Magneettinen suodatustekniikka

Magneettisuodatuslaitteen perusteoria
Plasmasäteen suurien hiukkasten magneettisuodatuslaitteen suodatusmekanismi on seuraava:
Käyttämällä plasman ja suurten hiukkasten eroa varauksen ja massasuhteen välillä, substraatin ja katodin pinnan väliin sijoittuu "este" (joko välilevy tai kaareva putken seinämä), joka estää hiukkasten liikkumisen suora viiva katodin ja substraatin välillä, kun taas ionit voivat poiketa magneettikentän vaikutuksesta ja kulkea "esteen" läpi substraattiin.

Magneettisen suodatuslaitteen toimintaperiaate

Magneettikentässä Pe<

Pe ja Pi ovat vastaavasti elektronien ja ionien Larmor-säteet, ja a on magneettisuodattimen sisähalkaisija.Plasman elektroneihin vaikuttaa Lorentzin voima ja ne pyörivät magneettikenttää pitkin aksiaalisesti, kun taas magneettikentällä on vähemmän vaikutusta ionien ryhmittymiseen Larmorin säteen ionien ja elektronien välisen eron vuoksi.Kuitenkin, kun elektroni liikkuu magneettisen suodatinlaitteen akselia pitkin, se houkuttelee ioneja pitkin aksiaalista pyörimisliikettä fokuksensa ja voimakkaan negatiivisen sähkökentän vuoksi, ja elektronin nopeus on suurempi kuin ioni, joten elektroni vetää ionia jatkuvasti eteenpäin, kun taas plasma pysyy aina lähes sähköisesti neutraalina.Suuret hiukkaset ovat sähköisesti neutraaleja tai hieman negatiivisesti varautuneita, ja laatu on paljon suurempi kuin ionit ja elektronit, magneettikenttä ja lineaarinen liike inertiassa eivät periaatteessa vaikuta niihin, ja ne suodattuvat pois törmäyksen jälkeen laite.
Taivuttavan magneettikentän kaarevuuden ja gradientin ryömintä- ja ioni-elektronitörmäysten yhteistoiminnassa plasma voidaan kääntää magneettisuodatuslaitteessa.Vuonna Yleisiä nykyään käytössä olevia teoreettisia malleja ovat Morozov-vuomalli ja Davidsonin jäykkäroottorimalli, joilla on seuraava yhteinen piirre: olemassa on magneettikenttä, joka saa elektronit liikkumaan tiukasti kierteisesti.
Plasman aksiaalista liikettä ohjaavan magneettikentän voimakkuuden magneettisuodatuslaitteessa tulee olla sellainen, että:

Mi, Vo ja Z ovat vastaavasti ionin massa, kuljetusnopeus ja kuljetettujen varausten lukumäärä.a on magneettisuodattimen sisähalkaisija ja e on elektronin varaus.
On huomattava, että joitain korkeamman energian ioneja ei voida täysin sitoa elektronisuihkulla.Ne voivat saavuttaa magneettisuodattimen sisäseinän, jolloin sisäseinämä on positiivisessa potentiaalissa, mikä puolestaan ​​estää ioneja pääsemästä edelleen sisäseinään ja vähentää plasman menetystä.
Tämän ilmiön mukaan magneettisen suodatinlaitteen seinämään voidaan kohdistaa sopiva positiivinen esipaine ionien törmäyksen estämiseksi kohdeionien kuljetuksen tehokkuuden parantamiseksi.

Magneettisen suodatuslaitteen luokitus
(1) Lineaarinen rakenne.Magneettikenttä toimii opasteena ionisäteen virtaukselle vähentäen katodipisteen kokoa ja makroskooppisten hiukkasklustereiden osuutta, tehostaen samalla plasman sisällä tapahtuvia törmäyksiä, mikä saa aikaan neutraalien hiukkasten muuttumisen ioneiksi ja vähentää makroskooppisten hiukkasten määrää. hiukkasklusterit ja suurten hiukkasten määrän nopea vähentäminen magneettikentän voimakkuuden kasvaessa.Verrattuna tavanomaiseen monikaari-ionipinnoitusmenetelmään tämä strukturoitu laite voittaa muiden menetelmien aiheuttaman merkittävän tehokkuuden heikkenemisen ja voi varmistaa olennaisesti vakion kalvon kerrostumisnopeuden vähentäen samalla suurten hiukkasten määrää noin 60 %.
(2) Käyrätyyppinen rakenne.Vaikka rakenteella on erilaisia ​​muotoja, mutta perusperiaate on sama.Plasma liikkuu magneettikentän ja sähkökentän yhdistetyn toiminnan alaisuudessa, ja magneettikenttää käytetään plasman rajoittamiseen ja ohjaamiseen ilman, että liikettä taitetaan magneettisten voimalinjojen suunnassa.Ja varaamattomat hiukkaset liikkuvat lineaarisesti ja erottuvat.Tällä rakennelaitteella valmistetuilla kalvoilla on korkea kovuus, alhainen pinnan karheus, hyvä tiheys, tasainen raekoko ja vahva kalvopohjan tarttuvuus.XPS-analyysi osoittaa, että tämän tyyppisellä laitteella päällystettyjen ta-C-kalvojen pintakovuus voi olla 56 GPa, joten kaarevan rakenteen laite on laajimmin käytetty ja tehokkain menetelmä suurten hiukkasten poistamiseen, mutta tavoite-ionien kuljetustehokkuus on saavutettava. parantunut entisestään.90° taivutettu magneettisuodatuslaite on yksi yleisimmin käytetyistä kaarevan rakenteen laitteista.Ta-C-kalvojen pintaprofiilia koskevat kokeet osoittavat, että 360° taivutusmagneettisen suodatuslaitteen pintaprofiili ei muutu paljon verrattuna 90° taivutusmagneettiseen suodatuslaitteeseen, joten 90° taivutetun magneettisuodatuksen vaikutus suurille hiukkasille voi olla periaatteessa saavutettu.90° taivutusmagneettisuodatuslaitteessa on pääosin kahden tyyppisiä rakenteita: toinen on tyhjökammioon sijoitettu taivutussolenoidi ja toinen tyhjiökammiosta ulos, ja ero niiden välillä on vain rakenteessa.90° taivutusmagneettisen suodatuslaitteen työpaine on luokkaa 10-2Pa, ja sitä voidaan käyttää monenlaisissa sovelluksissa, kuten nitridin, oksidin, amorfisen hiilen, puolijohdekalvon ja metalli- tai ei-metallikalvon pinnoittamiseen. .

Magneettisen suodatuslaitteen tehokkuus
Koska kaikki suuret hiukkaset eivät voi menettää kineettistä energiaa jatkuvissa törmäyksissä seinään, tietty määrä suuria hiukkasia saavuttaa substraatin putken ulostulon kautta.Siksi pitkällä ja kapealla magneettisuodatuslaitteella on suurempi suurten hiukkasten suodatustehokkuus, mutta tällä hetkellä se lisää kohde-ionien menetystä ja samalla lisää rakenteen monimutkaisuutta.Siksi sen varmistaminen, että magneettisella suodatuslaitteella on erinomainen suurten hiukkasten poisto ja korkea ioninsiirron tehokkuus, on välttämätön edellytys monikaari-ionipinnoitustekniikalle, jotta sillä on laaja käyttömahdollisuus korkean suorituskyvyn ohuiden kalvojen kerrostamisessa.Magneettisuodatuslaitteen toimintaan vaikuttavat magneettikentän voimakkuus, taivutuspoikkeama, mekaaninen ohjauslevyn aukko, kaarilähdevirta ja varautuneiden hiukkasten tulokulma.Asettamalla magneettisuodatuslaitteen kohtuulliset parametrit voidaan tehokkaasti parantaa suurten hiukkasten suodatusvaikutusta ja kohteen ioninsiirtotehokkuutta.