У МДУ розроблено спосіб точного контролю за іонами в плазмових технологіях, що поєднує експериментальні вимірювання з математичним моделюванням.
Вплив за допомогою іонів на поверхню різних матеріалів - основа сучасних технологій плазмової обробки, таких, як плазмохімічне травлення (видалення шару певної товщини) і облога металів, напівпровідників і діелектриків. При цьому необхідний високоточний контроль різних параметрів плазми, в тому числі енергій іонів, особливо при проведенні травлення з атомно-шаровою точністю. Такі процеси використовуються, наприклад, при виробництві сучасних мікрочіпів. Контроль розподілу енергії іонів має вирішальне значення для точної модифікації матеріалу, особливо в технологіях атомного рівня. Крім того, він визначає швидкість реакцій на поверхні.
Оскільки цей контроль повинен здійснюватися в «реальному часі», для нього потрібен зворотний зв'язок «у реальному часі» з використанням швидких датчиків параметрів процесу. У лабораторії "Фотонні та квантові технології. Цифрова медицина "МДУ розроблений такий датчик енергетичного спектру іонів, однак він вимагає свого приміщення в потік іонів і в промисловому плазмохімічному реакторі його використання неможливо.
Тому дослідники запропонували підхід, званий «віртуальним датчиком», в якому оцінка енергетичного спектру іонів у газовому розряді здійснюється за зовнішніми вимірюваними параметрами розряду з використанням математичного моделювання. Як вхідні дані використовується експериментально вимірена форма напруги на плазмовому шарі і щільність плазми, комп'ютерне моделювання руху іонів проводиться методом Монте-Карло. Зневаджування даної моделі «віртуального датчика» здійснювалася на експериментальних даних з «справжнього», не віртуального датчика. Результати роботи опубліковані в журналі Plasma Sources Science and Technology.
Щоб підтвердити запропонований підхід, були проведені експерименти з використанням різних засобів діагностики плазми в декількох газах: аргоні та ксеноні - як приклади плазми з атомарними іонами, і азоту - як приклад плазми з молекулярними іонами. У всіх випадках дослідники змогли отримати достовірну оцінку спектру іонів, близьку до експериментальної, за досить короткий час (десятки секунд при використанні сучасного комп'ютера).
Отримані результати демонструють можливість використання віртуального датчика розподілу енергії іонів у плазмі високочастотних розрядів, і важливі для досліджень реакторів плазмохімічного цькування, що використовуються при виробництві сучасних мікрочіпів з характерним розміром структур менше 10 нанометрів. У перспективі це дозволить удосконалити технології створення нових матеріалів.
За матеріалами прес-релізу МДУ