Basistheorie van magnetisch filterapparaat
Het filtermechanisme van het magnetische filterapparaat voor grote deeltjes in de plasmastraal is als volgt:
Door gebruik te maken van het verschil tussen plasma en grote deeltjes die lading hebben en de lading/massa-verhouding, is er een "barrière" (ofwel een schot of een gebogen buiswand) tussen het substraat en het kathode-oppervlak, die alle bewegende deeltjes blokkeert in een rechte lijn tussen de kathode en het substraat, terwijl de ionen kunnen worden afgebogen door het magnetische veld en door de "barrière" naar het substraat kunnen gaan.
Werkingsprincipe van magnetisch filterapparaat
In het magnetische veld Pe<
Pe en Pi zijn respectievelijk de Larmor-stralen van elektronen en ionen, en a is de binnendiameter van het magnetische filter.De elektronen in het plasma worden beïnvloed door de Lorentz-kracht en draaien axiaal langs het magnetische veld, terwijl het magnetische veld minder effect heeft op de clustering van de ionen vanwege het verschil tussen de ionen en elektronen in de Larmor-straal.Wanneer het elektron echter langs de as van het magnetische filterapparaat beweegt, zal het ionen langs de as aantrekken voor de rotatiebeweging vanwege de focus en het sterke negatieve elektrische veld, en de elektronensnelheid is groter dan het ion, dus het elektron trekt het ion constant naar voren, terwijl het plasma altijd quasi-elektrisch neutraal blijft.De grote deeltjes zijn elektrisch neutraal of enigszins negatief geladen, en de kwaliteit is veel groter dan die van de ionen en elektronen, die in principe niet worden beïnvloed door het magnetische veld en de lineaire beweging langs de traagheid, en zullen worden uitgefilterd na botsing met de binnenwand van de apparaat.
Onder de gecombineerde functie van de buigende magnetische veldkromming en gradiëntafwijking en ion-elektronbotsingen, kan het plasma worden afgebogen in het magnetische filtratieapparaat.De gangbare theoretische modellen die tegenwoordig worden gebruikt, zijn het Morozov-fluxmodel en het Davidson-model met starre rotor, die het volgende gemeenschappelijke kenmerk hebben: er is een magnetisch veld dat ervoor zorgt dat de elektronen strikt spiraalvormig bewegen.
De sterkte van het magnetische veld dat de axiale beweging van het plasma in het magnetische filterapparaat leidt, moet zodanig zijn dat:
Mi, Vo en Z zijn respectievelijk de ionenmassa, de transportsnelheid en het aantal vervoerde ladingen.a is de binnendiameter van het magnetische filter en e is de elektronenlading.
Opgemerkt moet worden dat sommige ionen met hogere energie niet volledig kunnen worden gebonden door de elektronenbundel.Ze kunnen de binnenwand van het magnetische filter bereiken, waardoor de binnenwand een positief potentiaal krijgt, wat op zijn beurt verhindert dat de ionen de binnenwand blijven bereiken en het verlies van plasma vermindert.
Volgens dit fenomeen kan een geschikte positieve voorspanningsdruk worden uitgeoefend op de wand van het magnetische filterapparaat om de botsing van ionen te voorkomen om de doelionentransportefficiëntie te verbeteren.
Classificatie van magnetisch filterapparaat
(1) Lineaire structuur.Het magnetische veld fungeert als een gids voor de ionenbundelstroom, waardoor de grootte van de kathodevlek en het aandeel macroscopische deeltjesclusters wordt verkleind, terwijl de botsingen in het plasma worden versterkt, waardoor de omzetting van neutrale deeltjes in ionen wordt gestimuleerd en het aantal macroscopische deeltjes wordt verminderd. deeltjesclusters en het snel verminderen van het aantal grote deeltjes naarmate de magnetische veldsterkte toeneemt.Vergeleken met de conventionele multi-arc ion-coatingmethode, overwint dit gestructureerde apparaat de aanzienlijke vermindering van de efficiëntie veroorzaakt door andere methoden en kan het een in wezen constante filmafzettingssnelheid garanderen terwijl het aantal grote deeltjes met ongeveer 60% wordt verminderd.
(2) Kromme structuur.Hoewel de structuur verschillende vormen heeft, is het basisprincipe hetzelfde.Het plasma beweegt onder de gecombineerde functie van magnetisch veld en elektrisch veld, en het magnetische veld wordt gebruikt om het plasma te beperken en te beheersen zonder beweging af te buigen in de richting van magnetische krachtlijnen.En de ongeladen deeltjes zullen langs de lineaire lijn bewegen en worden gescheiden.De films die door dit structurele apparaat zijn vervaardigd, hebben een hoge hardheid, een lage oppervlakteruwheid, een goede dichtheid, een uniforme korrelgrootte en een sterke hechting van de filmbasis.XPS-analyse toont aan dat de oppervlaktehardheid van ta-C-films die met dit type apparaat zijn gecoat, 56 GPa kan bereiken, dus het apparaat met gebogen structuur is de meest gebruikte en effectieve methode voor het verwijderen van grote deeltjes, maar de doelionentransportefficiëntie moet zijn verder verbeterd.Het 90 ° gebogen magnetische filterapparaat is een van de meest gebruikte gebogen structuurapparaten.Experimenten met het oppervlakteprofiel van Ta-C-films tonen aan dat het oppervlakteprofiel van een 360 ° gebogen magnetische filtratie-inrichting niet veel verandert in vergelijking met een 90 ° gebogen magnetische filtratie-inrichting, dus het effect van 90 ° gebogen magnetische filtratie voor grote deeltjes kan in principe zijn bereikt.90 ° gebogen magnetisch filterapparaat heeft hoofdzakelijk twee soorten structuren: de ene is een gebogen solenoïde die in de vacuümkamer is geplaatst en de andere is buiten de vacuümkamer geplaatst, en het verschil daartussen zit alleen in de structuur.De werkdruk van het 90 ° gebogen magnetische filterapparaat ligt in de orde van 10-2 Pa en kan worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, zoals het coaten van nitride, oxide, amorfe koolstof, halfgeleiderfilm en metaal- of niet-metaalfilm .
De efficiëntie van een magnetisch filterapparaat
Aangezien niet alle grote deeltjes kinetische energie kunnen verliezen bij continue botsingen met de muur, zal een bepaald aantal grote deeltjes via de buisuitlaat het substraat bereiken.Daarom heeft een lang en smal magnetisch filterapparaat een hogere filtratie-efficiëntie van grote deeltjes, maar op dit moment zal het verlies van doelionen toenemen en tegelijkertijd de complexiteit van de structuur vergroten.Daarom is het een noodzakelijke voorwaarde voor multi-arc ionencoatingtechnologie om een breed toepassingsperspectief te hebben bij het afzetten van hoogwaardige dunne films.De werking van het magnetische filterapparaat wordt beïnvloed door de magnetische veldsterkte, buigvoorspanning, mechanische schotopening, boogbronstroom en invalshoek van geladen deeltjes.Door redelijke parameters van het magnetische filtratieapparaat in te stellen, kan het filtereffect van grote deeltjes en de ionenoverdrachtsefficiëntie van het doel effectief worden verbeterd.
Posttijd: 08-nov-2022