Teknologi penapisan magnetik

Teori asas peranti penapisan magnetik
Mekanisme penapisan peranti penapisan magnetik untuk zarah besar dalam pancaran plasma adalah seperti berikut:
Menggunakan perbezaan antara plasma dan zarah besar dalam cas dan nisbah cas-ke-jisim, terdapat "penghalang" (sama ada penyekat atau dinding tiub melengkung) yang diletakkan di antara substrat dan permukaan katod, yang menghalang sebarang zarah yang bergerak dalam garis lurus antara katod dan substrat, manakala ion boleh dipesongkan oleh medan magnet dan melalui "penghalang" ke substrat.

Prinsip kerja peranti penapisan magnetik

Dalam medan magnet, Pe<

Pe dan Pi ialah jejari Larmor bagi elektron dan ion masing-masing, dan a ialah diameter dalam penapis magnet.Elektron dalam plasma dipengaruhi oleh daya Lorentz dan berputar di sepanjang medan magnet secara paksi, manakala medan magnet mempunyai kesan yang kurang pada pengelompokan ion kerana perbezaan antara ion dan elektron dalam jejari Larmor.Walau bagaimanapun, apabila pergerakan elektron di sepanjang paksi peranti penapis magnet, ia akan menarik ion di sepanjang paksi untuk gerakan putaran kerana tumpuannya dan medan elektrik negatif yang kuat, dan kelajuan elektron lebih besar daripada ion, jadi elektron sentiasa menarik ion ke hadapan, manakala plasma sentiasa kekal neutral secara elektrik.Zarah-zarah besar adalah neutral elektrik atau sedikit bercas negatif, dan kualitinya jauh lebih besar daripada ion dan elektron, pada asasnya tidak dipengaruhi oleh medan magnet dan gerakan linear sepanjang inersia, dan akan ditapis selepas perlanggaran dengan dinding dalaman peranti.
Di bawah fungsi gabungan kelengkungan medan magnet lentur dan hanyutan kecerunan dan perlanggaran ion-elektron, plasma boleh dipesongkan dalam peranti penapisan magnetik.Dalam Model teori biasa yang digunakan hari ini ialah model fluks Morozov dan model pemutar tegar Davidson, yang mempunyai ciri sepunya berikut: terdapat medan magnet yang membuat elektron bergerak dengan cara heliks yang ketat.
Kekuatan medan magnet yang membimbing gerakan paksi plasma dalam peranti penapisan magnetik hendaklah seperti berikut:

Mi, Vo, dan Z ialah jisim ion, halaju pengangkutan, dan bilangan cas yang dibawa masing-masing.a ialah diameter dalam penapis magnet, dan e ialah cas elektron.
Perlu diingatkan bahawa beberapa ion tenaga yang lebih tinggi tidak boleh diikat sepenuhnya oleh pancaran elektron.Mereka boleh mencapai dinding dalaman penapis magnet, menjadikan dinding dalam pada potensi positif, yang seterusnya menghalang ion daripada terus mencapai dinding dalam dan mengurangkan kehilangan plasma.
Mengikut fenomena ini, tekanan pincang positif yang sesuai boleh digunakan pada dinding peranti penapis magnet untuk menghalang perlanggaran ion untuk meningkatkan kecekapan pengangkutan ion sasaran.

Klasifikasi peranti penapisan magnetik
(1) Struktur linear.Medan magnet bertindak sebagai panduan untuk aliran pancaran ion, mengurangkan saiz bintik katod dan perkadaran gugusan zarah makroskopik, sambil mempergiatkan perlanggaran dalam plasma, mendorong penukaran zarah neutral kepada ion dan mengurangkan bilangan makroskopik. kelompok zarah, dan dengan cepat mengurangkan bilangan zarah besar apabila kekuatan medan magnet meningkat.Berbanding dengan kaedah salutan ion berbilang arka konvensional, peranti berstruktur ini mengatasi pengurangan ketara dalam kecekapan yang disebabkan oleh kaedah lain dan boleh memastikan kadar pemendapan filem yang pada asasnya berterusan sambil mengurangkan bilangan zarah besar sebanyak kira-kira 60%.
(2) Struktur jenis lengkung.Walaupun strukturnya mempunyai pelbagai bentuk, tetapi prinsip asasnya adalah sama.Plasma bergerak di bawah fungsi gabungan medan magnet dan medan elektrik, dan medan magnet digunakan untuk mengurung dan mengawal plasma tanpa memesongkan gerakan sepanjang arah garis daya magnet.Dan zarah yang tidak bercas akan bergerak sepanjang linear dan dipisahkan.Filem yang disediakan oleh peranti struktur ini mempunyai kekerasan yang tinggi, kekasaran permukaan yang rendah, ketumpatan yang baik, saiz butiran yang seragam, dan lekatan asas filem yang kuat.Analisis XPS menunjukkan bahawa kekerasan permukaan filem ta-C yang disalut dengan peranti jenis ini boleh mencapai 56 GPa, oleh itu peranti struktur melengkung adalah kaedah yang paling banyak digunakan dan berkesan untuk penyingkiran zarah besar, tetapi kecekapan pengangkutan ion sasaran perlu dipertingkatkan lagi.Peranti penapisan magnet selekoh 90° ialah salah satu peranti struktur melengkung yang paling banyak digunakan.Eksperimen pada profil permukaan filem Ta-C menunjukkan bahawa profil permukaan peranti penapisan magnet lentur 360° tidak banyak berubah berbanding dengan peranti penapisan magnet lentur 90°, jadi kesan penapisan magnet lentur 90° untuk zarah besar pada asasnya boleh dicapai.Peranti penapisan magnet selekoh 90° terutamanya mempunyai dua jenis struktur: satu solenoid selekoh diletakkan di dalam ruang vakum, dan satu lagi diletakkan keluar dari ruang vakum, dan perbezaan di antara mereka hanya dalam struktur.Tekanan kerja peranti penapisan magnet lentur 90° adalah dalam susunan 10-2Pa, dan ia boleh digunakan dalam pelbagai aplikasi, seperti salutan nitrida, oksida, karbon amorf, filem semikonduktor dan filem logam atau bukan logam .

Kecekapan peranti penapisan magnetik
Oleh kerana tidak semua zarah besar boleh kehilangan tenaga kinetik dalam perlanggaran berterusan dengan dinding, sebilangan zarah besar akan sampai ke substrat melalui saluran keluar paip.Oleh itu, peranti penapisan magnet yang panjang dan sempit mempunyai kecekapan penapisan yang lebih tinggi bagi zarah besar, tetapi pada masa ini ia akan meningkatkan kehilangan ion sasaran dan pada masa yang sama meningkatkan kerumitan struktur.Oleh itu, memastikan peranti penapisan magnet mempunyai penyingkiran zarah besar yang sangat baik dan kecekapan pengangkutan ion yang tinggi adalah prasyarat yang diperlukan untuk teknologi salutan ion berbilang arka untuk mempunyai prospek aplikasi yang luas dalam mendepositkan filem nipis berprestasi tinggi.Operasi peranti penapisan magnet dipengaruhi oleh kekuatan medan magnet, pincang lentur, bukaan penyekat mekanikal, arus punca arka dan sudut kejadian zarah bercas.Dengan menetapkan parameter munasabah peranti penapisan magnetik, kesan penapisan zarah besar dan kecekapan pemindahan ion sasaran boleh dipertingkatkan dengan berkesan.