Tehnologija magnetne filtracije

Osnovna teorija uređaja za magnetnu filtraciju
Mehanizam filtriranja magnetnog uređaja za filtriranje velikih čestica u snopu plazme je sljedeći:
Koristeći razliku između plazme i velikih čestica u naboju i omjeru naboja i mase, postoji "pregrada" (bilo pregrada ili zakrivljeni zid cijevi) koja se nalazi između podloge i površine katode, koja blokira sve čestice koje se kreću u ravna linija između katode i supstrata, dok se joni mogu odbiti magnetnim poljem i proći kroz „barijeru“ do supstrata.

Princip rada uređaja za magnetnu filtraciju

U magnetnom polju, Pe<

Pe i Pi su Larmorov radijus elektrona i jona, a a je unutrašnji prečnik magnetnog filtera.Na elektrone u plazmi utiče Lorentzova sila i vrte se duž magnetnog polja aksijalno, dok magnetsko polje ima manji uticaj na grupisanje jona zbog razlike između jona i elektrona u Larmorovom radijusu.Međutim, kada se elektron kreće duž osi uređaja magnetnog filtera, on će privući ione duž aksijalne za rotacijsko kretanje zbog svog fokusa i jakog negativnog električnog polja, a brzina elektrona je veća od brzine jona, tako da elektron konstantno povlače ion naprijed, dok plazma uvijek ostaje kvazielektrično neutralna.Velike čestice su električno neutralne ili blago negativno nabijene, a kvaliteta je mnogo veća od iona i elektrona, u osnovi ne pod utjecajem magnetskog polja i linearnog kretanja po inerciji, te će se filtrirati nakon sudara s unutarnjim zidom uređaj.
Pod kombinovanom funkcijom savijanja zakrivljenosti magnetnog polja i gradijenta drifta i sudara jona i elektrona, plazma se može skrenuti u uređaju za magnetnu filtraciju.U Uobičajeni teorijski modeli koji se danas koriste su model Morozovljevog fluksa i Davidsonov model krutog rotora, koji imaju sljedeću zajedničku karakteristiku: postoji magnetsko polje koje pokreće elektrone na striktno spiralni način.
Jačina magnetnog polja koje vodi aksijalno kretanje plazme u uređaju za magnetnu filtraciju treba biti takva da:

Mi, Vo i Z su masa jona, brzina transporta i broj naelektrisanja.a je unutrašnji prečnik magnetnog filtera, a e je naelektrisanje elektrona.
Treba napomenuti da neki joni više energije ne mogu biti u potpunosti vezani elektronskim snopom.Oni mogu doći do unutrašnjeg zida magnetnog filtera, čineći unutrašnji zid pozitivnim potencijalom, što zauzvrat sprečava jone da nastave da dođu do unutrašnjeg zida i smanjuje gubitak plazme.
Prema ovom fenomenu, na zid uređaja magnetnog filtera može se primijeniti odgovarajući pozitivni prednapon kako bi se spriječio sudar jona kako bi se poboljšala efikasnost transporta ciljnih jona.

Klasifikacija uređaja za magnetnu filtraciju
(1)Linearna struktura.Magnetno polje djeluje kao vodič za protok jonskog snopa, smanjujući veličinu katodnog mjesta i udio makroskopskih klastera čestica, dok pojačava sudare unutar plazme, podstičući pretvaranje neutralnih čestica u ione i smanjujući broj makroskopskih čestica. klastera čestica i brzo smanjenje broja velikih čestica kako se povećava jačina magnetnog polja.U poređenju sa konvencionalnom metodom višelučnog jonskog premaza, ovaj strukturirani uređaj prevazilazi značajno smanjenje efikasnosti uzrokovano drugim metodama i može osigurati suštinski konstantnu stopu taloženja filma uz smanjenje broja velikih čestica za oko 60%.
(2) Struktura tipa krivulje.Iako struktura ima različite oblike, osnovni princip je isti.Plazma se kreće pod kombinovanom funkcijom magnetnog polja i električnog polja, a magnetsko polje se koristi za ograničavanje i kontrolu plazme bez skretanja kretanja duž pravca linija magnetske sile.A nenabijene čestice će se kretati duž linearne i biti odvojene.Filmovi pripremljeni ovim strukturalnim uređajem imaju visoku tvrdoću, malu površinsku hrapavost, dobru gustoću, ujednačenu veličinu zrna i jaku adheziju na bazi filma.XPS analiza pokazuje da površinska tvrdoća ta-C filmova presvučenih ovim tipom uređaja može doseći 56 GPa, tako da je uređaj sa zakrivljenom strukturom najčešće korištena i najefikasnija metoda za uklanjanje velikih čestica, ali je potrebno postići efikasnost transporta ciljnih jona. dodatno poboljšana.Uređaj za magnetnu filtraciju od 90° jedan je od najčešće korištenih uređaja zakrivljene strukture.Eksperimenti na površinskom profilu Ta-C filmova pokazuju da se površinski profil uređaja za magnetnu filtraciju savijanja od 360° ne mijenja mnogo u poređenju sa uređajem za magnetnu filtraciju savijanja od 90°, tako da učinak magnetne filtracije zavoje od 90° za velike čestice može biti u osnovi postignuto.Uređaj za magnetnu filtraciju od 90° uglavnom ima dvije vrste struktura: jedna je solenoid savijanja smještena u vakuumskoj komori, a druga je smještena izvan vakuumske komore, a razlika između njih je samo u strukturi.Radni pritisak uređaja za magnetnu filtraciju savijanja od 90° je reda 10-2Pa, a može se koristiti u širokom spektru primjena, kao što su nitridni premazi, oksidi, amorfni ugljik, poluvodički film i metalni ili nemetalni film .

Efikasnost uređaja za magnetnu filtraciju
Budući da ne mogu sve velike čestice izgubiti kinetičku energiju u kontinuiranim sudarima sa zidom, određeni broj velikih čestica će doći do podloge kroz izlaz cijevi.Stoga, dugački i uski uređaji za magnetnu filtraciju imaju veću efikasnost filtracije velikih čestica, ali će u ovom trenutku povećati gubitak ciljnih jona i istovremeno povećati složenost strukture.Stoga, osiguravanje da uređaj za magnetnu filtraciju ima odlično uklanjanje velikih čestica i visoku efikasnost transporta jona je neophodan preduvjet da tehnologija višelučnog ionskog premaza ima široku perspektivu primjene u taloženju tankih filmova visokih performansi.Na rad uređaja za magnetnu filtraciju utiču jačina magnetnog polja, pristranost savijanja, mehanička pregrada, struja izvora luka i ugao upada naelektrisanih čestica.Postavljanjem razumnih parametara uređaja za magnetnu filtraciju, efekat filtriranja velikih čestica i efikasnost prenosa jona mete mogu se efikasno poboljšati.