Tecnoloxía de filtración magnética

Teoría básica do dispositivo de filtración magnética
O mecanismo de filtrado do dispositivo de filtrado magnético para partículas grandes no feixe de plasma é o seguinte:
Usando a diferenza entre o plasma e as partículas grandes en carga e a relación carga-masa, hai unha "barrera" (un deflector ou unha parede de tubo curva) que se coloca entre o substrato e a superficie do cátodo, que bloquea calquera partícula que se mova nun liña recta entre o cátodo e o substrato, mentres que os ións poden ser desviados polo campo magnético e atravesar a "barrera" ata o substrato.

Principio de funcionamento do dispositivo de filtración magnética

No campo magnético, Pe<

Pe e Pi son os raios de Larmor dos electróns e dos ións respectivamente, e a é o diámetro interior do filtro magnético.Os electróns do plasma vense afectados pola forza de Lorentz e xiran ao longo do campo magnético axialmente, mentres que o campo magnético ten menos efecto sobre a agrupación dos ións debido á diferenza entre os ións e os electróns no radio de Larmor.Non obstante, cando o movemento de electróns ao longo do eixe do dispositivo de filtro magnético, atraerá ións ao longo do axial para o movemento de rotación debido ao seu foco e ao forte campo eléctrico negativo, e a velocidade do electrón é maior que o ión, polo que o electrón tira constantemente o ión cara adiante, mentres que o plasma permanece sempre case neutro eléctricamente.As partículas grandes son eléctricamente neutras ou lixeiramente cargadas negativamente, e a calidade é moito maior que os ións e os electróns, basicamente non se ven afectadas polo campo magnético e o movemento lineal ao longo da inercia, e filtraranse despois da colisión coa parede interna do dispositivo.
Baixo a función combinada da curvatura do campo magnético de flexión e a deriva do gradiente e as colisións ión-electróns, o plasma pódese desviar no dispositivo de filtración magnética.En Os modelos teóricos comúns utilizados hoxe en día son o modelo de fluxo de Morozov e o modelo de rotor ríxido de Davidson, que teñen a seguinte característica común: hai un campo magnético que fai que os electróns se movan de forma estritamente helicoidal.
A intensidade do campo magnético que guía o movemento axial do plasma no dispositivo de filtración magnética debe ser tal que:

Mi, Vo e Z son a masa do ión, a velocidade de transporte e o número de cargas transportadas respectivamente.a é o diámetro interno do filtro magnético e e é a carga dos electróns.
Hai que ter en conta que algúns ións de maior enerxía non poden unirse completamente polo feixe de electróns.Poden chegar á parede interna do filtro magnético, facendo que a parede interior teña un potencial positivo, o que á súa vez impide que os ións sigan chegando á parede interna e reduce a perda de plasma.
Segundo este fenómeno, pódese aplicar unha presión de polarización positiva adecuada á parede do dispositivo de filtro magnético para inhibir a colisión de ións para mellorar a eficiencia do transporte de ións obxectivo.

Clasificación do dispositivo de filtración magnética
(1) Estrutura lineal.O campo magnético actúa como guía para o fluxo do feixe iónico, reducindo o tamaño do punto do cátodo e a proporción de cúmulos de partículas macroscópicas, ao tempo que intensifica as colisións dentro do plasma, provocando a conversión de partículas neutras en ións e reducindo o número de partículas macroscópicas. cúmulos de partículas e reducindo rapidamente o número de partículas grandes a medida que aumenta a intensidade do campo magnético.En comparación co método de revestimento de ións multi-arco convencional, este dispositivo estruturado supera a redución significativa da eficiencia causada por outros métodos e pode garantir unha taxa de deposición de película esencialmente constante mentres reduce o número de partículas grandes nun 60%.
(2) Estrutura tipo curva.Aínda que a estrutura ten varias formas, pero o principio básico é o mesmo.O plasma móvese baixo a función combinada de campo magnético e campo eléctrico, e o campo magnético úsase para limitar e controlar o plasma sen desviar o movemento ao longo da dirección das liñas de forza magnética.E as partículas sen carga moveranse ao longo da lineal e separaranse.As películas preparadas por este dispositivo estrutural teñen alta dureza, baixa rugosidade superficial, boa densidade, tamaño de gran uniforme e forte adhesión á base da película.A análise XPS mostra que a dureza superficial das películas ta-C recubertas con este tipo de dispositivo pode alcanzar os 56 GPa, polo que o dispositivo de estrutura curva é o método máis utilizado e eficaz para a eliminación de partículas grandes, pero a eficiencia do transporte de ións obxectivo debe ser mellorado aínda máis.O dispositivo de filtración magnética de curva de 90 ° é un dos dispositivos de estrutura curva máis utilizados.Os experimentos sobre o perfil da superficie das películas Ta-C mostran que o perfil da superficie do dispositivo de filtración magnética de curva de 360 ​​° non cambia moito en comparación co dispositivo de filtración magnética de curva de 90 °, polo que o efecto da filtración magnética de curva de 90 ° para partículas grandes pode ser basicamente. conseguido.O dispositivo de filtración magnética de curva de 90 ° ten principalmente dous tipos de estruturas: un é un solenoide de curva colocado na cámara de baleiro e o outro colócase fóra da cámara de baleiro e a diferenza entre eles só está na estrutura.A presión de traballo do dispositivo de filtración magnética de curva de 90 ° é da orde de 10-2 Pa, e pódese usar nunha ampla gama de aplicacións, como o revestimento de nitruro, óxido, carbono amorfo, película semicondutora e película metálica ou non metálica. .

A eficiencia do dispositivo de filtración magnética
Dado que non todas as partículas grandes poden perder enerxía cinética en colisións continuas coa parede, un certo número de partículas grandes chegarán ao substrato a través da saída do tubo.Polo tanto, un dispositivo de filtración magnética longo e estreito ten unha maior eficiencia de filtración de partículas grandes, pero neste momento aumentará a perda de ións obxectivo e, ao mesmo tempo, aumentará a complexidade da estrutura.Polo tanto, garantir que o dispositivo de filtración magnética teña unha excelente eliminación de partículas grandes e unha alta eficiencia do transporte de ións é un requisito previo necesario para que a tecnoloxía de revestimento iónico multi-arco teña unha ampla perspectiva de aplicación no depósito de películas finas de alto rendemento.O funcionamento do dispositivo de filtración magnética vese afectado pola intensidade do campo magnético, pola polarización da curva, a apertura do deflector mecánico, a corrente da fonte de arco e o ángulo de incidencia das partículas cargadas.Ao establecer parámetros razoables do dispositivo de filtración magnética, o efecto de filtrado das partículas grandes e a eficiencia de transferencia de iones do obxectivo pódense mellorar de forma efectiva.