Magnetische Filtertechnologie

Grundlegende Theorie des magnetischen Filtergeräts
Der Filtermechanismus der magnetischen Filtervorrichtung für große Partikel im Plasmastrahl ist wie folgt:
Unter Ausnutzung des Unterschieds zwischen Plasma und großen Teilchen in der Ladung und dem Ladungs-zu-Masse-Verhältnis wird zwischen dem Substrat und der Kathodenoberfläche eine „Barriere“ (entweder eine Prallwand oder eine gekrümmte Rohrwand) angebracht, die alle sich bewegenden Teilchen blockiert Dabei entsteht eine gerade Linie zwischen Kathode und Substrat, während die Ionen durch das Magnetfeld abgelenkt werden können und durch die „Barriere“ zum Substrat gelangen.

Funktionsprinzip des magnetischen Filtergeräts

Im Magnetfeld ist Pe<

Pe und Pi sind die Larmorradien von Elektronen bzw. Ionen und a ist der Innendurchmesser des Magnetfilters.Die Elektronen im Plasma werden durch die Lorentzkraft beeinflusst und drehen sich axial entlang des Magnetfelds, während das Magnetfeld aufgrund des Unterschieds zwischen den Ionen und Elektronen im Larmorradius weniger Einfluss auf die Clusterbildung der Ionen hat.Wenn sich das Elektron jedoch entlang der Achse der magnetischen Filtervorrichtung bewegt, zieht es aufgrund seines Fokus und des starken negativen elektrischen Feldes Ionen entlang der Achse für die Rotationsbewegung an, und die Elektronengeschwindigkeit ist größer als die des Ions, also des Elektrons ziehen das Ion ständig nach vorne, während das Plasma stets quasi-elektrisch neutral bleibt.Die großen Teilchen sind elektrisch neutral oder leicht negativ geladen, und die Qualität ist viel größer als die der Ionen und Elektronen, im Grunde genommen nicht von dem Magnetfeld und der linearen Bewegung entlang der Trägheit beeinflusst und wird nach der Kollision mit der Innenwand des Teilchens herausgefiltert Gerät.
Unter der kombinierten Funktion der Krümmung des magnetischen Feldes, der Gradientendrift und der Ionen-Elektron-Kollisionen kann das Plasma in der Magnetfiltrationsvorrichtung abgelenkt werden.Die gängigen theoretischen Modelle, die heute verwendet werden, sind das Morozov-Flussmodell und das Davidson-Starrrotormodell, die folgendes gemeinsames Merkmal haben: Es gibt ein Magnetfeld, das die Elektronen dazu bringt, sich streng spiralförmig zu bewegen.
Die Stärke des Magnetfelds, das die axiale Bewegung des Plasmas in der Magnetfiltrationsvorrichtung steuert, sollte so sein, dass:

Mi, Vo und Z sind die Ionenmasse, die Transportgeschwindigkeit bzw. die Anzahl der transportierten Ladungen.a ist der Innendurchmesser des Magnetfilters und e ist die Elektronenladung.
Es ist zu beachten, dass einige Ionen höherer Energie nicht vollständig vom Elektronenstrahl gebunden werden können.Sie können die Innenwand des Magnetfilters erreichen, wodurch die Innenwand auf ein positives Potential gebracht wird, was wiederum verhindert, dass die Ionen weiterhin die Innenwand erreichen, und den Plasmaverlust verringert.
Gemäß diesem Phänomen kann ein geeigneter positiver Vordruck auf die Wand der Magnetfiltervorrichtung ausgeübt werden, um die Kollision von Ionen zu verhindern und so die Effizienz des Zielionentransports zu verbessern.

Klassifizierung von Magnetfiltrationsgeräten
(1)Lineare Struktur.Das Magnetfeld fungiert als Führung für den Ionenstrahlfluss, verringert die Größe des Kathodenflecks und den Anteil makroskopischer Partikelcluster, während es gleichzeitig die Kollisionen innerhalb des Plasmas intensiviert, was die Umwandlung neutraler Partikel in Ionen bewirkt und die Anzahl makroskopischer Partikel verringert Partikelcluster und eine rasche Verringerung der Anzahl großer Partikel mit zunehmender Magnetfeldstärke.Verglichen mit der herkömmlichen Mehrbogen-Ionenbeschichtungsmethode überwindet dieses strukturierte Gerät die durch andere Methoden verursachte erhebliche Effizienzminderung und kann eine im Wesentlichen konstante Filmabscheidungsrate gewährleisten und gleichzeitig die Anzahl großer Partikel um etwa 60 % reduzieren.
(2) Kurvenartige Struktur.Obwohl die Struktur verschiedene Formen hat, ist das Grundprinzip dasselbe.Das Plasma bewegt sich unter der kombinierten Funktion von Magnetfeld und elektrischem Feld, und das Magnetfeld wird verwendet, um das Plasma einzuschließen und zu steuern, ohne die Bewegung entlang der Richtung der magnetischen Kraftlinien abzulenken.Und die ungeladenen Teilchen bewegen sich linear und werden getrennt.Die mit dieser Strukturvorrichtung hergestellten Filme weisen eine hohe Härte, eine geringe Oberflächenrauheit, eine gute Dichte, eine gleichmäßige Korngröße und eine starke Haftung auf der Filmbasis auf.Die XPS-Analyse zeigt, dass die Oberflächenhärte von ta-C-Filmen, die mit diesem Gerätetyp beschichtet sind, 56 GPa erreichen kann. Daher ist das Gerät mit gekrümmter Struktur die am weitesten verbreitete und effektivste Methode zur Entfernung großer Partikel, die angestrebte Ionentransporteffizienz muss jedoch erreicht werden weiter verbessert.Das magnetische Filtergerät mit 90°-Bogen ist eines der am häufigsten verwendeten Geräte mit gebogener Struktur.Experimente zum Oberflächenprofil von Ta-C-Filmen zeigen, dass sich das Oberflächenprofil einer 360° gebogenen magnetischen Filtervorrichtung im Vergleich zu einer 90° gebogenen magnetischen Filtervorrichtung nicht wesentlich ändert, so dass die Wirkung der 90° gebogenen magnetischen Filterung für große Partikel grundsätzlich sein kann erreicht.Das magnetische Filtergerät mit 90°-Krümmung weist hauptsächlich zwei Arten von Strukturen auf: Eine davon ist ein gebogenes Magnetventil, das in der Vakuumkammer platziert ist, und die andere ist außerhalb der Vakuumkammer platziert, und der Unterschied zwischen ihnen besteht nur in der Struktur.Der Arbeitsdruck des 90° gebogenen magnetischen Filtergeräts liegt in der Größenordnung von 10–2 Pa und es kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, wie zum Beispiel zur Beschichtung von Nitrid, Oxid, amorphem Kohlenstoff, Halbleiterfilm und Metall- oder Nichtmetallfilm .

Die Effizienz des magnetischen Filtergeräts
Da nicht alle großen Partikel bei kontinuierlichen Kollisionen mit der Wand kinetische Energie verlieren können, gelangt eine bestimmte Anzahl großer Partikel durch den Rohrauslass zum Substrat.Daher hat eine lange und schmale Magnetfiltrationsvorrichtung eine höhere Filtrationseffizienz für große Partikel, erhöht jedoch zu diesem Zeitpunkt den Verlust an Zielionen und erhöht gleichzeitig die Komplexität der Struktur.Daher ist die Sicherstellung, dass das Magnetfiltrationsgerät eine hervorragende Entfernung großer Partikel und eine hohe Effizienz des Ionentransports aufweist, eine notwendige Voraussetzung dafür, dass die Multibogen-Ionenbeschichtungstechnologie eine breite Anwendungsperspektive bei der Abscheidung von Hochleistungsdünnfilmen hat.Der Betrieb des magnetischen Filtergeräts wird durch die Stärke des Magnetfelds, die Biegevorspannung, die mechanische Blendenöffnung, den Lichtbogenquellenstrom und den Einfallswinkel der geladenen Teilchen beeinflusst.Durch die Einstellung angemessener Parameter des Magnetfiltrationsgeräts können die Filterwirkung großer Partikel und die Ionentransfereffizienz des Ziels effektiv verbessert werden.