Tecnologia de filtració magnètica

Teoria bàsica del dispositiu de filtració magnètica
El mecanisme de filtratge del dispositiu de filtratge magnètic per a partícules grans del feix de plasma és el següent:
Utilitzant la diferència entre el plasma i les partícules grans en càrrega i la relació càrrega-massa, hi ha una "barrera" (ja sigui un deflector o una paret de tub corba) que es col·loca entre el substrat i la superfície del càtode, que bloqueja qualsevol partícula que es mogui en un línia recta entre el càtode i el substrat, mentre que els ions poden ser desviats pel camp magnètic i passar per la "barrera" fins al substrat.

Principi de funcionament del dispositiu de filtració magnètica

En el camp magnètic, Pe<

Pe i Pi són els radis de Larmor dels electrons i dels ions respectivament, i a és el diàmetre interior del filtre magnètic.Els electrons del plasma es veuen afectats per la força de Lorentz i giren al llarg del camp magnètic axialment, mentre que el camp magnètic té menys efecte sobre l'agrupament dels ions a causa de la diferència entre els ions i els electrons del radi de Larmor.Tanmateix, quan el moviment d'electrons al llarg de l'eix del dispositiu de filtre magnètic, atraurà ions al llarg de l'axial per al moviment de rotació a causa del seu focus i el fort camp elèctric negatiu, i la velocitat de l'electró és més gran que l'ió, de manera que l'electró estira constantment l'ió cap endavant, mentre que el plasma sempre roman quasi neutre elèctricament.Les partícules grans són elèctricament neutres o lleugerament carregades negativament, i la qualitat és molt més gran que els ions i els electrons, bàsicament no afectades pel camp magnètic i el moviment lineal al llarg de la inèrcia, i es filtraran després de la col·lisió amb la paret interior del dispositiu.
Sota la funció combinada de la curvatura del camp magnètic de flexió i la deriva del gradient i les col·lisions ió-electrons, el plasma es pot desviar al dispositiu de filtració magnètica.A Els models teòrics comuns que s'utilitzen avui en dia són el model de flux de Morozov i el model de rotor rígid de Davidson, que tenen la següent característica comuna: hi ha un camp magnètic que fa moure els electrons d'una manera estrictament helicoïdal.
La força del camp magnètic que guia el moviment axial del plasma al dispositiu de filtració magnètica hauria de ser tal que:

Mi, Vo i Z són la massa iònica, la velocitat de transport i el nombre de càrregues transportades, respectivament.a és el diàmetre interior del filtre magnètic, i e és la càrrega d'electrons.
Cal tenir en compte que alguns ions d'energia més alta no es poden unir completament pel feix d'electrons.Poden arribar a la paret interna del filtre magnètic, fent que la paret interior tingui un potencial positiu, que al seu torn impedeix que els ions continuïn arribant a la paret interna i redueix la pèrdua de plasma.
Segons aquest fenomen, es pot aplicar una pressió de polarització positiva adequada a la paret del dispositiu de filtre magnètic per inhibir la col·lisió d'ions per millorar l'eficiència del transport d'ions objectiu.

Classificació del dispositiu de filtració magnètica
(1) Estructura lineal.El camp magnètic actua com a guia per al flux del feix d'ions, reduint la mida de la taca del càtode i la proporció de cúmuls de partícules macroscòpiques, alhora que intensifica les col·lisions dins del plasma, provocant la conversió de partícules neutres en ions i reduint el nombre de partícules macroscòpiques. cúmuls de partícules i reduint ràpidament el nombre de partícules grans a mesura que augmenta la força del camp magnètic.En comparació amb el mètode de recobriment d'ions multi-arc convencional, aquest dispositiu estructurat supera la reducció significativa de l'eficiència causada per altres mètodes i pot assegurar una taxa de deposició de pel·lícula essencialment constant alhora que redueix el nombre de partícules grans en un 60%.
(2) Estructura tipus corba.Tot i que l'estructura té diverses formes, però el principi bàsic és el mateix.El plasma es mou sota la funció combinada de camp magnètic i camp elèctric, i el camp magnètic s'utilitza per limitar i controlar el plasma sense desviar el moviment al llarg de la direcció de les línies de força magnètica.I les partícules sense càrrega es mouran al llarg del lineal i es separaran.Les pel·lícules preparades per aquest dispositiu estructural tenen una alta duresa, baixa rugositat superficial, bona densitat, mida de gra uniforme i una forta adhesió a la base de la pel·lícula.L'anàlisi XPS mostra que la duresa superficial de les pel·lícules ta-C recobertes amb aquest tipus de dispositiu pot arribar als 56 GPa, per tant, el dispositiu d'estructura corba és el mètode més utilitzat i eficaç per a l'eliminació de partícules grans, però l'eficiència del transport d'ions objectiu ha de ser millorat encara més.El dispositiu de filtració magnètica de flexió de 90 ° és un dels dispositius d'estructura corba més utilitzats.Els experiments sobre el perfil de la superfície de les pel·lícules Ta-C mostren que el perfil de la superfície del dispositiu de filtració magnètica de flexió de 360 ​​° no canvia gaire en comparació amb el dispositiu de filtració magnètica de flexió de 90 °, de manera que l'efecte de la filtració magnètica de flexió de 90 ° per a partícules grans pot ser bàsicament aconseguit.El dispositiu de filtració magnètica de flexió de 90 ° té principalment dos tipus d'estructures: un és un solenoide de flexió col·locat a la cambra de buit i l'altre es col·loca fora de la cambra de buit i la diferència entre ells només es troba en l'estructura.La pressió de treball del dispositiu de filtració magnètica de flexió de 90 ° és de l'ordre de 10-2 Pa, i es pot utilitzar en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara nitrur de recobriment, òxid, carboni amorf, pel·lícula semiconductora i pel·lícula metàl·lica o no metàl·lica. .

L'eficiència del dispositiu de filtració magnètica
Com que no totes les partícules grans poden perdre energia cinètica en col·lisions contínues amb la paret, un cert nombre de partícules grans arribaran al substrat a través de la sortida de la canonada.Per tant, un dispositiu de filtració magnètica llarg i estret té una major eficiència de filtració de partícules grans, però en aquest moment augmentarà la pèrdua d'ions objectiu i, al mateix temps, augmentarà la complexitat de l'estructura.Per tant, garantir que el dispositiu de filtració magnètica tingui una excel·lent eliminació de partícules grans i una alta eficiència del transport d'ions és un requisit previ necessari perquè la tecnologia de recobriment d'ions multi-arc tingui una àmplia perspectiva d'aplicació per dipositar pel·lícules primes d'alt rendiment.El funcionament del dispositiu de filtració magnètica es veu afectat per la força del camp magnètic, la polarització de la flexió, l'obertura del deflector mecànic, el corrent de la font d'arc i l'angle d'incidència de partícules carregades.En establir paràmetres raonables del dispositiu de filtració magnètica, es pot millorar eficaçment l'efecte de filtrat de partícules grans i l'eficiència de transferència d'ions de l'objectiu.