Postopek nanašanja tankih plasti poteka za vse omenjene snovi enako in ga je moč strniti na naslednji način: adiabatna ekspanzija, skozi ustrezno šobo v talilnem lončku uparjene snovi v območje visokega ali ultravisokega vakuuma, vodi do nastanka skupkov taljenca, to je grozdov nekaj sto ali tisoč med seboj spojenih atomov ali molekul. Le-ti na poti na ustrezno izbrano podlago potujejo najprej skozi ioni-zator, kjer so podvrženi prhanju z elektroni. V odvisnosti od eksperimentalnih pogojev se do približno 35% skupkov ionizira in le-te je nato pred samim vpadom na podlago moč pospešiti v statičnem električnem polju ter tako vplivati na njihovo translacijsko kinetično energijo. Poudariti gre, da k rasti tanke plasti, to je pojavu, ki je sicer še neraziskan, prispevajo tako ionizirani kot nevtralni skupki, pri čemer obstajajo indikacije, da h kvaliteti po tej metodi nanesenih tankih plasti odločujoče doprinaša predvsem ionizacija samih skupkov. Raznovrstni pojavi, ki nastopijo ob trku skupkov s površino podlage, so opisani v /1/ in /3/. Med slednjimi so posebej svojevrstni in za področje praktične uporabe zlasti zanimivi tisti pojavi, ki nastopijo na vmesni plasti tedaj, ko se z metodo CIS (v odvisnosti od eksperimentalnih parametrov -pospeševalne napetosti Ua in toka ionizacije skupkov la) nanaša kovino na podlago izbranega polprevodnika. Tako dobljena sestava izkazuje večinoma usmer-niške karakteristike in se imenuje Schottkyjeva dioda. Pod ustrezno eksperimentalno izbranimi pogoji nanosa lahko omenjeno usmerniško vedenje zamenja linearna tokovna l-V karakteristika, kar pomeni, da se sestava tokrat preobrazi v navadni (omski) upor. Pogoji nanosa in značilnosti izmerjenih odvisnosti tovrstnih l-V krivulj, slika 2, Ag/n-Si(111) Schottky-jevih diod, nanesenih po metodi CIS, so podrobneje opisani m 121. termočlen nosilec substrata pospeševalna elektroda za skupke pospeševalna elektroda ionizatorja šoba snov, ki jo nanašamo j hladilni \ sistem grelec substrat loputa ionizirani m nevtralni skupki katoda ionizatorja katoda za » gretje lončka lonček Slika 1. Shema vakuumskega sistema za nanašanje tankih plasti po metodi curka ioniziranih skupkov. Pričujoči članek obravnava t.im. zaporno karakteristiko omenjenih diod za primer prve, v /2/ razdelane hipoteze, po kateri bi naj bila izrazita sprememba l-V v soodvisnosti (za različne vrednosti pospeševalne na- Prispevek je bil predstavljen na 1. srečanju vakuumistov Slovenije in Hrvaške v Zagrebu. 26 VAKUUMIST 13/3 (1993) ISSN 0351-9716 petosti Ua ioniziranih skupkov), ki se predvsem odraža v njenem zapornem delu, posledica spremembe koncentracije Ag mikrodelcev v globino silicijeve rezine. V skladu s hipotezo predpostavimo tedaj, da je koncentracija Ag atomov funkcija njihovega povprečnega dosega (le-ta pa je odvisen od pospeševalne napetosti Ua), ki ga je moč dovolj dobro oceniti s standardnimi izračuni /4/. Srebrovi ioni s Si ne tvorijo silicidne spojine in zato je mogoče pričakovati, da lahko zapletena porazdelitev nehomogene prostorske koncentracije Ag+ ionov v notranjosti Si rezine povzroči zožitev Schottkyjeve potencialne bariere in na takšen način vodi do povečane verjetnosti tuneliranja nosilcev nabojev (elektronov) skozi bariero. V literaturi /5/ je poznano dejstvo, da se ionska implan-tacija dopantov Sb v rezino Si, pri čemer so dopanti umeščeni na določeni, od energije implantacije odvisni tanki planarni plasti, ki je vzporedna površini podlage, odraža v zožitvi (v zaporni smeri) Schottkyjeve potencialne bariere. Makroskopsko vzeto, se omenjeni pojav popiše kot navidezno zmanjšanje vrednosti višine bariere in to je bilo tudi eksperimentalno potrjeno /5/. Pri tem pojavu gre za nastanek močno povečane električne poljske gostote v tanki plasti im-plantiranih Sb donorjev pod površino Si, ki povzroči, da se Ni/n-Si (na površino Si nanesena tanka plast Ni) Schottkyjeva potencialna bariera z rastočo energijo implantacije (in torej z globino implantirane plasti Sb) zmanjšuje za največ približno 30% njene prvotne vrednosti. UA-OV I (tO Al '-U*=2kV UA=0V -3 -t 300 V Vlv) UA=2kV -10 Slika 2. Izmerjeni I-V diagrami Schottky-jevih diod Ag/n-Si(111) pri različnih vrednostih pospeševalne napetosti Ua (OV, 300 V, 2000 V) ionov /1,3/, ki jo spremlja ustrezna sprememba odvisnosti vedenja l-V krivulj. Sestavi Ag/n-Si(111) Schot-tkyjeve diode kažejo zaporni tok, ki je funkcija pospeševalne napetosti Up, Ag ionov, za katerega je značilno dvoje: a) nastanek pregiba (nezveznost odvoda toka v zaporni smeri l-V krivulje) in b) pregib se z rastočo pospeševalno napetostjo odda-ljuje od koordinatnega izhodišča l-V diagrama - zaporni tok z rastočo napetostjo Up narašča, slika 2. 2 Ag/n-Si(111) SCHOTTKY-JEVA BARIERA PO METODI CIS Augerjev spekter globinske sestave Ag/n-Si(111) Schottkyjeve diode za primer nanosa po metodi CIS, za vrednost Ua = 600 V in pa l-V diagram za različne vrednosti parametra pospeševalne napetosti ioniziranih Ag skupkov, slika 2, so prikazani v /2/. Za razliko od zgoraj opisanega eksperimenta 151, doseženega z implantacijo ustreznih donorjev (t.j. Sb atomov) v rezino Si, v danem primeru: a) neposredno dodatno dopiranje ne nastopa in b) nehomogena koncentracija Ag atomov se po globini Si rezine spreminja in je v največji meri odvisna od vrednosti pospeševalne napetosti Ua. V prvem približku je mogoče predpostaviti, da pojema koncentracija Ag atomov v rezini Si linearno z oddaljenostjo od površine in je na dani oddaljenosti homogena po celi plasti, ki je vzporedna površini podlage. Naj Nd označuje koncentracijo donorjev fosforja v rezini Si, NSo koncentracijo Ag ionov na površini, Nn pa koncentracijo vseh donorjev, ki se nahajajo v notranjosti rezine. V skladu s predpostavko velja (si. 3): Nn = (Nd - NSo)x/xi + Nso Nn = Nd H*) 0 < x < xi X1 < x < w (1) eN: eN„ Xi vv V našem primeru gre pa za drugačne pojave. Poudariti gre, da tu ni mogoče govoriti o klasični implan-taciji donorjev drugačne kemijske sestave v notranjost Si podlage, marveč se (domnevno) spremeni - v splošnem zelo zapletena - globinska porazdelitev Ag Slika 3. Gostota donorjev v notranjosti polprevodnika, zajeta v modelnem izračunu zaporne karakteristike Ag/n-Si(111) Schottkyjevih diod, nanesenih po metodi curka ioniziranih skupkov, CIS. 27 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/3 (1993) pri čemer pomeni označba w, kot je to običajno /6/, širino z elektroni osiromašenega področja polprevodnika, to je območja, kjer se nahaja presežni pozitivni naboj zaradi prisotnosti negibljivih, v kristalno mrežo vpetih ioniziranih donorjev. V izrazu (1), pomeni xi povprečni doseg Ag ionov v notranjost Si in je v največji meri odvisen od vrednosti pospeševalne napetosti ioniziranih skupkov Ua. Gornji porazdelitvi presežnega naboja ustrezni vrednosti električnega potenciala V in odgovarjajoče električne poljske jakosti E se izračuna iz običajnega izraza div D = r(x), (D = Es E, ts = e eo in r(x) = eNn), zapisanega v eni razsežnosti. Pogoji, ki jim morata zadostiti oba iskana izraza, so: V(x) = Vi(x) V2(x) Vs 0 < x < xi X1 < x < w W < X pri čemer je Vs (= konstanta) vrednost električnega potenciala v notranjosti polprevodnika, daleč od površine. Zahtevamo, da sta tako potencial kot električna poljska gostota (normalna komponenta) v točki x = xi zvezna, Vi(xi) = V2(xi) Ei (x < xi) = E2 (x > xi) za x = xi (2) Potencial se tedaj lahko zapiše v obliki: x? ¿es 3X1 + X1X - — eNd es w2 eN / w \ &"l/2|(E-,U)dE, h3 o (6) pri čemer je k Boltzmanova konstanta, T absolutna temperatura, ipb višina Schottkyjeve bariere, m* efektivna masa elektrona v smeri < 111 > v siliciju in q naboj elektrona. Funkcija l(E',U) je definirana z izrazom: a) xi < X2 in 0 < x < X2 l(E' , U) =/ V Vi(x)+V2(x2; dx + o + / v V2(x) +V2(x2j dx *1 (7) pri čemer je x2 rešitev izraza (x2 je definiran s pogojem Ec (x2) = E' in Ec je energija prevodnega pasu polprevodnika (slika 4), V2 (X2) = ? - U - E'/q (8) in je implicitno odvisna od vrednosti zaporne napetosti med kovino in polprevodnikom U. b) xi < x2 in 0 < x < x2 x2 (9) l(E' , U) = / V Vi(x)+Vi(x2} dx o toda sedaj je razdalja x2 (ki je prav tako funkcija zaporne napetosti U podana z rešitvijo izraza: Vi (x2) = i ■ U - E7q (10) 28 VAKUUMIST 13/3 (1993) ISSN 0351-9716 Integracija po energiji E poteka od Fermijevega nivoja v kovini, slika 4. KOVINA m7777777?/777/ POIPREVOONIK Slika 4. Shematska predstavitev energijskih razmer Schottky-jeve potencialne bariere, e ipa nastale ob stiku kovina polprevodnik. Ec je energija spodnjega roba prevodnega pasu polprevodnika, xi je povprečni doseg Ag ionov v notranjosti rezine Si, U je zaporna napetost, eVs je potencialna energija elektronov daleč v notranjosti polprevodnika, w podaja širino z elektroni osiromašenega področja in £' je kinetična energija v Si tunelirajočih elektronov kovine. EFm in Efs pa sta Fermijevi energiji Ag in Si. V gornjih izrazih je potrebno poznati širino z elektroni osiromašenega območja v polprevodniku w. S pomočjo slike 4 je moč v ta namen izraziti naslednjo povezavo: qNd=1021/m3, Nj^lO24/«!3 Slika 5. Gostota toka skozi diodo v zaporni smeri v odvisnosti od zaporne napetosti za različne vrednosti parametra efektivnega dosega kovinskih donorjev v polprevodniku x\. Koncentracija donorjev pod površino je Nso = 7024/m . gom donorjev kovine v polprevodniku, je nedodelan v smislu, da je strmina gostote zapornega toka v odvisnosti od napetosti pri vseh vrednostih xi praktično konstantna, slika 5. Zdi se, da utegne vplivati na strmino predvsem ustrezna nehomogenost porazdelitve donorjev po notranjosti polprevodnika. Omenjeni zapleteni pojav je potrebno preučiti posebej. 4 SKLEP Izpeljan je izraz za gostoto toka elektronov za primer tuneliranja nosilcev nabojev na stiku iz kovine v notranjost polprevodnika, to je v zaporni smeri l-V karakteristike Schottkyjeve diode. Izračun temelji na predpostavki, da gostota negibljivih ioniziranih donorjev pod površino polprevodnika linearno pojema do globine xi in nato ostane konstantna vse do konca osiromašenega področja, katerega širina je definirana z razdaljo w od površine. Parameter xi je v izračunu definiran kot efektivni doseg ionov kovine v notranjost polprevodnika, merjeno od vmesne plasti (interface) ob stiku, ta pa zavisi od metode njenega nanašanja na izbrano podlago. Numerično izvrednotena karakteristika izkazuje pri vrednosti zaporne napetosti U = 0 nezveznost, ki v največji meri je odvisna od efektivnega dosega in koncentracije ionov kovine na razdalji XI. Rezultati izračuna podajajo osnovo za razumevanje I-V karakteristik po metodi curka ioniziranih skupkov CIS, nanesenih Ag/n-Si(111) Schottkyjevih diod, kjer kot eksperimentalni parameter nastopa vrednost pospeševalne napetosti ioniziranih skupkov srebra. 5 LITERATURA /1/ Toshinori Takagi, "lonized-Cluster Beam Deposition and Epitaxy ", Noyes Publications, ZDA, 1988. glej tudi T. Takagi. Vacuum, 36, (1986) 27 /2/ B. Cvikl, Vakuumist 13, 18 (1993) /3/ H. Hsieh and R. S. Averback, Nucl. Inst, and Meth. in Phys. Research B59/60, (1991) 203, glej tudi Phys. Rev. B42, (1990) 5365 /4/ J. A. Ziegler, J. P Biersack, U. Littmark, The Stopping and Range of Ions in Solids, Pergamon Press, New York, 1985 /5/J. M. Shannon, Solid-State Electronics, 19, (1976) 537 /6/ E. H. Rhoderick and R. H. Williams, Metal-Semiconductor Contacts, Clarendon Press, Oxford, 1988 /7/ L. D. Landau and E. M. Lifshitz, Quantum Mechanics, Pergamon Press, 1958, stran 157 30 VAKUUMIST 13/2(1993) ISSN-0351-9716 LASTNOSTI PLAZME V PILOTSKI RF PLAZEMSKI NAPRAVI Nikola Jelič, Milan Čerček, Tomaž Gyergyek1, Miran Mozetič2 in Mladen Stanojevič Institut "Jožef Štefan", Univerza v Ljubljani, Jamova 39, 61111 Ljubljana, Slovenija 1 Fakulteta za elektrotehniko in računalništvo, Univerza v Ljubljani, Tržaška 25, 61111 Ljubljana, Slovenija 2lnštitut za elektroniko in vakuumsko tehniko, Teslova 30, 61111 Ljubljana, Slovenija Plasma properties in a pilot RF plasma device Abstract In the Plasma Physics Laboratory of the Jožef Stefan Institute in Ljubljana a construction of a plasma apparatus for the restauration and conservation of archeological artifacts by a low pressure hydrogen plasma was started in 1992. A pilot RF plasma device was built. So far some preliminary measurements in helium and hydrogen plasma were performed. Results of those measurements are presented in this paper. Povzetek V laboratoriju za fiziko plazme na Institutu "Jožef Stefan" v Ljubljani smo v letu 1992 začeli izdelovati plazemsko napravo, ki bo namenjena za konzervacijo in restavracijo arheoloških izkopanin z vodikovo plazmo. Zgradili smo pilotsko RF plazemsko napravo. Doslej smo v njej opravili nekaj preliminarnih meritev z vodikovo in helijevo plazmo, katerih rezultate predstavljamo v tem sestavku. 1 Uvod Za redukcijo oksidov na arheoloških izkopaninah in njihovo konzervacijo se praviloma uporablja vodikovo plazmo, ki se ji lahko doda še druge pline. V laboratoriju za fiziko plazme na Institutu "Jožef Štefan" v Ljubljani smo začeli graditi plazemsko napravo, ki bi bila uporabna v ta namen. Zaenkrat smo postavili pilotsko napravo. Zaradi finančnih omejitev smo uporabili le opremo, ki smo jo že imeli v laboratoriju. V sestavku so opisane nekatere lastnosti plazme v tej napravi. 2 Opis naprave Za približno 50 litrsko vakuumsko posodo smo uporabili kar kuhinjski lonec iz nerjavečega jekla. Zaradi manjših stroškov je to pogost način konstruk- cije laboratorijskih plazemskih naprav, zlasti v laboratorijih, kjer se ukvarjajo z osnovnimi raziskavami plazme (npr. /1/). Ta lonec je poveznjen na aluminijasto, 2 cm debelo prirobnico. Vsi skozniki so napeljani skozi to prirobnico. Izjema je le okence na loncu (slika 1). Posodo izčrpamo z oljno difuzijsko črpalko (Ed-vvards 300 l/s) in rotacijsko črpalko (Pfeiffer DU012). Najnižji tlak, ki ga lahko dosežemo je 2x10"6 mbar, samo z rotacijsko črpalko pa dosežemo 2x10'2 mbar. V opisanih poskusih plazmo vzbujamo pri nekoliko višjem tlaku (~1 mbar), zato uporabljamo samo rotacijsko črpalko. Posodo najprej izčrpamo do 10"2 mbar, nato pa vanjo spustimo plin. Doslej smo največ uporabljali helij in vodik. Dotok plina lahko spreminjamo z igelnim ventilom in tako nastavljamo tlak od 0.04 do 1 mbar. nun Slika 1. Shema pilotske vakuumske naprave. Kuhinjski lonec je iz nerjavečega jekla. Vsi skozniki so speljani skozi spodnjo aluminijasto prirobnico. Podane so tudi dimenzije posode v milimetrih. Plazmo ustvarimo z induktivno RF razelektritvijo. V napravi je tuljava iz neizolirane bakrene žice. Tuljava ima 6 ovojev s premerom 13 cm ter razmik med sosednjima ovojema približno 2 cm. Tuljavo priključimo na RF generator z močjo 200 W in frekvenco 27 MHz. 3 Eksperimentalni rezultati Plazemske parametre merimo s cilindrično Langmuir-jevo sondo /4/. Nekaj primerov karakteristik v helijevi in vodikovi plazmi je prikazanih na sliki 2. Na karakteristiki je opazen visokofrekvenčni šum, ki ga povzroča radiofrekvenčni izvir plazme. Karakteristiko analiziramo z računalnikom. Visokofrekvenčni šum najprej odstranimo z računalniško proceduro, ki uporablja inverzno Fourierovo transformacijo Blackmanovega Prispevek je bil predstavljen na 1. srečanju vakuumistov Slovenije in Hrvaške v Zagrebu. 31 ISSN 0351-9716 VAKUUMIST 13/3 (1993) O -