تکنولوژی فیلتراسیون مغناطیسی

تئوری اساسی دستگاه فیلتراسیون مغناطیسی
مکانیسم فیلتر دستگاه فیلتر مغناطیسی برای ذرات بزرگ در پرتو پلاسما به شرح زیر است:
با استفاده از تفاوت بین پلاسما و ذرات بزرگ در بار و نسبت بار به جرم، یک "موانع" (یا یک بافل یا یک دیوار لوله منحنی) بین بستر و سطح کاتد وجود دارد که هر ذره‌ای را که در حال حرکت هستند را مسدود می‌کند. خط مستقیم بین کاتد و بستر، در حالی که یون ها می توانند توسط میدان مغناطیسی منحرف شوند و از "موانع" به زیرلایه عبور کنند.

اصل کار دستگاه فیلتر مغناطیسی

در میدان مغناطیسی، Pe<

Pe و Pi به ترتیب شعاع های لامور الکترون ها و یون ها هستند و a قطر داخلی فیلتر مغناطیسی است.الکترون‌های پلاسما تحت تأثیر نیروی لورنتس قرار می‌گیرند و در امتداد میدان مغناطیسی به صورت محوری می‌چرخند، در حالی که میدان مغناطیسی به دلیل تفاوت بین یون‌ها و الکترون‌ها در شعاع لارمور تأثیر کمتری بر خوشه‌بندی یون‌ها دارد.با این حال، هنگامی که حرکت الکترون در امتداد محور دستگاه فیلتر مغناطیسی، به دلیل کانون و میدان الکتریکی منفی قوی، یون‌ها را در امتداد محوری برای حرکت چرخشی جذب می‌کند و سرعت الکترون بیشتر از یون است، بنابراین الکترون به طور مداوم یون را به جلو می کشد، در حالی که پلاسما همیشه از نظر الکتریکی خنثی می ماند.ذرات بزرگ از نظر الکتریکی خنثی یا دارای بار کمی منفی هستند و کیفیت آنها بسیار بزرگتر از یون ها و الکترون ها است و اساساً تحت تأثیر میدان مغناطیسی و حرکت خطی در امتداد اینرسی قرار نمی گیرند و پس از برخورد با دیواره داخلی فیلتر می شوند. دستگاه
تحت عملکرد ترکیبی انحنای میدان مغناطیسی خمشی و رانش گرادیان و برخورد یون-الکترون، پلاسما را می توان در دستگاه فیلتراسیون مغناطیسی منحرف کرد.در مدل‌های نظری رایج که امروزه استفاده می‌شود، مدل شار موروزوف و مدل روتور صلب دیویدسون هستند که ویژگی مشترک زیر را دارند: یک میدان مغناطیسی وجود دارد که باعث می‌شود الکترون‌ها به صورت کاملاً مارپیچی حرکت کنند.
قدرت میدان مغناطیسی هدایت کننده حرکت محوری پلاسما در دستگاه تصفیه مغناطیسی باید به گونه ای باشد که:

Mi، Vo و Z به ترتیب جرم یون، سرعت انتقال و تعداد بارهای حمل شده هستند.a قطر داخلی فیلتر مغناطیسی و e بار الکترون است.
لازم به ذکر است که برخی از یون های انرژی بالاتر نمی توانند به طور کامل توسط پرتو الکترونی محدود شوند.آنها ممکن است به دیواره داخلی فیلتر مغناطیسی برسند و دیواره داخلی را در یک پتانسیل مثبت قرار دهند که به نوبه خود مانع از ادامه رسیدن یون ها به دیواره داخلی شده و از دست دادن پلاسما را کاهش می دهد.
با توجه به این پدیده، فشار بایاس مثبت مناسبی را می توان به دیواره دستگاه فیلتر مغناطیسی اعمال کرد تا از برخورد یون ها جلوگیری کند تا بازده انتقال یون هدف را بهبود بخشد.

طبقه بندی دستگاه فیلتر مغناطیسی
(1) ساختار خطی.میدان مغناطیسی به عنوان راهنمای جریان پرتو یونی عمل می کند، اندازه نقطه کاتد و نسبت خوشه های ذرات ماکروسکوپی را کاهش می دهد، در حالی که برخوردهای درون پلاسما را تشدید می کند، باعث تبدیل ذرات خنثی به یون و کاهش تعداد ماکروسکوپی می شود. خوشه های ذرات، و به سرعت تعداد ذرات بزرگ را با افزایش قدرت میدان مغناطیسی کاهش می دهد.در مقایسه با روش متداول پوشش یونی چند قوس، این دستگاه ساختار یافته بر کاهش قابل توجه راندمان ناشی از روش‌های دیگر غلبه می‌کند و می‌تواند اساساً نرخ رسوب فیلم ثابت را تضمین کند در حالی که تعداد ذرات بزرگ را تا حدود 60 درصد کاهش می‌دهد.
(2) ساختار منحنی.اگرچه ساختار اشکال مختلفی دارد، اما اصل اساسی یکسان است.پلاسما تحت عملکرد ترکیبی میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی حرکت می کند و میدان مغناطیسی برای محدود کردن و کنترل پلاسما بدون انحراف حرکت در جهت خطوط نیروی مغناطیسی استفاده می شود.و ذرات بدون بار در امتداد خطی حرکت می کنند و از هم جدا می شوند.فیلم های تهیه شده توسط این دستگاه ساختاری دارای سختی بالا، زبری سطح پایین، چگالی خوب، اندازه دانه یکنواخت و چسبندگی پایه فیلم قوی هستند.تجزیه و تحلیل XPS نشان می دهد که سختی سطح لایه های ta-C پوشش داده شده با این نوع دستگاه می تواند به 56 گیگا پاسکال برسد، بنابراین دستگاه ساختار منحنی پرکاربردترین و موثرترین روش برای حذف ذرات بزرگ است، اما راندمان انتقال یون هدف باید انجام شود. بیشتر بهبود یافته است.دستگاه فیلتر مغناطیسی خم 90 درجه یکی از پرکاربردترین دستگاه های ساختار منحنی است.آزمایش‌ها روی مشخصات سطح فیلم‌های Ta-C نشان می‌دهد که مشخصات سطح دستگاه فیلتر مغناطیسی خمشی 360 درجه در مقایسه با دستگاه فیلتر مغناطیسی خمشی 90 درجه تغییر چندانی نمی‌کند، بنابراین اثر فیلتراسیون مغناطیسی خمشی 90 درجه برای ذرات بزرگ می‌تواند اساساً باشد. به دست آورد.دستگاه فیلتر مغناطیسی خم 90 درجه عمدتاً دارای دو نوع ساختار است: یکی شیر برقی خمشی است که در محفظه خلاء قرار می گیرد و دیگری خارج از محفظه خلاء قرار می گیرد و تفاوت آنها فقط در ساختار است.فشار کاری دستگاه فیلتر مغناطیسی خمشی 90 درجه به ترتیب 10-2Pa است و می توان از آن در طیف گسترده ای از کاربردها مانند پوشش نیترید، اکسید، کربن آمورف، فیلم نیمه هادی و فیلم فلزی یا غیرفلزی استفاده کرد. .

کارایی دستگاه فیلتر مغناطیسی
از آنجایی که همه ذرات بزرگ نمی توانند انرژی جنبشی را در برخوردهای مداوم با دیوار از دست بدهند، تعداد معینی از ذرات بزرگ از طریق خروجی لوله به زیرلایه می رسند.بنابراین یک دستگاه فیلتر مغناطیسی بلند و باریک دارای راندمان فیلتراسیون ذرات بزرگتر است اما در این زمان باعث افزایش اتلاف یون های هدف و در عین حال افزایش پیچیدگی ساختار می شود.بنابراین، اطمینان از اینکه دستگاه تصفیه مغناطیسی دارای حذف عالی ذرات بزرگ و راندمان بالای انتقال یون است، یک پیش نیاز ضروری برای فناوری پوشش یونی چند قوس است تا چشم‌انداز کاربردی گسترده‌ای در رسوب لایه‌های نازک با کارایی بالا داشته باشد.عملکرد دستگاه فیلتر مغناطیسی تحت تأثیر قدرت میدان مغناطیسی، بایاس خمشی، دیافراگم بافل مکانیکی، جریان منبع قوس و زاویه برخورد ذرات باردار است.با تنظیم پارامترهای معقول دستگاه فیلتراسیون مغناطیسی، می توان اثر فیلتر ذرات بزرگ و راندمان انتقال یون هدف را به طور موثر بهبود بخشید.