تقنية الترشيح المغناطيسي

النظرية الأساسية لجهاز الترشيح المغناطيسي
آلية الترشيح لجهاز الترشيح المغناطيسي للجزيئات الكبيرة في حزمة البلازما كالتالي:
باستخدام الفرق بين البلازما والجسيمات الكبيرة المسؤولة ونسبة الشحنة إلى الكتلة ، يوجد "حاجز" (إما حاجز أو جدار أنبوب منحني) يوضع بين الركيزة وسطح الكاثود ، مما يمنع أي جسيمات تتحرك في خط مستقيم بين الكاثود والركيزة ، بينما يمكن أن تنحرف الأيونات عن طريق المجال المغناطيسي وتمر عبر "الحاجز" إلى الركيزة.

مبدأ عمل جهاز الترشيح المغناطيسي

في المجال المغناطيسي ، P <

Pe و Pi هما أنصاف أقطار Larmor للإلكترونات والأيونات على التوالي ، و a هو القطر الداخلي للمرشح المغناطيسي.تتأثر الإلكترونات في البلازما بقوة لورنتز وتدور على طول المجال المغناطيسي محوريًا ، في حين أن المجال المغناطيسي له تأثير أقل على تجمعات الأيونات بسبب الاختلاف بين الأيونات والإلكترونات في نصف قطر Larmor.ومع ذلك ، عندما حركة الإلكترون على طول محور جهاز المرشح المغناطيسي ، فإنه سوف يجذب الأيونات على طول المحور للحركة الدورانية بسبب تركيزه والحقل الكهربائي السلبي القوي ، وسرعة الإلكترون أكبر من الأيون ، وبالتالي فإن الإلكترون اسحب الأيونات باستمرار للأمام ، بينما تظل البلازما دائمًا شبه محايدة كهربائيًا.الجسيمات الكبيرة محايدة كهربائياً أو مشحونة بشكل سلبي قليلاً ، والجودة أكبر بكثير من الأيونات والإلكترونات ، ولا تتأثر أساسًا بالمجال المغناطيسي والحركة الخطية على طول القصور الذاتي ، وسيتم ترشيحها بعد الاصطدام بالجدار الداخلي للجهاز. جهاز.
في ظل الوظيفة المشتركة لانحناء المجال المغناطيسي الانحناء وانحراف التدرج وتصادم الأيونات والإلكترون ، يمكن انحراف البلازما في جهاز الترشيح المغناطيسي.في النماذج النظرية الشائعة المستخدمة اليوم هي نموذج تدفق موروزوف ونموذج دافيدسون الدوار الصلب ، والتي لها السمة المشتركة التالية: هناك مجال مغناطيسي يجعل الإلكترونات تتحرك بطريقة حلزونية صارمة.
يجب أن تكون قوة المجال المغناطيسي الذي يوجه الحركة المحورية للبلازما في جهاز الترشيح المغناطيسي على النحو التالي:

Mi و Vo و Z هي الكتلة الأيونية وسرعة النقل وعدد الشحنات المنقولة على التوالي.أ هو القطر الداخلي للمرشح المغناطيسي ، وهو شحنة الإلكترون.
وتجدر الإشارة إلى أن بعض أيونات الطاقة الأعلى لا يمكن ربطها بالكامل بحزمة الإلكترون.قد تصل إلى الجدار الداخلي للمرشح المغناطيسي ، مما يجعل الجدار الداخلي في جهد إيجابي ، والذي بدوره يمنع الأيونات من الاستمرار في الوصول إلى الجدار الداخلي ويقلل من فقدان البلازما.
وفقًا لهذه الظاهرة ، يمكن تطبيق ضغط تحيز إيجابي مناسب على جدار جهاز المرشح المغناطيسي لمنع تصادم الأيونات لتحسين كفاءة نقل الأيونات المستهدفة.

تصنيف جهاز الترشيح المغناطيسي
(1) الهيكل الخطي.يعمل المجال المغناطيسي كدليل لتدفق الحزمة الأيونية ، مما يقلل من حجم بقعة الكاثود ونسبة مجموعات الجسيمات العيانية ، مع تكثيف الاصطدامات داخل البلازما ، مما يؤدي إلى تحويل الجسيمات المحايدة إلى أيونات وتقليل عدد العيانية مجموعات الجسيمات ، وتقليل عدد الجسيمات الكبيرة بسرعة مع زيادة شدة المجال المغناطيسي.بالمقارنة مع طريقة الطلاء الأيوني متعدد القوس التقليدي ، فإن هذا الجهاز المنظم يتغلب على الانخفاض الكبير في الكفاءة الناتج عن الطرق الأخرى ويمكن أن يضمن بشكل أساسي معدل ترسيب فيلم ثابت مع تقليل عدد الجسيمات الكبيرة بحوالي 60٪.
(2) هيكل من نوع المنحنى.على الرغم من أن الهيكل له أشكال مختلفة ، إلا أن المبدأ الأساسي هو نفسه.تتحرك البلازما تحت الوظيفة المشتركة للمجال المغناطيسي والمجال الكهربائي ، ويستخدم المجال المغناطيسي لتقييد البلازما والتحكم فيها دون انحراف الحركة على طول اتجاه خطوط القوة المغناطيسية.والجسيمات غير المشحونة سوف تتحرك على طول الخط ويتم فصلها.تتميز الأفلام المعدة بواسطة هذا الجهاز الهيكلي بصلابة عالية ، وخشونة سطح منخفضة ، وكثافة جيدة ، وحجم حبيبات موحد ، ولصق قوي لقاعدة الفيلم.يوضح تحليل XPS أن صلابة السطح لأغشية ta-C المطلية بهذا النوع من الأجهزة يمكن أن تصل إلى 56 جيجا باسكال ، وبالتالي فإن جهاز الهيكل المنحني هو الطريقة الأكثر استخدامًا وفعالية لإزالة الجسيمات الكبيرة ، ولكن يجب أن تكون كفاءة نقل الأيونات المستهدفة مزيد من التحسن.يعد جهاز الترشيح المغناطيسي بزاوية 90 درجة أحد أكثر أجهزة الهيكل المنحني استخدامًا.تُظهر التجارب على المظهر الجانبي السطحي لأفلام Ta-C أن المظهر الجانبي لجهاز الترشيح المغناطيسي بزاوية 360 درجة لا يتغير كثيرًا مقارنة بجهاز الترشيح المغناطيسي بزاوية 90 درجة ، لذلك يمكن أن يكون تأثير الترشيح المغناطيسي الانحناء 90 درجة للجزيئات الكبيرة أساسًا حقق.يحتوي جهاز الترشيح المغناطيسي بزاوية 90 درجة بشكل أساسي على نوعين من الهياكل: أحدهما عبارة عن ملف لولبي منحني يوضع في غرفة التفريغ ، والآخر يتم وضعه خارج غرفة التفريغ ، والفرق بينهما يكون فقط في الهيكل.يكون ضغط العمل لجهاز الترشيح المغناطيسي بزاوية 90 درجة في حدود 10-2Pa ، ويمكن استخدامه في مجموعة واسعة من التطبيقات ، مثل طلاء نيتريد ، وأكسيد ، وكربون غير متبلور ، وفيلم أشباه الموصلات وفيلم معدني أو غير معدني .

كفاءة جهاز الترشيح المغناطيسي
نظرًا لأنه لا يمكن لجميع الجسيمات الكبيرة أن تفقد الطاقة الحركية في حالة الاصطدام المستمر بالجدار ، فإن عددًا معينًا من الجسيمات الكبيرة يصل إلى الركيزة عبر مخرج الأنبوب.لذلك ، فإن جهاز الترشيح المغناطيسي الطويل والضيق لديه كفاءة ترشيح أعلى للجسيمات الكبيرة ، ولكنه في هذا الوقت سيزيد من فقدان الأيونات المستهدفة وفي نفس الوقت يزيد من تعقيد الهيكل.لذلك ، فإن ضمان أن جهاز الترشيح المغناطيسي لديه إزالة ممتازة للجسيمات الكبيرة والكفاءة العالية في نقل الأيونات هو شرط أساسي ضروري لتقنية طلاء الأيونات متعدد الأقواس للحصول على إمكانية تطبيق واسعة في ترسيب الأغشية الرقيقة عالية الأداء.يتأثر تشغيل جهاز الترشيح المغناطيسي بقوة المجال المغناطيسي ، وانحراف الانحناء ، وفتحة الحاجز الميكانيكي ، وتيار مصدر القوس وزاوية حدوث الجسيمات المشحونة.من خلال تحديد المعلمات المعقولة لجهاز الترشيح المغناطيسي ، يمكن تحسين تأثير الترشيح للجزيئات الكبيرة وكفاءة نقل الأيونات للهدف بشكل فعال.