Τεχνολογία μαγνητικού φιλτραρίσματος

Βασική θεωρία της συσκευής μαγνητικής διήθησης
Ο μηχανισμός φιλτραρίσματος της συσκευής μαγνητικού φιλτραρίσματος για μεγάλα σωματίδια στη δέσμη πλάσματος έχει ως εξής:
Χρησιμοποιώντας τη διαφορά μεταξύ του πλάσματος και των μεγάλων σωματιδίων στο φορτίο και την αναλογία φορτίου προς μάζα, υπάρχει ένα «φράγμα» (είτε ένα διάφραγμα είτε ένα καμπύλο τοίχωμα σωλήνα) που τοποθετείται μεταξύ του υποστρώματος και της επιφάνειας της καθόδου, το οποίο εμποδίζει τυχόν σωματίδια που κινούνται σε ευθεία γραμμή μεταξύ της καθόδου και του υποστρώματος, ενώ τα ιόντα μπορούν να εκτραπούν από το μαγνητικό πεδίο και να περάσουν μέσω του «φράγματος» προς το υπόστρωμα.

Αρχή λειτουργίας της συσκευής μαγνητικού φιλτραρίσματος

Στο μαγνητικό πεδίο, Pe<

Το Pe και το Pi είναι οι ακτίνες Larmor των ηλεκτρονίων και των ιόντων αντίστοιχα, και το a είναι η εσωτερική διάμετρος του μαγνητικού φίλτρου.Τα ηλεκτρόνια στο πλάσμα επηρεάζονται από τη δύναμη Lorentz και περιστρέφονται κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου αξονικά, ενώ το μαγνητικό πεδίο έχει μικρότερη επίδραση στη ομαδοποίηση των ιόντων λόγω της διαφοράς μεταξύ των ιόντων και των ηλεκτρονίων στην ακτίνα Larmor.Ωστόσο, όταν η κίνηση του ηλεκτρονίου κατά μήκος του άξονα της συσκευής μαγνητικού φίλτρου, θα προσελκύσει ιόντα κατά μήκος της αξονικής για την περιστροφική κίνηση λόγω της εστίασής του και του ισχυρού αρνητικού ηλεκτρικού πεδίου, και η ταχύτητα του ηλεκτρονίου είναι μεγαλύτερη από το ιόν, οπότε το ηλεκτρόνιο τραβάτε συνεχώς το ιόν προς τα εμπρός, ενώ το πλάσμα παραμένει πάντα σχεδόν ηλεκτρικά ουδέτερο.Τα μεγάλα σωματίδια είναι ηλεκτρικά ουδέτερα ή ελαφρώς αρνητικά φορτισμένα και η ποιότητα είναι πολύ μεγαλύτερη από τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια, βασικά δεν επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο και τη γραμμική κίνηση κατά μήκος της αδράνειας και θα φιλτράρονται μετά από σύγκρουση με το εσωτερικό τοίχωμα του συσκευή.
Κάτω από τη συνδυασμένη συνάρτηση της καμπυλότητας του μαγνητικού πεδίου κάμψης και της μετατόπισης κλίσης και των συγκρούσεων ιόντων-ηλεκτρονίου, το πλάσμα μπορεί να εκτραπεί στη συσκευή μαγνητικής διήθησης.Στο Τα κοινά θεωρητικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι το μοντέλο ροής Morozov και το μοντέλο άκαμπτου ρότορα Davidson, τα οποία έχουν το εξής κοινό χαρακτηριστικό: υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο που κάνει τα ηλεκτρόνια να κινούνται με αυστηρά ελικοειδή τρόπο.
Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου που καθοδηγεί την αξονική κίνηση του πλάσματος στη συσκευή μαγνητικής διήθησης πρέπει να είναι τέτοια ώστε:

Τα Mi, Vo και Z είναι η μάζα ιόντων, η ταχύτητα μεταφοράς και ο αριθμός των φορτίων που μεταφέρονται αντίστοιχα.a είναι η εσωτερική διάμετρος του μαγνητικού φίλτρου και e είναι το φορτίο ηλεκτρονίων.
Πρέπει να σημειωθεί ότι ορισμένα ιόντα υψηλότερης ενέργειας δεν μπορούν να δεσμευτούν πλήρως από τη δέσμη ηλεκτρονίων.Μπορεί να φτάσουν στο εσωτερικό τοίχωμα του μαγνητικού φίλτρου, καθιστώντας το εσωτερικό τοίχωμα σε θετικό δυναμικό, το οποίο με τη σειρά του εμποδίζει τα ιόντα να συνεχίσουν να φτάνουν στο εσωτερικό τοίχωμα και μειώνει την απώλεια πλάσματος.
Σύμφωνα με αυτό το φαινόμενο, μια κατάλληλη θετική πίεση πόλωσης μπορεί να εφαρμοστεί στο τοίχωμα της συσκευής μαγνητικού φίλτρου για την αναστολή της σύγκρουσης ιόντων για τη βελτίωση της απόδοσης μεταφοράς ιόντων στόχου.

Ταξινόμηση της συσκευής μαγνητικής διήθησης
(1) Γραμμική δομή.Το μαγνητικό πεδίο λειτουργεί ως οδηγός για τη ροή της δέσμης ιόντων, μειώνοντας το μέγεθος της κηλίδας της καθόδου και την αναλογία των μακροσκοπικών συστάδων σωματιδίων, ενώ εντείνει τις συγκρούσεις μέσα στο πλάσμα, προτρέποντας τη μετατροπή των ουδέτερων σωματιδίων σε ιόντα και μειώνοντας τον αριθμό των μακροσκοπικών συστάδες σωματιδίων και μειώνοντας γρήγορα τον αριθμό των μεγάλων σωματιδίων καθώς αυξάνεται η ένταση του μαγνητικού πεδίου.Σε σύγκριση με τη συμβατική μέθοδο επίστρωσης ιόντων πολλαπλών τόξων, αυτή η δομημένη συσκευή ξεπερνά τη σημαντική μείωση της απόδοσης που προκαλείται από άλλες μεθόδους και μπορεί να εξασφαλίσει ουσιαστικά σταθερό ρυθμό εναπόθεσης φιλμ ενώ μειώνει τον αριθμό των μεγάλων σωματιδίων κατά περίπου 60%.
(2) Δομή τύπου καμπύλης.Αν και η δομή έχει διάφορες μορφές, αλλά η βασική αρχή είναι η ίδια.Το πλάσμα κινείται υπό τη συνδυασμένη λειτουργία μαγνητικού πεδίου και ηλεκτρικού πεδίου και το μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιείται για τον περιορισμό και τον έλεγχο του πλάσματος χωρίς να εκτρέπει την κίνηση κατά την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής δύναμης.Και τα αφόρτιστα σωματίδια θα κινηθούν κατά μήκος της γραμμικής και θα διαχωριστούν.Οι μεμβράνες που παρασκευάζονται από αυτή τη δομική συσκευή έχουν υψηλή σκληρότητα, χαμηλή τραχύτητα επιφάνειας, καλή πυκνότητα, ομοιόμορφο μέγεθος κόκκων και ισχυρή πρόσφυση βάσης φιλμ.Η ανάλυση XPS δείχνει ότι η επιφανειακή σκληρότητα των μεμβρανών ta-C που επικαλύπτονται με αυτόν τον τύπο συσκευής μπορεί να φτάσει τα 56 GPa, επομένως η συσκευή καμπύλης δομής είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και αποτελεσματική μέθοδος για την αφαίρεση μεγάλων σωματιδίων, αλλά η απόδοση μεταφοράς ιόντων στόχου πρέπει να είναι βελτιώθηκε περαιτέρω.Η συσκευή μαγνητικής διήθησης κάμψης 90° είναι μια από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες συσκευές καμπύλης δομής.Πειράματα στο προφίλ επιφάνειας των μεμβρανών Ta-C δείχνουν ότι το προφίλ επιφάνειας της συσκευής μαγνητικής διήθησης κάμψης 360° δεν αλλάζει πολύ σε σύγκριση με τη συσκευή μαγνητικής διήθησης κάμψης 90°, επομένως η επίδραση της μαγνητικής διήθησης κάμψης 90° για μεγάλα σωματίδια μπορεί να είναι βασικά επιτεύχθηκε.Η συσκευή μαγνητικής διήθησης κάμψης 90° έχει κυρίως δύο τύπους δομών: η μία είναι μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κάμψης τοποθετημένη στον θάλαμο κενού και η άλλη τοποθετείται έξω από το θάλαμο κενού και η διαφορά μεταξύ τους είναι μόνο στη δομή.Η πίεση λειτουργίας της συσκευής μαγνητικής διήθησης κάμψης 90° είναι της τάξης των 10-2Pa και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως νιτρίδιο επικάλυψης, οξείδιο, άμορφο άνθρακα, φιλμ ημιαγωγών και μεταλλική ή μη μεταλλική μεμβράνη .

Η αποτελεσματικότητα της συσκευής μαγνητικού φιλτραρίσματος
Δεδομένου ότι δεν μπορούν όλα τα μεγάλα σωματίδια να χάσουν την κινητική ενέργεια σε συνεχείς συγκρούσεις με τον τοίχο, ένας ορισμένος αριθμός μεγάλων σωματιδίων θα φτάσει στο υπόστρωμα μέσω της εξόδου του σωλήνα.Επομένως, μια μακρόστενη συσκευή μαγνητικής διήθησης έχει υψηλότερη απόδοση φιλτραρίσματος μεγάλων σωματιδίων, αλλά αυτή τη στιγμή θα αυξήσει την απώλεια ιόντων στόχου και ταυτόχρονα θα αυξήσει την πολυπλοκότητα της δομής.Επομένως, η διασφάλιση ότι η συσκευή μαγνητικής διήθησης έχει εξαιρετική αφαίρεση μεγάλων σωματιδίων και υψηλή απόδοση μεταφοράς ιόντων είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την τεχνολογία επικάλυψης ιόντων πολλαπλών τόξων ώστε να έχει ευρεία προοπτική εφαρμογής στην εναπόθεση λεπτών μεμβρανών υψηλής απόδοσης.Η λειτουργία της συσκευής μαγνητικού φιλτραρίσματος επηρεάζεται από την ένταση του μαγνητικού πεδίου, την προκατάληψη κάμψης, το μηχανικό άνοιγμα διαφράγματος, το ρεύμα πηγής τόξου και τη γωνία πρόσπτωσης φορτισμένων σωματιδίων.Με τον καθορισμό λογικών παραμέτρων της συσκευής μαγνητικής διήθησης, το αποτέλεσμα φιλτραρίσματος μεγάλων σωματιδίων και η απόδοση μεταφοράς ιόντων του στόχου μπορούν να βελτιωθούν αποτελεσματικά.