Источник атомарного азота

Источник атомарного азота

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗOBPETEНИЯ -864604

К АВТОИ:КОМУ СВ ОВЛЬСТВУ

Союз Соаетскик

Социалистических

Республик (63) Дополнительное к авт, санд-ву,— (22) Заявлено 301179 (2)) 2847756/18-25 {51)М. КЛ.

Гесуяярстееяямя «еиятст

СССР яе ямаи язебретеяяя и еткрмтя1 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Н 05 Н 3/02

Опубликовано 150981 Бюллетень М 34 (53) УДК 537 ° 534 (088.8) Дата опубликования описания 150981

Л.Н.Захаров, В.П.Петухов, В.И.Иванов, И.d.Блинов и В.В.Гусев (72) Авторы изобретения (71 ) Заявитель (54) ИСТОЧНИК АТОМАРНОГО АЗОТА

Изобретение относится к получению химических соединений азота и может быть использовано в электронной технике при эпитаксии монокристаллических пленок нитридов элементов Щ, группы, например нитрида галлия, нитрида алюминия, нитрида индия и твердых растворов на их основе, например нитрида галлия - индия, e,òàêæå в любых процессах с использованием активного азота.

Известны источники атомарного азота, предназначенные для получения эпитаксиальных пленок нитридов элементов Щ группы, состоящие из разрядной камеры с отверстиями для подачи в нее молекулярного азота, и и труцопроводом для вывода иэ нее атомарного азота N (И), связанным с вакуумным насосом, электродов, расположенных вне разрядной камеры (внешних) и СВЧ генератор f1).

Вследствие низкой степени диссоциации молекулярного азота и СВЧразрядах низкого давления выход атомарного азота в этих устройствах не превышает 0,1%.

Известны источники атомарного азота, использующие для диссоциации молекулярного азота импульсные электрические разряды s протяженных разрядных камерах, позволяющих во время паузы сохранять на выходе постоянную концентрацию. атомарного азота. В таких устройствах в пределах разрядного канала достигается

100%-ное превращение молекулярного азота в атомарный вследствие термического характера диссоциации (а не

® электрического, как в описанных устройствах), обеспечиваемого высокой температурой раэрядногЮ канала, лежащей в пределах 6000-10000 К.

Однако иэ-эа такой высокой темl$ .пературы нельзя выбрать диаметр раз,рядной камеры равным диаметру разрядного канала и,,следовательно, часть азота не подвергается диссоциации.

Наиболее близким к предлагаемому

Ю является источник атомарного азота, содержащий разрядную камеру с отверстиями для ввода в нее молекулярного азота и трубопроводом для вывода атомарного азота, соединенным с вакуумньве насосом, электроды, расположенные по краям разрядной камеры ,и генератор импульсных токов., один из полюсов которого подключен к од, ному as электродов. Разрядная камера

30 !выполнена в виде трубы из кварцево864604

60 б5 го стекла длиною 1 м и имеет трубо.-:провод для вывода атомарного азота в средней части. Электроды расположены внутри трубы по ее краям и подключены к генератору импульсных токов (2).

В известном источнике атомарного азота, несмотря на высокую степень превращения молекулярного азота в атомарный в канале разряда, концентрация атомарного азота в выходном трубопроводе низкая, так как часть азота, находящегося между боковыми стенками .Разрядной камеры и каналом разряда, не нагревается до необходимой температуры и не диссоциирует.

Кроме того, известный источник имеет повышенную рекоМбинацию атомов азота, связанную с присутствием в его потоке. большого количества нейтральных.и возбужденных молекул азота и продуктов эрозии электродов.

Целью изобретения является ïîâûшение выхода атомарного азота путем воздействия на молекулярный азот, находящийся в разрядной камере, цилиндрическими ударными волнами, сформированными соответствующим образом в электроразрядной ударной трубе, с одновременным воздействием на разрядный канал магнитным полем обратного тока.

Для достижения поставленной цели в источнике атомарного азота, содержащем разрядную камеру с отверстия ми для ввода в нее молекулярного азота и трубопроводом для вывода атомарного азота, соединенным с вакуумным насосом, электроды, расположенные по краям разрядной камеры, и генератор импульсных токов, коаксиально разрядной камере установлена охватывающая ее металлическая труба, в торцах которой закреплейы две пластины, одна из которых подключена ко второму полюсу генератора импульсных токов, а другая к электррцу, расположенному с противоположного первой пластине торца разрядной камеры.

На фиг. 1 изображен источник, продольный разрез, на фиг. 2 — то же, поперечный разрез.

Конструкция ударной трубы (в виде которой выполнен источник атомарного азота) включает в себя разрядную трубу 1, выполненную из кварцевого стекла для предотвращения гетерогенной рекомбинации атомарного азота и имеющую трубопровод для выхода атомарного азота .и присоединения ее к вакуумному насосу. По краям разрядной камеры 1 расположены металлические электроды 2, служащие для возбуждения электрического разряда, герметично присоединенные к разрядной камере и имеющие отверстия для подачи через них в разрядную ка меру молекулярного азота. КоаксиальI

5 10

t5

55 но вокРУг разрядной трубы 1 располагается металлическая труба 3, являющаяся частью обратного токо- провода и служащая для удержания разряда на оси камеры. Между трубой 3 и электродами 2 располагаются профилированные металлические пластины 4, являющиеся частями обратного токопровода и служащие для образования магнитного поля и придания продуктам эрозии электродов направления, противоположного выходу из источника атомарного азота. Генератор импульоных токов 5, содержащий конденсаторную батарею и устройство регулирую-, щее частоту ее разрядов подключается к одному из электродов 2 и к одной из пластин 4.

Источник атомарного азота рабОтает следующим образом.

В разрядную камеру подается азот

К, как показано на фиг.1, и одновременно она откачивается вакуумным насосом, таким образом создается

Ро ок,молекулярного азота через разрядную камеру при пониженном давлении (133 Па).При подаче высоковольтного импульса напряжения с генератора 5 на электроды 2 разрядный промежуток эакорачивается стримером.

Конденсаторная батарея генератора

5„ закороченная образовавшимся стримером, разряжается импульсным током короткого замыкания (тысяча ампер и более)„ превращая стример в сильноточный разрядный канал. Образовавшийся разрядный канал вследствие наличия трубы 3 располагается строго по оси разрядной камеры 1. Смещению канала из осевого положения препятствуют силы отталкивания между током разрядного канала и вихревыми токами

Ъ обратного направления, индуктируемыми в трубе 3 при отклонении канала от осевого положения. Вследствие это го цилиндрическая ударная волна, вызванная взрывом разрядного канала (скорость выделения энергии в канале разряда порядка 10 Дж/с), равномерно диссоциирует азот при своем радиальном расширении. Продукты эрозии электродов не попадают в поток атомарного азога, так как магнитное поле обратного тока, появившееся вокруг пластин 4, выносит пары металла из потока-на стенки камеры. Полученные атомы азота можно транспортировать на значительные расстояния.

Испытания работы предложенной конструкции проводят путем измерения абсолютной концентрации атомов азота на выходе из источникЬ методом хемилюминесцентного титрования окисью азота, и они подтверждает ее высокую эффективность. Вследствие того, что в данной конструкции азот подвергается 100%-ной диссоциации по всему сечению разрядной камеры, а не толь864604

У

25 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент CtdA 9 3551312, кл. 204-177, опублик. 1970. (.

2. Авторское свидетельство СССР

30 Р 719388, кл. Н .01 J 21/00,.1978 (прототип). ко в разрядном канале, занимающем часть сечения (как это осуществляется в известных устройства, концентрация атомов на выходе из источника соответственно возрастает. Одновременно с повышением концентрации атомов азота уменьшается их рекомбина-. ция, имеющая место, главным образом, при двойных столкновениях с возбужденными молекулами азота, таким обI разом проявляется возможность транспортировать атомы на большие расстояния. Измерения концентрации атомов азота на расстоянии 1, м от разрядной зоны дают значения, превышающие 50%.

Эпитаксйальные пленки нитрида галлия, необходимые для изготовления( светоизлучающих диодов синего цвета, полученные на установке с использованием предложенного источника атомарного азота с повышенным выходом атомов, подтверждают высокую эффективНость работы источника в процессе получения целевого продукта. Скорость роста пленки увеличивается до 30 мк/и улучшается структурное совершенство пленок нитрида галлия за счет уменьшения вакансий азота в кристаллической решетке, улучшаются электрофиэические характеристики пленок, возрастает яркость и насыщенность излучения светодиодов, изготовленных иэ этих пленок, Формула изобретения

Источник атомарного азота, содержащий разрядную камеру с отверстиями для ввода в нее молекулярного азота и трубопроводом для вывода атомарного азота, соединенным с вакуумным насосом, электроды, расположенные в торцах разрядной камеры, и генератор импульсных токов, один иэ полюсов которого подключен .к одному иэ электродов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения количества атомарного азота путем воздействия на молекулярный азот цилиндрической ударной волной, 15 коаксиально разрядной камере установ лена охватывающая ее металлическая труба, в торцах которой закреплены две пластины, одна иэ которых подключена ко второму полюсу генераЩ тора импульсных токов, а другаяк электроду, расположенному с противоположного первой пластине торца разрядной камеры.

BHHHIIH Заказ 7835/87

Тираж 891 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул;Проектная,4