Magnetinio filtravimo technologija

Pagrindinė magnetinio filtravimo prietaiso teorija
Magnetinio filtravimo įtaiso didelėms dalelėms plazmos pluošte filtravimo mechanizmas yra toks:
Naudojant skirtumą tarp plazmos ir didelių dalelių krūvio ir krūvio ir masės santykio, tarp pagrindo ir katodo paviršiaus yra „barjeras“ (arba pertvara, arba išlenkta vamzdžio sienelė), kuri blokuoja bet kokias daleles, judančias tiesi linija tarp katodo ir pagrindo, o jonai gali būti nukreipti magnetinio lauko ir pereiti per „barjerą“ į pagrindą.

Magnetinio filtravimo įrenginio veikimo principas

Magnetiniame lauke Pe<

Pe ir Pi yra atitinkamai elektronų ir jonų Larmor spinduliai, o a yra vidinis magnetinio filtro skersmuo.Plazmoje esantys elektronai yra veikiami Lorenco jėgos ir sukasi palei magnetinį lauką ašine kryptimi, o magnetinis laukas mažiau veikia jonų sankaupas dėl skirtumo tarp jonų ir elektronų Larmoro spinduliu.Tačiau kai elektronas juda išilgai magnetinio filtro įtaiso ašies, jis pritrauks jonus išilgai ašies sukimosi judesiui dėl savo židinio ir stipraus neigiamo elektrinio lauko, o elektrono greitis yra didesnis nei jono, todėl elektronas. nuolat traukia joną į priekį, o plazma visada išlieka beveik elektriškai neutrali.Didelės dalelės yra elektra neutralios arba šiek tiek neigiamai įkrautos, o kokybė yra daug didesnė nei jonų ir elektronų, iš esmės neturi įtakos magnetiniam laukui ir linijiniam judėjimui išilgai inercijos ir bus išfiltruotos po susidūrimo su vidine sienele. prietaisas.
Vykdant kombinuotą lenkimo magnetinio lauko kreivumo ir gradiento dreifo bei jonų ir elektronų susidūrimų funkciją, plazma gali būti nukreipta magnetinio filtravimo įrenginyje.Šiandien dažniausiai naudojami teoriniai modeliai yra Morozovo srauto modelis ir Davidsono standaus rotoriaus modelis, kurie turi tokį bendrą bruožą: yra magnetinis laukas, dėl kurio elektronai juda griežtai spiraliniu būdu.
Magnetinio lauko, nukreipiančio ašinį plazmos judėjimą magnetinio filtravimo įrenginyje, stiprumas turi būti toks, kad:

Mi, Vo ir Z yra atitinkamai jonų masė, transportavimo greitis ir nešamų krūvių skaičius.a yra magnetinio filtro vidinis skersmuo, o e yra elektronų krūvis.
Reikėtų pažymėti, kad kai kurių didesnės energijos jonų negali visiškai surišti elektronų pluoštas.Jie gali pasiekti vidinę magnetinio filtro sienelę, todėl vidinė sienelė turi teigiamą potencialą, o tai savo ruožtu neleidžia jonams toliau pasiekti vidinę sienelę ir sumažina plazmos praradimą.
Remiantis šiuo reiškiniu, magnetinio filtro įtaiso sienelei gali būti taikomas tinkamas teigiamas poslinkio slėgis, kad būtų užkirstas kelias jonų susidūrimui, siekiant pagerinti tikslinį jonų transportavimo efektyvumą.

Magnetinio filtravimo prietaiso klasifikacija
(1) Linijinė struktūra.Magnetinis laukas veikia kaip jonų pluošto srauto vadovas, sumažindamas katodo dėmės dydį ir makroskopinių dalelių sankaupų proporciją, tuo pačiu sustiprindamas susidūrimus plazmoje, paskatindamas neutralias daleles paversti jonais ir sumažindamas makroskopinių dalelių skaičių. dalelių sankaupų, o didėjant magnetinio lauko stiprumui, sparčiai mažėja didelių dalelių skaičius.Palyginti su įprastu kelių lankų jonų dengimo metodu, šis struktūrinis įrenginys įveikia didelį efektyvumo sumažėjimą, kurį sukelia kiti metodai, ir gali užtikrinti iš esmės pastovų plėvelės nusodinimo greitį, tuo pačiu sumažinant didelių dalelių skaičių apie 60%.
(2) Kreivės tipo struktūra.Nors struktūra yra įvairių formų, tačiau pagrindinis principas yra tas pats.Plazma juda pagal kombinuotą magnetinio lauko ir elektrinio lauko funkciją, o magnetinis laukas naudojamas plazmai apriboti ir valdyti, nenukreipiant judesio magnetinių jėgos linijų kryptimi.O neįkrautos dalelės judės išilgai tiesinės ir bus atskirtos.Šiuo konstrukciniu įrenginiu paruoštos plėvelės pasižymi dideliu kietumu, mažu paviršiaus šiurkštumu, geru tankiu, vienodo grūdelių dydžiu ir stipriu plėvelės pagrindo sukibimu.XPS analizė rodo, kad ta-C plėvelių, padengtų tokio tipo prietaisu, paviršiaus kietumas gali siekti 56 GPa, todėl lenktos struktūros įtaisas yra plačiausiai naudojamas ir efektyviausias didelių dalelių pašalinimo būdas, tačiau tikslinis jonų transportavimo efektyvumas turi būti toliau tobulėjo.90° lenkimo magnetinio filtravimo įtaisas yra vienas plačiausiai naudojamų lenktos konstrukcijos prietaisų.Ta-C plėvelių paviršiaus profilio eksperimentai rodo, kad 360° lenkimo magnetinio filtravimo įrenginio paviršiaus profilis mažai keičiasi, palyginti su 90° lenkimo magnetinio filtravimo įtaisu, todėl 90° lenkimo magnetinio filtravimo poveikis didelėms dalelėms iš esmės gali būti pasiekti.90° lenkimo magnetinio filtravimo įtaisas daugiausia turi dviejų tipų konstrukcijas: vienas yra lenkiamas solenoidas, įdėtas į vakuuminę kamerą, o kitas yra iš vakuuminės kameros, o skirtumas tarp jų yra tik konstrukcijoje.90° lenkimo magnetinio filtravimo įtaiso darbinis slėgis yra 10-2Pa ir gali būti naudojamas įvairiose srityse, pavyzdžiui, dengiant nitridu, oksidu, amorfine anglimi, puslaidininkine plėvele ir metaline arba nemetaline plėvele. .

Magnetinio filtravimo įrenginio efektyvumas
Kadangi ne visos didelės dalelės gali prarasti kinetinę energiją nuolat susidūrus su siena, tam tikras skaičius didelių dalelių pasieks substratą per vamzdžio išleidimo angą.Todėl ilgas ir siauras magnetinio filtravimo įtaisas turi didesnį didelių dalelių filtravimo efektyvumą, tačiau šiuo metu jis padidins tikslinių jonų praradimą ir tuo pačiu padidins struktūros sudėtingumą.Todėl užtikrinti, kad magnetinio filtravimo įtaisas puikiai pašalintų dideles daleles ir didelis jonų transportavimo efektyvumas, yra būtina sąlyga, kad kelių lankų jonų dangos technologija būtų plačiai pritaikyta nusodinant aukštos kokybės plonas plėveles.Magnetinio filtravimo įrenginio veikimui įtakos turi magnetinio lauko stiprumas, lenkimo poslinkis, mechaninė pertvaros apertūra, lanko šaltinio srovė ir įkrautų dalelių kritimo kampas.Nustačius pagrįstus magnetinio filtravimo įrenginio parametrus, galima efektyviai pagerinti didelių dalelių filtravimo efektą ir taikinio jonų perdavimo efektyvumą.