Magnetisk filtreringsteknologi

Grundlæggende teori om magnetisk filtreringsenhed
Filtreringsmekanismen for den magnetiske filtreringsanordning for store partikler i plasmastrålen er som følger:
Ved at bruge forskellen mellem plasma og store partikler i ladning og ladning-til-masse-forhold, er der en "barriere" (enten en skærm eller en buet rørvæg) placeret mellem substratet og katodeoverfladen, som blokerer for eventuelle partikler, der bevæger sig i en lige linje mellem katoden og substratet, mens ionerne kan afbøjes af magnetfeltet og passere gennem "barrieren" til substratet.

Funktionsprincip for magnetisk filtreringsenhed

I magnetfeltet er Pe<

Pe og Pi er Larmor-radierne for henholdsvis elektroner og ioner, og a er magnetfilterets indre diameter.Elektronerne i plasmaet påvirkes af Lorentz-kraften og spinder langs magnetfeltet aksialt, mens magnetfeltet har mindre effekt på ionernes klyngedannelse på grund af forskellen mellem ionerne og elektronerne i Larmor-radius.Men når elektronbevægelsen langs aksen af ​​den magnetiske filteranordning, vil den tiltrække ioner langs den aksiale for rotationsbevægelsen på grund af dens fokus og det stærke negative elektriske felt, og elektronhastigheden er større end ionen, så elektronen konstant trække ionen fremad, mens plasmaet altid forbliver quasi-elektrisk neutralt.De store partikler er elektrisk neutrale eller svagt negativt ladede, og kvaliteten er meget større end ionerne og elektronerne, stort set ikke påvirket af magnetfeltet og lineær bevægelse langs inertien, og vil blive filtreret ud efter kollision med indervæggen i enhed.
Under den kombinerede funktion af den bøjede magnetiske feltkrumning og gradientdrift og ion-elektronkollisioner kan plasmaet afbøjes i den magnetiske filtreringsanordning.I De gængse teoretiske modeller, der bruges i dag, er Morozov-fluxmodellen og Davidson-stive rotormodellen, som har følgende fællestræk: der er et magnetfelt, der får elektronerne til at bevæge sig på en strengt skruelinjeformet måde.
Styrken af ​​det magnetiske felt, der styrer plasmaets aksiale bevægelse i den magnetiske filtreringsanordning, skal være sådan, at:

Mi, Vo og Z er henholdsvis ionmassen, transporthastigheden og antallet af ladninger.a er magnetfilterets indre diameter, og e er elektronladningen.
Det skal bemærkes, at nogle ioner med højere energi ikke kan bindes fuldt ud af elektronstrålen.De kan nå den indvendige væg af det magnetiske filter, hvilket gør den indre væg til et positivt potentiale, hvilket igen hæmmer ionerne i at fortsætte med at nå den indre væg og reducerer tabet af plasma.
Ifølge dette fænomen kan et passende positivt forspændingstryk påføres væggen af ​​den magnetiske filteranordning for at inhibere kollisionen af ​​ioner for at forbedre måliontransporteffektiviteten.

Klassificering af magnetisk filtreringsenhed
(1) Lineær struktur.Magnetfeltet fungerer som en guide for ionstrålestrømmen, reducerer størrelsen af ​​katodepletten og andelen af ​​makroskopiske partikelklynger, samtidig med at kollisionerne i plasmaet intensiveres, hvilket foranlediger omdannelsen af ​​neutrale partikler til ioner og reducerer antallet af makroskopiske partikler. partikelklynger, og hurtigt reducere antallet af store partikler, når magnetfeltstyrken øges.Sammenlignet med den konventionelle multi-arc ion coating metode overvinder denne strukturerede enhed den betydelige reduktion i effektivitet forårsaget af andre metoder og kan sikre i det væsentlige konstant filmaflejringshastighed, mens antallet af store partikler reduceres med omkring 60%.
(2) Kurve-type struktur.Selvom strukturen har forskellige former, men det grundlæggende princip er det samme.Plasmaet bevæger sig under den kombinerede funktion af magnetfelt og elektrisk felt, og magnetfeltet bruges til at begrænse og kontrollere plasmaet uden at afbøje bevægelse langs retningen af ​​magnetiske kraftlinjer.Og de uladede partikler vil bevæge sig langs det lineære og blive adskilt.Filmene fremstillet af denne strukturelle anordning har høj hårdhed, lav overfladeruhed, god tæthed, ensartet kornstørrelse og stærk filmbaseadhæsion.XPS-analyse viser, at overfladehårdheden af ​​ta-C-film belagt med denne type enhed kan nå 56 GPa, således er den buede strukturenhed den mest udbredte og effektive metode til fjernelse af store partikler, men måliontransporteffektiviteten skal være yderligere forbedret.Den 90° bøjede magnetiske filtreringsenhed er en af ​​de mest udbredte enheder med buet struktur.Eksperimenter med overfladeprofilen af ​​Ta-C-film viser, at overfladeprofilen af ​​360° bøjningsmagnetisk filtreringsanordning ikke ændrer sig meget sammenlignet med 90° bøjningsmagnetisk filtreringsanordning, så effekten af ​​90° bøjningsmagnetisk filtrering for store partikler kan grundlæggende være opnået.90° bøjningsmagnetisk filtreringsenhed har hovedsageligt to typer strukturer: den ene er en bøjningssolenoid placeret i vakuumkammeret, og den anden er placeret ude af vakuumkammeret, og forskellen mellem dem er kun i strukturen.Arbejdstrykket for 90° bøjet magnetisk filtreringsanordning er i størrelsesordenen 10-2Pa, og det kan bruges i en lang række applikationer, såsom belægningsnitrid, oxid, amorft kulstof, halvlederfilm og metal- eller ikke-metalfilm .

Effektiviteten af ​​magnetisk filtreringsenhed
Da ikke alle store partikler kan miste kinetisk energi ved kontinuerlige kollisioner med væggen, vil et vist antal store partikler nå substratet gennem rørudløbet.Derfor har en lang og smal magnetisk filtreringsenhed en højere filtreringseffektivitet af store partikler, men på dette tidspunkt vil det øge tabet af målioner og samtidig øge kompleksiteten af ​​strukturen.Derfor er sikring af, at den magnetiske filtreringsanordning har fremragende fjernelse af store partikler og høj effektivitet af iontransport, en nødvendig forudsætning for, at multibue-ionbelægningsteknologi har et bredt anvendelsesperspektiv til afsætning af højtydende tynde film.Funktionen af ​​den magnetiske filtreringsenhed påvirkes af magnetfeltstyrken, bøjningsforspænding, mekanisk skærmåbning, lysbuekildestrøm og ladede partiklers indfaldsvinkel.Ved at indstille rimelige parametre for den magnetiske filtreringsanordning kan filtreringseffekten af ​​store partikler og målets ionoverførselseffektivitet forbedres effektivt.