Technologie de filtration magnétique

Théorie de base du dispositif de filtration magnétique
Le mécanisme de filtrage du dispositif de filtrage magnétique pour les grosses particules dans le faisceau de plasma est le suivant :
En utilisant la différence entre le plasma et les grosses particules en charge et en rapport charge / masse, il existe une «barrière» (soit un déflecteur, soit une paroi de tube incurvée) placée entre le substrat et la surface de la cathode, qui bloque toutes les particules se déplaçant dans un ligne droite entre la cathode et le substrat, tandis que les ions peuvent être déviés par le champ magnétique et traverser la "barrière" vers le substrat.

Principe de fonctionnement du dispositif de filtration magnétique

Dans le champ magnétique, Pe<

Pe et Pi sont respectivement les rayons de Larmor des électrons et des ions, et a est le diamètre intérieur du filtre magnétique.Les électrons dans le plasma sont affectés par la force de Lorentz et tournent le long du champ magnétique axialement, tandis que le champ magnétique a moins d'effet sur le regroupement des ions en raison de la différence entre les ions et les électrons dans le rayon de Larmor.Cependant, lorsque le mouvement des électrons le long de l'axe du dispositif de filtre magnétique, il attirera les ions le long de l'axe pour le mouvement de rotation en raison de sa focalisation et du fort champ électrique négatif, et la vitesse des électrons est supérieure à celle de l'ion, de sorte que l'électron tirent constamment l'ion vers l'avant, tandis que le plasma reste toujours quasi électriquement neutre.Les grosses particules sont électriquement neutres ou légèrement chargées négativement, et la qualité est beaucoup plus grande que les ions et les électrons, fondamentalement non affectée par le champ magnétique et le mouvement linéaire le long de l'inertie, et sera filtrée après collision avec la paroi interne du appareil.
Sous la fonction combinée de la courbure du champ magnétique de flexion et de la dérive du gradient et des collisions ion-électron, le plasma peut être dévié dans le dispositif de filtration magnétique.Les modèles théoriques couramment utilisés aujourd'hui sont le modèle de flux de Morozov et le modèle de rotor rigide de Davidson, qui ont la caractéristique commune suivante : il existe un champ magnétique qui fait bouger les électrons de manière strictement hélicoïdale.
L'intensité du champ magnétique guidant le mouvement axial du plasma dans le dispositif de filtration magnétique doit être telle que :

Mi, Vo et Z sont respectivement la masse ionique, la vitesse de transport et le nombre de charges transportées.a est le diamètre intérieur du filtre magnétique et e est la charge de l'électron.
Il convient de noter que certains ions d'énergie plus élevée ne peuvent pas être entièrement liés par le faisceau d'électrons.Ils peuvent atteindre la paroi interne du filtre magnétique, mettant la paroi interne à un potentiel positif, ce qui à son tour empêche les ions de continuer à atteindre la paroi interne et réduit la perte de plasma.
Selon ce phénomène, une pression de polarisation positive appropriée peut être appliquée à la paroi du dispositif de filtre magnétique pour inhiber la collision des ions afin d'améliorer l'efficacité de transport des ions cibles.

Classification du dispositif de filtration magnétique
(1)Structure linéaire.Le champ magnétique agit comme un guide pour le flux du faisceau ionique, réduisant la taille de la tache cathodique et la proportion d'amas de particules macroscopiques, tout en intensifiant les collisions au sein du plasma, incitant la conversion des particules neutres en ions et réduisant le nombre de particules macroscopiques. amas de particules et en réduisant rapidement le nombre de grosses particules à mesure que l'intensité du champ magnétique augmente.Comparé au procédé de revêtement ionique multi-arc classique, ce dispositif structuré surmonte la réduction significative de l'efficacité causée par d'autres procédés et peut assurer un taux de dépôt de film essentiellement constant tout en réduisant le nombre de grosses particules d'environ 60 %.
(2) Structure de type courbe.Bien que la structure ait différentes formes, mais le principe de base est le même.Le plasma se déplace sous la fonction combinée du champ magnétique et du champ électrique, et le champ magnétique est utilisé pour confiner et contrôler le plasma sans dévier le mouvement le long de la direction des lignes de force magnétique.Et les particules non chargées se déplaceront le long du linéaire et seront séparées.Les films préparés par ce dispositif structurel ont une dureté élevée, une faible rugosité de surface, une bonne densité, une taille de grain uniforme et une forte adhérence à la base du film.L'analyse XPS montre que la dureté de surface des films ta-C revêtus de ce type de dispositif peut atteindre 56 GPa, ainsi le dispositif à structure incurvée est la méthode la plus largement utilisée et la plus efficace pour l'élimination des grosses particules, mais l'efficacité du transport des ions cibles doit être encore amélioré.Le dispositif de filtration magnétique coudé à 90° est l'un des dispositifs à structure courbe les plus largement utilisés.Des expériences sur le profil de surface des films Ta-C montrent que le profil de surface du dispositif de filtration magnétique à courbure à 360 ° ne change pas beaucoup par rapport au dispositif de filtration magnétique à courbure à 90 °, de sorte que l'effet de la filtration magnétique à courbure à 90 ° pour les grosses particules peut être fondamentalement atteint.Le dispositif de filtration magnétique à coude à 90° a principalement deux types de structures : l'un est un solénoïde de coude placé dans la chambre à vide, et l'autre est placé hors de la chambre à vide, et la différence entre eux réside uniquement dans la structure.La pression de travail du dispositif de filtration magnétique coudé à 90 ° est de l'ordre de 10-2 Pa et peut être utilisée dans une large gamme d'applications, telles que le nitrure de revêtement, l'oxyde, le carbone amorphe, le film semi-conducteur et le film métallique ou non métallique. .

L'efficacité du dispositif de filtration magnétique
Étant donné que toutes les grosses particules ne peuvent pas perdre de l'énergie cinétique lors de collisions continues avec le mur, un certain nombre de grosses particules atteindront le substrat par la sortie du tuyau.Par conséquent, un dispositif de filtration magnétique long et étroit a une efficacité de filtration plus élevée des grosses particules, mais à ce moment-là, il augmentera la perte d'ions cibles et en même temps augmentera la complexité de la structure.Par conséquent, s'assurer que le dispositif de filtration magnétique a une excellente élimination des grosses particules et une efficacité élevée du transport des ions est une condition préalable nécessaire pour que la technologie de revêtement ionique multi-arc ait une large perspective d'application dans le dépôt de films minces hautes performances.Le fonctionnement du dispositif de filtration magnétique est affecté par l'intensité du champ magnétique, la polarisation de courbure, l'ouverture du déflecteur mécanique, le courant de la source d'arc et l'angle d'incidence des particules chargées.En définissant des paramètres raisonnables du dispositif de filtration magnétique, l'effet de filtrage des grosses particules et l'efficacité de transfert d'ions de la cible peuvent être efficacement améliorés.