Асновы тэорыі прылады магнітнай фільтрацыі
Механізм фільтрацыі прылады магнітнага фільтра для буйных часціц у пучку плазмы выглядае наступным чынам:
Выкарыстоўваючы розніцу паміж плазмай і буйнымі часціцамі ў зарадзе і суадносінах зарада і масы, існуе «бар'ер» (альбо перагародка, альбо выгнутая сценка трубкі), які размяшчаецца паміж падкладкай і паверхняй катода, які блакуе любыя часціцы, якія рухаюцца ў прамая лінія паміж катодам і падкладкай, у той час як іёны могуць адхіляцца магнітным полем і праходзіць праз «бар'ер» да падкладкі.
Прынцып працы прылады магнітнай фільтрацыі
У магнітным полі Рэ<
Pe і Pi - лармораўскія радыусы электронаў і іёнаў адпаведна, a - унутраны дыяметр магнітнага фільтра.Электроны ў плазме падвяргаюцца ўздзеянню сілы Лорэнца і круцяцца ўздоўж магнітнага поля па восі, у той час як магнітнае поле менш уплывае на кластэрызацыю іёнаў з-за розніцы паміж іёнамі і электронамі ў лармораўскім радыусе.Аднак, калі электрон рухаецца ўздоўж восі прылады магнітнага фільтра, ён будзе прыцягваць іёны ўздоўж восі для вярчальнага руху з-за свайго фокусу і моцнага адмоўнага электрычнага поля, і хуткасць электрона большая, чым іёна, таму электрон пастаянна цягнуць іён наперад, у той час як плазма заўсёды застаецца квазіэлектрычна нейтральнай.Буйныя часціцы электрычна нейтральныя або злёгку адмоўна зараджаныя, і якасць значна большая, чым іёны і электроны, у асноўным не падвяргаюцца ўздзеянню магнітнага поля і лінейнага руху па інэрцыі, і будуць адфільтраваны пасля сутыкнення з унутранай сценкай прылада.
Пры камбінаванай функцыі крывізны магнітнага поля, градыентнага дрэйфу і іённа-электронных сутыкненняў плазма можа адхіляцца ў прыладзе магнітнай фільтрацыі.Агульнымі тэарэтычнымі мадэлямі, якія выкарыстоўваюцца сёння, з'яўляюцца мадэль патоку Марозава і мадэль жорсткага ротара Дэвідсана, якія маюць наступную агульную рысу: існуе магнітнае поле, якое прымушае электроны рухацца строга па спіралі.
Напружанасць магнітнага поля, якое накіроўвае восевы рух плазмы ў прыладзе магнітнай фільтрацыі, павінна быць такой, каб:
Mi, Vo і Z — адпаведна маса іёна, хуткасць пераносу і колькасць перанесеных зарадаў.а - унутраны дыяметр магнітнага фільтра, е - зарад электрона.
Варта адзначыць, што некаторыя іёны з большай энергіяй не могуць быць цалкам звязаны электронным пучком.Яны могуць дасягаць унутранай сценкі магнітнага фільтра, робячы ўнутраную сценку станоўчага патэнцыялу, што, у сваю чаргу, перашкаджае іёнам працягваць дасягаць унутранай сценкі і памяншае страты плазмы.
У адпаведнасці з гэтай з'явай да сценкі прылады магнітнага фільтра можа быць прыкладзены адпаведны дадатны ціск зрушэння для інгібіравання сутыкнення іёнаў і павышэння эфектыўнасці транспарту мэтавых іёнаў.
Класіфікацыя прылад магнітнай фільтрацыі
(1) Лінейная структура.Магнітнае поле дзейнічае як праваднік для патоку пучка іёнаў, памяншаючы памер катоднай плямы і долю кластараў макраскапічных часціц, адначасова ўзмацняючы сутыкненні ўнутры плазмы, падахвочваючы пераўтварэнне нейтральных часціц у іёны і памяншаючы колькасць макраскапічных часціц. кластары часціц і хуткае памяншэнне колькасці буйных часціц па меры павелічэння напружанасці магнітнага поля.У параўнанні са звычайным метадам шматдуговага іённага пакрыцця гэта структураванае прылада пераадольвае значнае зніжэнне эфектыўнасці, выкліканае іншымі метадамі, і можа забяспечыць практычна пастаянную хуткасць нанясення плёнкі пры зніжэнні колькасці буйных часціц прыкладна на 60%.
(2) Структура тыпу крывой.Хоць структура мае розныя формы, але асноўны прынцып той жа.Плазма рухаецца пад уздзеяннем сумеснай функцыі магнітнага поля і электрычнага поля, і магнітнае поле выкарыстоўваецца для абмежавання і кіравання плазмай без адхілення руху ўздоўж напрамку магнітных сілавых ліній.А незараджаныя часціцы будуць рухацца па лінейцы і раздзяляцца.Плёнкі, атрыманыя гэтым канструкцыйным прыладай, маюць высокую цвёрдасць, нізкую шурпатасць паверхні, добрую шчыльнасць, аднастайны памер зярністасці і моцную адгезію да асновы плёнкі.XPS-аналіз паказвае, што цвёрдасць паверхні плёнак ta-C, пакрытых гэтым тыпам прылады, можа дасягаць 56 ГПа, такім чынам, прылада з выгнутай структурай з'яўляецца найбольш шырока выкарыстоўваным і эфектыўным метадам для выдалення буйных часціц, але мэтавая эфектыўнасць транспарту іёнаў павінна быць далейшае ўдасканаленне.Прылада магнітнай фільтрацыі з выгібам 90° з'яўляецца адным з найбольш шырока выкарыстоўваюцца прылад з выгнутай структурай.Эксперыменты з профілем паверхні плёнак Ta-C паказваюць, што профіль паверхні прылады магнітнай фільтрацыі з выгібам 360° практычна не змяняецца ў параўнанні з прыладай магнітнай фільтрацыі з выгібам 90°, таму эфект магнітнай фільтрацыі з выгібам 90° для буйных часціц можа быць у асноўным дасягнуты.Прылада магнітнай фільтрацыі з выгібам 90° у асноўным мае два тыпы канструкцый: адна ўяўляе сабой саленоід з выгібам, размешчаны ў вакуумнай камеры, а другая - па-за вакуумнай камеры, і розніца паміж імі заключаецца толькі ў структуры.Працоўны ціск прылады магнітнай фільтрацыі з выгібам 90° складае парадку 10-2 Па, і яго можна выкарыстоўваць у шырокім спектры прымянення, напрыклад, для нанясення нітрыдаў, аксідаў, аморфнага вугляроду, паўправадніковых плёнак і металічных і неметалічных плёнак. .
Эфектыўнасць прылады магнітнай фільтрацыі
Паколькі не ўсе буйныя часціцы могуць губляць кінетычную энергію пры бесперапынных сутыкненнях са сценкай, пэўная колькасць буйных часціц дасягне падкладкі праз выхад трубы.Такім чынам, доўгая і вузкая прылада магнітнай фільтрацыі мае больш высокую эфектыўнасць фільтрацыі буйных часціц, але ў гэты час яна павялічыць страты мэтавых іёнаў і ў той жа час павялічыць складанасць структуры.Такім чынам, забеспячэнне таго, каб прылада магнітнай фільтрацыі мела выдатнае выдаленне буйных часціц і высокую эфектыўнасць транспарту іёнаў, з'яўляецца неабходнай перадумовай для таго, каб тэхналогія нанясення шматдугавых іённых пакрыццяў мела шырокія перспектывы прымянення для нанясення высокаэфектыўных тонкіх плёнак.На працу прылады магнітнай фільтрацыі ўплываюць напружанасць магнітнага поля, зрушэнне выгібу, адтуліна механічнай перагародкі, ток крыніцы дугі і вугал падзення зараджаных часціц.Усталяваўшы разумныя параметры прылады магнітнай фільтрацыі, эфект фільтрацыі буйных часціц і эфектыўнасць пераносу іёнаў мішэні можна эфектыўна палепшыць.
Час публікацыі: 8 лістапада 2022 г