Magnētiskās filtrēšanas tehnoloģija

Magnētiskās filtrēšanas ierīces pamatteorija
Magnētiskās filtrēšanas ierīces filtrēšanas mehānisms lielām daļiņām plazmas starā ir šāds:
Izmantojot atšķirību starp plazmu un lielajām daļiņām lādiņā un lādiņa un masas attiecību, starp substrātu un katoda virsmu tiek novietota “barjera” (vai nu deflektors, vai izliekta caurules siena), kas bloķē jebkādas daļiņas, kas kustas lādiņā. taisna līnija starp katodu un substrātu, savukārt jonus var novirzīt magnētiskais lauks un iziet cauri “barjerai” uz pamatni.

Magnētiskās filtrēšanas ierīces darbības princips

Magnētiskajā laukā Pe<

Pe un Pi ir attiecīgi elektronu un jonu Larmor rādiusi, un a ir magnētiskā filtra iekšējais diametrs.Plazmā esošos elektronus ietekmē Lorenca spēks un tie griežas pa magnētisko lauku aksiāli, savukārt magnētiskajam laukam ir mazāka ietekme uz jonu klasterizāciju, jo Larmora rādiusā ir atšķirība starp joniem un elektroniem.Tomēr, kad elektrons pārvietojas pa magnētiskā filtra ierīces asi, tā fokusa un spēcīga negatīvā elektriskā lauka dēļ tas piesaistīs jonus pa aksiāli rotācijas kustībai, un elektronu ātrums ir lielāks par jonu, tāpēc elektrons pastāvīgi velciet jonu uz priekšu, kamēr plazma vienmēr paliek kvazielektriski neitrāla.Lielās daļiņas ir elektriski neitrālas vai nedaudz negatīvi lādētas, un kvalitāte ir daudz lielāka nekā joniem un elektroniem, ko pamatā neietekmē magnētiskais lauks un lineārā kustība gar inerci, un tiks izfiltrētas pēc sadursmes ar iekšējo sienu. ierīci.
Izmantojot lieces magnētiskā lauka izliekuma un gradienta novirzes un jonu-elektronu sadursmju kombinēto funkciju, plazmu var novirzīt magnētiskās filtrēšanas ierīcē.Mūsdienās plaši izmantotie teorētiskie modeļi ir Morozova plūsmas modelis un Deividsona stingrā rotora modelis, kuriem ir šāda kopīga iezīme: pastāv magnētiskais lauks, kas liek elektroniem kustēties stingri spirālveida veidā.
Magnētiskā lauka stiprumam, kas vada plazmas aksiālo kustību magnētiskās filtrēšanas ierīcē, jābūt tādam, lai:

Mi, Vo un Z ir attiecīgi jonu masa, transportēšanas ātrums un lādiņu skaits.a ir magnētiskā filtra iekšējais diametrs, un e ir elektronu lādiņš.
Jāņem vērā, ka dažus augstākas enerģijas jonus nevar pilnībā saistīt ar elektronu staru kūli.Tie var sasniegt magnētiskā filtra iekšējo sienu, padarot iekšējo sienu ar pozitīvu potenciālu, kas savukārt kavē jonu tālāku nonākšanu iekšējā sienā un samazina plazmas zudumu.
Saskaņā ar šo parādību magnētiskā filtra ierīces sieniņai var piemērot atbilstošu pozitīvu nobīdes spiedienu, lai kavētu jonu sadursmi un uzlabotu mērķa jonu transportēšanas efektivitāti.

Magnētiskās filtrēšanas ierīces klasifikācija
(1) Lineāra struktūra.Magnētiskais lauks darbojas kā jonu staru plūsmas ceļvedis, samazinot katoda vietas izmēru un makroskopisko daļiņu kopu īpatsvaru, vienlaikus pastiprinot sadursmes plazmā, veicinot neitrālu daļiņu pārvēršanu jonos un samazinot makroskopisko daļiņu skaitu. daļiņu kopas un strauji samazinot lielo daļiņu skaitu, palielinoties magnētiskā lauka stiprumam.Salīdzinot ar parasto daudzloku jonu pārklājuma metodi, šī strukturētā ierīce pārvar ievērojamo efektivitātes samazināšanos, ko izraisa citas metodes, un var nodrošināt būtībā nemainīgu plēves nogulsnēšanās ātrumu, vienlaikus samazinot lielo daļiņu skaitu par aptuveni 60%.
(2) Līknes tipa struktūra.Lai gan struktūrai ir dažādas formas, bet pamatprincips ir vienāds.Plazma pārvietojas zem magnētiskā lauka un elektriskā lauka apvienotās funkcijas, un magnētiskais lauks tiek izmantots, lai ierobežotu un kontrolētu plazmu, nenovirzot kustību magnētiskā spēka līniju virzienā.Un neuzlādētās daļiņas pārvietosies pa lineāru un tiks atdalītas.Ar šo strukturālo ierīci sagatavotajām plēvēm ir augsta cietība, zems virsmas raupjums, labs blīvums, vienmērīgs graudu izmērs un spēcīga plēves pamatnes saķere.XPS analīze rāda, ka ar šāda veida ierīcēm pārklātu ta-C plēvju virsmas cietība var sasniegt 56 GPa, līdz ar to izliektās struktūras ierīce ir visplašāk izmantotā un efektīvākā metode lielu daļiņu noņemšanai, taču mērķa jonu transportēšanas efektivitāte ir jāsasniedz. vēl vairāk uzlabota.90° līkuma magnētiskās filtrēšanas ierīce ir viena no visplašāk izmantotajām izliektās struktūras ierīcēm.Eksperimenti ar Ta-C plēvju virsmas profilu liecina, ka 360° liekuma magnētiskās filtrēšanas ierīces virsmas profils daudz nemainās, salīdzinot ar 90° liekuma magnētiskās filtrēšanas ierīci, tāpēc 90° liekuma magnētiskās filtrācijas efekts lielām daļiņām var būt pamatā. sasniegts.90° liekuma magnētiskās filtrācijas ierīcei galvenokārt ir divu veidu struktūras: viena ir izliekuma solenoīds, kas ievietots vakuuma kamerā, bet otrs ir novietots ārpus vakuuma kameras, un atšķirība starp tām ir tikai konstrukcijā.90° liekuma magnētiskās filtrēšanas ierīces darba spiediens ir 10-2Pa, un to var izmantot plašā pielietojuma diapazonā, piemēram, nitrīda, oksīda, amorfā oglekļa, pusvadītāju plēves un metāla vai nemetāla plēves pārklāšanai. .

Magnētiskās filtrēšanas ierīces efektivitāte
Tā kā ne visas lielās daļiņas var zaudēt kinētisko enerģiju nepārtrauktās sadursmēs ar sienu, noteikts skaits lielu daļiņu caur caurules izvadu sasniegs substrātu.Tāpēc garai un šaurai magnētiskās filtrācijas ierīcei ir augstāka lielu daļiņu filtrēšanas efektivitāte, taču šajā laikā tas palielinās mērķa jonu zudumus un vienlaikus palielinās struktūras sarežģītību.Tāpēc, lai nodrošinātu, ka magnētiskās filtrēšanas ierīcei ir lieliska lielu daļiņu noņemšana un augsta jonu transportēšanas efektivitāte, tas ir nepieciešams priekšnoteikums, lai vairāku loku jonu pārklājuma tehnoloģijai būtu plaša pielietojuma perspektīva augstas veiktspējas plānu kārtiņu uzklāšanā.Magnētiskās filtrēšanas ierīces darbību ietekmē magnētiskā lauka stiprums, lieces novirze, mehāniskā deflektora apertūra, loka avota strāva un uzlādētu daļiņu krišanas leņķis.Iestatot saprātīgus magnētiskās filtrēšanas ierīces parametrus, var efektīvi uzlabot lielo daļiņu filtrēšanas efektu un mērķa jonu pārneses efektivitāti.