Doktorsvörn í eðlisfræði - Kateryna Barynova

Doktorsefni:
Kateryna Barynova

Heiti ritgerðar:
Flótti málmjóna og gasþynning í háaflspúlsaðri segulspætu 

Andmælendur:
Dr. Tomáš Kozák, dósent við the Department of Physics and NTIS, University of West Bohemia in Pilsen, Tékklandi
Dr. Julian Held, lektor við the Plasma & Materials Processing (PMP) at Eindhoven University of Technology, Hollandi

Leiðbeinandi:
Dr. Jón Tómas Guðmundsson, prófessor við Raunvísindadeild Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Martin Rudolph, Leibniz Institute of Surface Engineering (IOM), Þýskalandi
Dr. Daniel Lundin, prófessor við Coatings and Plasma Physics Division, Department of Physics, Chemistry and Biology (IFM), Linköping University, Svíþjóð

Doktorsvörn stýrir:
Dr. Birgir Hrafnkelsson, prófessor og deildarforseti Raunvísindadeildar HÍ 

Ágrip:
Háaflspúlsuð segulspæta (HiPIMS) er ræktunartækni sem byggir á háu hlutfalli jónaðra agna í agnaflæðinu sem byggir upp húðina, en notar nánast sama tækjabúnað og jafnstraumssegulspætun, og hefur meiri sveigjanleika hvað varðar það að stýra megi gæðum ræktaðrar húðar.
Í samanburði við húðir ræktaðar með hefðbundinni dc segulspætu sýna húðir sem ræktaðar með HiPIMS yfirleitt bætta eðliseiginleika, svo sem betri kristallsbyggingu, hærri eðlismassa og bætta fasasamsetningu, aðallega vegna lágorku jónahríðar á vaxtarstiginu. Hins vegar er útbreiddari iðnaðarnotkun HiPIMS verulega takmörkuð vegna helsta ókosts þessarar tækni: verulega minni ræktunarhraða. Þessi lági ræktunarhraði er rakinn til þess að eftir jónun spættu atómanna í þéttu rafgasinu nærri bakskautsskotmarkinu, er stór hluti þeirra dreginn aftur að bakskautinu. Megin markmið ritgerðarinnar er að leita leiða til að bregðast við þessari helstu takmörkun HiPIMS tækninnar með því að rannsaka eðlisfræðina sem lýsir afhleðslunni og tengslin milli afraksturs spætunar (e. sputter yield) og ræktunarhraða. Meginmarkmiðið var að greina og þróa áfram jónunarsvæðislíkanið (IRM) fyrir háflspúlsaðar segulspætur til þess að besta ræktunarferlið. Þetta fól í sér líkanagerð, þar á meðal rannsóknir á gasþynningu vinnugassins fyrir mörg mismunandi skotmörk, líkanagerð á afhleðslum með skotmörk úr króm, áli og grafíti, í ýmsum gasblöndum (t.d. Ne/Ar), og greiningu á niðurstöðum úr þessum hermununum. Meginniðurstaðan, sem studd er af gagnagreiningu á IRM-hermunum fyrir ýmis skotmörk, við fjölbreytt afhleðsluskilyrði, er sú að afrakstur spætunar ræður líkunum á því að spættu agnirnar dragist aftur að skotmarkinu. Sýnt er fram á að afrakstur spætunar sé lykilþátturinn í að breyta samsetningu agna í afhleðslunni, rafeindahitastigi, hve mikið vinnugasið þynnist og þar með mögulegum takmörkunum á ræktunarhraða, svo og heildareiginleikum afhleðslunnar. Enn fremur ákvarðar afrakstur spætunar því hvaða ferli ber meginábyrgð á þynningu vinnugassins. Þegar upp er staðið staðfestir þetta verk að afrakstur spætunar skotmarksins sé mikilvæg stýristærð þegar besta á háaflspúlsaða segulspætu. Ritgerðin þjónar sem inngangur að þeim eðlisfræðilegu ferlum sem rannsakaðir voru, en megin niðurstöður verksins eru kynntar í meðfylgjandi greinum. Í verkinu er einnig fjallað um tilraunir þar sem áhersla er lögð á að mæla hlutfall jónaðs flæðis (IFF) í húðunarflæðinu. Þessi tilraunagögn voru notuð til að afmarka eina af breytum IRM-líkansins, sem bætir forspárgildi líkansins.

Um doktorsefnið:
Kateryna Barynova lauk M2-gráðu í kjarna-, agna- og stjarnagnaeðlisfræði og heimsfræði frá Université Paris-Saclay árið 2021 með stuðningi frá IDEX alþjóðlega meistaranámsstyrknum. Áður lauk hún bæði meistara- og bakkalárgráðu í eðlisfræði frá Taras Shevchenko háskólanum í Kænugarði, árin 2020 og 2018. Núverandi rannsóknir hennar beinast að líkanagerð á afhleðslum í lághitarafgasi, en hún hefur verið meðhöfundur að fjölda greina í helstu vísindatímaritum og flutt erindi á alþjóðlegum ráðstefnum. Hún hlaut verðlaun fyrir bestu nemendagreinina á 51. alþjóðlegu IEEE ráðstefnunni um Plasma Science (51st ICOPS). Áður en hún hóf doktorsnám var Katerynu í starfsnámi hjá CEA Paris-Saclay og frönsku kjarnorku- og agnaeðlisfræðistofnuninni, þar sem hún sérhæfði sig í gagnaúrsvinnslu á gammageislahrotum og fjölboðastjarnfræði. Hún var einnig meðlimur í GRANDMA, alþjóðlegu tengslaneti sjónauka sem helgað er fjölboðastjarnfræði, og var þar meðhöfundur að nokkrum rannsóknargreinum. Árið 2012 vann Kateryna silfurverðlaun á International Olympiad on Astronomy and Astrophysics (IOAA).