Magnetfiltreerimise tehnoloogia

Magnetfiltri seadme põhiteooria
Plasmakiires olevate suurte osakeste magnetilise filtreerimisseadme filtreerimismehhanism on järgmine:
Kasutades plasma ja suurte osakeste laengu erinevust ja laengu-massi suhet, tekib substraadi ja katoodi pinna vahele barjäär (kas deflektor või kumer torusein), mis blokeerib kõik osakestes liikuvad osakesed. sirgjoon katoodi ja substraadi vahel, samal ajal kui ioone saab magnetväli kõrvale pöörata ja läbida substraadi "barjääri".

Magnetfiltri seadme tööpõhimõte

Magnetväljas on Pe<

Pe ja Pi on vastavalt elektronide ja ioonide Larmori raadiused ning a on magnetfiltri siseläbimõõt.Plasmas olevaid elektrone mõjutab Lorentzi jõud ja need pöörlevad mööda magnetvälja aksiaalselt, samas kui magnetväli avaldab ioonide klastritele vähem mõju Larmori raadiuses olevate ioonide ja elektronide erinevuse tõttu.Kuid kui elektron liigub mööda magnetfiltri telge, tõmbab see fookuse ja tugeva negatiivse elektrivälja tõttu pöörleva liikumise jaoks ioone aksiaalselt ning elektronide kiirus on suurem kui ioon, seega elektron tõmbavad iooni pidevalt ette, samas kui plasma jääb alati kvaasielektriliselt neutraalseks.Suured osakesed on elektriliselt neutraalsed või kergelt negatiivselt laetud ning kvaliteet on palju suurem kui ioonidel ja elektronidel, põhimõtteliselt ei mõjuta magnetväli ja lineaarne liikumine piki inertsi ning need filtreeritakse välja pärast kokkupõrget siseseinaga. seade.
Magnetvälja paindekõveruse ja gradiendi triivi ning ioonide-elektronide kokkupõrgete kombineeritud funktsiooni korral saab plasma magnetfiltriseadmes kõrvale kalduda.Tänapäeval on levinud teoreetilised mudelid Morozovi voo mudel ja Davidsoni jäiga rootori mudel, millel on järgmine ühine tunnus: eksisteerib magnetväli, mis paneb elektronid liikuma rangelt spiraalselt.
Plasma aksiaalset liikumist magnetfiltriseadmes suunava magnetvälja tugevus peaks olema selline, et:

Mi, Vo ja Z on vastavalt iooni mass, transpordikiirus ja kantavate laengute arv.a on magnetfiltri siseläbimõõt ja e on elektronide laeng.
Tuleb märkida, et mõningaid kõrgema energiaga ioone ei saa elektronkiir täielikult siduda.Need võivad jõuda magnetfiltri siseseinani, muutes siseseina positiivse potentsiaaliga, mis omakorda pärsib ioonide edasist jõudmist siseseinani ja vähendab plasma kadu.
Selle nähtuse kohaselt saab ioonide kokkupõrke pärssimiseks rakendada magnetfiltri seinale sobivat positiivset nihkerõhku, et parandada sihtioonide transpordi efektiivsust.

Magnetfiltri seadme klassifikatsioon
(1) Lineaarne struktuur.Magnetväli toimib ioonikiire voolu juhina, vähendades katoodipunkti suurust ja makroskoopiliste osakeste klastrite osakaalu, intensiivistades samal ajal plasmas kokkupõrkeid, ajendades neutraalseid osakesi ioonideks muutma ja vähendades makroskoopiliste osakeste arvu. osakeste klastrid ja suurte osakeste arvu kiire vähenemine, kui magnetvälja tugevus suureneb.Võrreldes tavapärase mitmekaarelise ioonkatte meetodiga ületab see struktureeritud seade muude meetodite põhjustatud efektiivsuse olulise vähenemise ja suudab tagada põhimõtteliselt püsiva kile sadestumise kiiruse, vähendades samal ajal suurte osakeste arvu umbes 60%.
(2) Kõvera tüüpi struktuur.Kuigi struktuuril on erinevaid vorme, on põhiprintsiip sama.Plasma liigub magnetvälja ja elektrivälja kombineeritud funktsiooni all ning magnetvälja kasutatakse plasma piiramiseks ja juhtimiseks, ilma et see liiguks mööda magnetjõujooni.Ja laenguta osakesed liiguvad lineaarselt ja eralduvad.Selle konstruktsiooniseadmega valmistatud kiledel on kõrge kõvadus, madal pinnakaredus, hea tihedus, ühtlane tera suurus ja tugev kilealuse adhesioon.XPS analüüs näitab, et seda tüüpi seadmega kaetud ta-C kilede pinna kõvadus võib ulatuda 56 GPa-ni, seega on kõvera struktuuriga seade kõige laialdasemalt kasutatav ja tõhusam meetod suurte osakeste eemaldamiseks, kuid ioonide transpordi efektiivsust tuleb saavutada. veelgi paranenud.90° painutatud magnetfiltri seade on üks enim kasutatavaid kumera struktuuriga seadmeid.Ta-C kilede pinnaprofiili katsed näitavad, et 360° painutusega magnetfiltri seadme pinnaprofiil ei muutu palju võrreldes 90° painde magnetfiltri seadmega, seega võib 90° painutusega magnetfiltratsiooni mõju suurte osakeste korral põhimõtteliselt olla saavutatud.90° painutatud magnetfiltratsiooniseadmel on peamiselt kahte tüüpi konstruktsioone: üks on vaakumkambrisse asetatud painutussolenoid ja teine ​​vaakumkambrist välja asetatud ning nende vaheline erinevus on ainult konstruktsioonis.90° painutusmagnetilise filtreerimisseadme töörõhk on suurusjärgus 10-2Pa ja seda saab kasutada paljudes rakendustes, nagu näiteks nitriidi, oksiidi, amorfse süsiniku, pooljuhtkile ja metalli või mittemetallist kile katmine. .

Magnetfiltri seadme efektiivsus
Kuna mitte kõik suured osakesed ei saa kaotada kineetilist energiat pidevas kokkupõrkes seinaga, jõuab teatud arv suuri osakesi läbi toru väljalaskeava substraadini.Seetõttu on pikal ja kitsal magnetfiltreerimisseadmel suurte osakeste filtreerimise efektiivsus suurem, kuid sel ajal suurendab see sihtioonide kadu ja samal ajal suurendab struktuuri keerukust.Seetõttu on magnetilise filtreerimisseadme suurepärase suurte osakeste eemaldamise ja ioonitranspordi kõrge efektiivsuse tagamine mitmekaarelise ioonkatte tehnoloogia vajalik eeltingimus, et sellel oleks suure jõudlusega õhukeste kilede sadestamisel laialdane kasutusvõimalus.Magnetfiltriseadme tööd mõjutavad magnetvälja tugevus, painde eelpinge, mehaaniline deflektori ava, kaareallika vool ja laetud osakeste langemisnurk.Magnetfiltriseadme mõistlike parameetrite määramisega saab tõhusalt parandada suurte osakeste filtreerivat toimet ja sihtmärgi iooniülekande efektiivsust.