Technologia filtracji magnetycznej

Podstawowa teoria urządzenia do filtracji magnetycznej
Mechanizm filtrowania magnetycznego urządzenia filtrującego dla dużych cząstek w wiązce plazmy jest następujący:
Korzystając z różnicy między plazmą a dużymi cząstkami pod względem ładunku i stosunku ładunku do masy, istnieje „bariera” (albo przegroda, albo zakrzywiona ścianka rury) umieszczona między podłożem a powierzchnią katody, która blokuje wszelkie cząstki poruszające się w prostej między katodą a podłożem, podczas gdy jony mogą zostać odchylone przez pole magnetyczne i przedostać się przez „barierę” do podłoża.

Zasada działania urządzenia do filtracji magnetycznej

W polu magnetycznym Pe<

Pe i Pi to odpowiednio promienie Larmora elektronów i jonów, a a to wewnętrzna średnica filtra magnetycznego.Na elektrony w plazmie działa siła Lorentza i wirują osiowo wzdłuż pola magnetycznego, podczas gdy pole magnetyczne ma mniejszy wpływ na grupowanie jonów ze względu na różnicę między jonami i elektronami w promieniu Larmora.Jednakże, gdy elektron porusza się wzdłuż osi urządzenia filtra magnetycznego, przyciągnie jony wzdłuż osi ruchu obrotowego ze względu na jego skupienie i silne ujemne pole elektryczne, a prędkość elektronu jest większa niż jon, więc elektron stale ciągną jon do przodu, podczas gdy plazma zawsze pozostaje quasi-elektrycznie obojętna.Duże cząstki są elektrycznie obojętne lub lekko naładowane ujemnie, a jakość jest znacznie większa niż jony i elektrony, zasadniczo nie ma na nie wpływu pole magnetyczne i ruch liniowy wzdłuż bezwładności i zostaną odfiltrowane po zderzeniu z wewnętrzną ścianą urządzenie.
W ramach połączonej funkcji zginania krzywizny pola magnetycznego i dryfu gradientu oraz zderzeń jonowo-elektronowych, plazma może być odchylana w urządzeniu do filtracji magnetycznej.Powszechnie stosowanymi obecnie modelami teoretycznymi są model strumienia Morozowa i model sztywnego wirnika Davidsona, które mają następującą wspólną cechę: istnieje pole magnetyczne, które sprawia, że ​​elektrony poruszają się ściśle po spirali.
Siła pola magnetycznego kierującego ruchem osiowym plazmy w urządzeniu do filtracji magnetycznej powinna być taka, aby:

Mi, Vo i Z to odpowiednio masa jonu, prędkość transportu i liczba przenoszonych ładunków.a to wewnętrzna średnica filtra magnetycznego, a e to ładunek elektronu.
Należy zauważyć, że niektóre jony o wyższej energii nie mogą być w pełni związane przez wiązkę elektronów.Mogą dotrzeć do wewnętrznej ściany filtra magnetycznego, powodując, że wewnętrzna ściana ma dodatni potencjał, co z kolei powstrzymuje jony przed dalszym docieraniem do wewnętrznej ściany i zmniejsza utratę plazmy.
Zgodnie z tym zjawiskiem, na ściankę magnetycznego urządzenia filtrującego można przyłożyć odpowiednie dodatnie ciśnienie wstępne, aby zahamować zderzenie jonów i poprawić skuteczność docelowego transportu jonów.

Klasyfikacja magnetycznych urządzeń filtracyjnych
(1) Struktura liniowa.Pole magnetyczne działa jak przewodnik dla przepływu wiązki jonów, zmniejszając rozmiar plamki katodowej i proporcję makroskopowych skupisk cząstek, jednocześnie intensyfikując zderzenia w plazmie, powodując konwersję cząstek neutralnych w jony i zmniejszając liczbę makroskopowych skupisk cząstek i gwałtownie zmniejszając liczbę dużych cząstek wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego.W porównaniu z konwencjonalną metodą powlekania jonowego z wieloma łukami, to strukturalne urządzenie przezwycięża znaczną redukcję wydajności spowodowaną innymi metodami i może zapewnić zasadniczo stałą szybkość osadzania filmu, jednocześnie zmniejszając liczbę dużych cząstek o około 60%.
(2) Struktura typu krzywej.Chociaż struktura ma różne formy, ale podstawowa zasada jest taka sama.Plazma porusza się w ramach połączonej funkcji pola magnetycznego i elektrycznego, a pole magnetyczne służy do ograniczania i kontrolowania plazmy bez odchylania ruchu wzdłuż kierunku linii sił magnetycznych.A nienaładowane cząstki będą poruszać się wzdłuż linii i zostaną rozdzielone.Folie przygotowane za pomocą tego urządzenia strukturalnego mają wysoką twardość, niską chropowatość powierzchni, dobrą gęstość, jednorodną wielkość ziarna i silną przyczepność do podłoża folii.Analiza XPS pokazuje, że twardość powierzchni warstw ta-C pokrytych tego typu urządzeniem może osiągnąć 56 GPa, a zatem urządzenie o zakrzywionej strukturze jest najczęściej stosowaną i skuteczną metodą usuwania dużych cząstek, ale docelowa wydajność transportu jonów musi być dalej udoskonalony.Urządzenie do filtracji magnetycznej zgiętej pod kątem 90 ° jest jednym z najczęściej używanych urządzeń o zakrzywionej strukturze.Eksperymenty na profilu powierzchni folii Ta-C pokazują, że profil powierzchni urządzenia do filtracji magnetycznej zagiętej pod kątem 360 ° nie zmienia się zbytnio w porównaniu z urządzeniem do filtracji magnetycznej zagiętej pod kątem 90 °, więc efekt filtracji magnetycznej zagiętej pod kątem 90 ° dla dużych cząstek może być w zasadzie osiągnięte.Urządzenie do filtracji magnetycznej zagiętej pod kątem 90 ° ma głównie dwa rodzaje konstrukcji: jedna to elektrozawór zagięty umieszczony w komorze próżniowej, a druga jest umieszczona poza komorą próżniową, a różnica między nimi polega tylko na konstrukcji.Ciśnienie robocze urządzenia do filtracji magnetycznej pod kątem 90 ° jest rzędu 10-2Pa i może być stosowane w szerokim zakresie zastosowań, takich jak powlekanie azotkiem, tlenkiem, węglem amorficznym, folią półprzewodnikową oraz metalem lub filmem niemetalicznym .

Sprawność urządzenia do filtracji magnetycznej
Ponieważ nie wszystkie duże cząstki mogą tracić energię kinetyczną w ciągłych zderzeniach ze ścianą, pewna liczba dużych cząstek dotrze do podłoża przez wylot rury.Dlatego długie i wąskie urządzenie do filtracji magnetycznej ma wyższą skuteczność filtracji dużych cząstek, ale w tym czasie zwiększy utratę jonów docelowych i jednocześnie zwiększy złożoność struktury.Dlatego zapewnienie, że urządzenie do filtracji magnetycznej ma doskonałe usuwanie dużych cząstek i wysoką wydajność transportu jonów, jest niezbędnym warunkiem wstępnym dla technologii wielołukowego powlekania jonowego, aby mieć szerokie perspektywy zastosowania w osadzeniu cienkich warstw o ​​wysokiej wydajności.Na działanie urządzenia do filtracji magnetycznej ma wpływ siła pola magnetycznego, odchylenie zgięcia, mechaniczna szczelina przegrody, prąd źródła łuku i kąt padania naładowanych cząstek.Ustawiając rozsądne parametry urządzenia do filtracji magnetycznej, można skutecznie poprawić efekt filtrowania dużych cząstek i skuteczność przenoszenia jonów celu.