Teoria de bază a dispozitivului de filtrare magnetică
Mecanismul de filtrare al dispozitivului de filtrare magnetic pentru particulele mari din fasciculul de plasmă este următorul:
Folosind diferența dintre plasmă și particulele mari în sarcină și raportul încărcare-masă, există o „barieră” (fie un deflector, fie un perete de tub curbat) plasată între substrat și suprafața catodului, care blochează orice particule care se deplasează într-un linie dreaptă între catod și substrat, în timp ce ionii pot fi deviați de câmpul magnetic și trec prin „bariera” către substrat.
Principiul de funcționare al dispozitivului de filtrare magnetică
În câmpul magnetic, Pe<
Pe și Pi sunt razele Larmor ale electronilor și, respectiv, ionilor, iar a este diametrul interior al filtrului magnetic.Electronii din plasmă sunt afectați de forța Lorentz și se rotesc de-a lungul câmpului magnetic axial, în timp ce câmpul magnetic are un efect mai puțin asupra grupării ionilor din cauza diferenței dintre ionii și electronii din raza Larmor.Cu toate acestea, atunci când mișcarea electronului de-a lungul axei dispozitivului cu filtru magnetic, acesta va atrage ioni de-a lungul axiei pentru mișcarea de rotație datorită focalizării sale și a câmpului electric negativ puternic, iar viteza electronului este mai mare decât ionul, deci electronul trage constant ionul înainte, în timp ce plasma rămâne întotdeauna neutră cvasielectric.Particulele mari sunt neutre din punct de vedere electric sau ușor încărcate negativ, iar calitatea este mult mai mare decât ionii și electronii, practic nu sunt afectate de câmpul magnetic și de mișcarea liniară de-a lungul inerției și vor fi filtrate după ciocnirea cu peretele interior al dispozitiv.
Sub funcția combinată a curburii câmpului magnetic de îndoire și a derivei gradientului și a coliziunilor ion-electron, plasma poate fi deviată în dispozitivul de filtrare magnetică.În Modelele teoretice comune folosite astăzi sunt modelul de flux Morozov și modelul de rotor rigid Davidson, care au următoarea caracteristică comună: există un câmp magnetic care face electronii să se miște într-o manieră strict elicoidală.
Puterea câmpului magnetic care ghidează mișcarea axială a plasmei în dispozitivul de filtrare magnetică ar trebui să fie astfel încât:
Mi, Vo și Z sunt masa ionilor, viteza de transport și, respectiv, numărul de sarcini transportate.a este diametrul interior al filtrului magnetic, iar e este sarcina electronilor.
Trebuie remarcat faptul că unii ioni de energie mai mare nu pot fi legați complet de fasciculul de electroni.Ele pot ajunge la peretele interior al filtrului magnetic, făcând peretele interior la un potențial pozitiv, care, la rândul său, inhibă ionii să continue să ajungă în peretele interior și reduce pierderea de plasmă.
Conform acestui fenomen, o presiune de polarizare pozitivă corespunzătoare poate fi aplicată pe peretele dispozitivului de filtru magnetic pentru a inhiba coliziunea ionilor pentru a îmbunătăți eficiența transportului ionilor țintă.
Clasificarea dispozitivului de filtrare magnetică
(1) Structură liniară.Câmpul magnetic acționează ca un ghid pentru fluxul fasciculului de ioni, reducând dimensiunea spotului catodic și proporția clusterelor de particule macroscopice, intensificând în același timp coliziunile în plasmă, determinând conversia particulelor neutre în ioni și reducând numărul de particule macroscopice. clustere de particule și reducerea rapidă a numărului de particule mari pe măsură ce crește puterea câmpului magnetic.În comparație cu metoda convențională de acoperire cu ioni multi-arc, acest dispozitiv structurat depășește reducerea semnificativă a eficienței cauzată de alte metode și poate asigura o rată de depunere a peliculei practic constantă, reducând în același timp numărul de particule mari cu aproximativ 60%.
(2) Structură de tip curbă.Deși structura are diverse forme, dar principiul de bază este același.Plasma se mișcă sub funcția combinată a câmpului magnetic și a câmpului electric, iar câmpul magnetic este utilizat pentru a limita și controla plasma fără a devia mișcarea de-a lungul direcției liniilor de forță magnetică.Și particulele neîncărcate se vor deplasa de-a lungul liniarului și vor fi separate.Filmele preparate de acest dispozitiv structural au duritate ridicată, rugozitate scăzută a suprafeței, densitate bună, dimensiune uniformă a granulelor și aderență puternică la baza peliculei.Analiza XPS arată că duritatea suprafeței filmelor ta-C acoperite cu acest tip de dispozitiv poate ajunge la 56 GPa, astfel dispozitivul cu structură curbată este metoda cea mai utilizată și eficientă pentru îndepărtarea particulelor mari, dar eficiența transportului ionilor țintă trebuie să fie îmbunătățit în continuare.Dispozitivul de filtrare magnetică cu îndoire la 90° este unul dintre cele mai utilizate dispozitive cu structură curbă.Experimentele privind profilul de suprafață al filmelor Ta-C arată că profilul de suprafață al dispozitivului de filtrare magnetică cu îndoire la 360 ° nu se schimbă mult în comparație cu dispozitivul de filtrare magnetică cu îndoire la 90 °, astfel încât efectul filtrării magnetice cu îndoire la 90 ° pentru particule mari poate fi practic. realizat.Dispozitivul de filtrare magnetică îndoit de 90 ° are în principal două tipuri de structuri: unul este un solenoid de îndoire plasat în camera de vid, iar celălalt este plasat în afara camerei de vid, iar diferența dintre ele este doar în structură.Presiunea de lucru a dispozitivului de filtrare magnetică îndoit la 90° este de ordinul 10-2Pa și poate fi utilizat într-o gamă largă de aplicații, cum ar fi nitrură de acoperire, oxid, carbon amorf, film semiconductor și film metalic sau nemetal. .
Eficiența dispozitivului de filtrare magnetică
Deoarece nu toate particulele mari pot pierde energie cinetică în ciocniri continue cu peretele, un anumit număr de particule mari vor ajunge la substrat prin orificiul de evacuare a conductei.Prin urmare, un dispozitiv de filtrare magnetică lung și îngust are o eficiență mai mare de filtrare a particulelor mari, dar în acest moment va crește pierderea ionilor țintă și, în același timp, va crește complexitatea structurii.Prin urmare, asigurarea faptului că dispozitivul de filtrare magnetică are o îndepărtare excelentă a particulelor mari și o eficiență ridicată a transportului ionilor este o condiție prealabilă necesară pentru ca tehnologia de acoperire cu ioni multi-arc să aibă o perspectivă largă de aplicare în depunerea filmelor subțiri de înaltă performanță.Funcționarea dispozitivului de filtrare magnetică este afectată de intensitatea câmpului magnetic, polarizarea îndoirii, deschiderea deflectorului mecanic, curentul sursei arcului și unghiul de incidență a particulelor încărcate.Prin stabilirea unor parametri rezonabili ai dispozitivului de filtrare magnetică, efectul de filtrare al particulelor mari și eficiența transferului ionic al țintei pot fi îmbunătățite în mod eficient.
Ora postării: 08-nov-2022