Technológia magnetickej filtrácie

Základná teória magnetického filtračného zariadenia
Filtračný mechanizmus magnetického filtračného zariadenia pre veľké častice v plazmovom lúči je nasledujúci:
Použitím rozdielu medzi plazmou a veľkými časticami v náboji a pomere náboja k hmotnosti je medzi substrátom a povrchom katódy umiestnená „bariéra“ (buď prepážka alebo zakrivená stena trubice), ktorá blokuje akékoľvek častice pohybujúce sa v priamka medzi katódou a substrátom, pričom ióny môžu byť vychýlené magnetickým poľom a prechádzať cez „bariéru“ k substrátu.

Princíp fungovania magnetického filtračného zariadenia

V magnetickom poli je Pe<

Pe a Pi sú Larmorove polomery elektrónov a iónov a a je vnútorný priemer magnetického filtra.Elektróny v plazme sú ovplyvnené Lorentzovou silou a rotujú pozdĺž magnetického poľa axiálne, zatiaľ čo magnetické pole má menší vplyv na zhlukovanie iónov v dôsledku rozdielu medzi iónmi a elektrónmi v Larmorovom polomere.Keď sa však elektrón pohybuje pozdĺž osi magnetického filtračného zariadenia, bude priťahovať ióny pozdĺž osi pre rotačný pohyb v dôsledku jeho zamerania a silného negatívneho elektrického poľa a rýchlosť elektrónu je väčšia ako ión, takže elektrón neustále ťahať ión dopredu, zatiaľ čo plazma zostáva vždy kvázi elektricky neutrálna.Veľké častice sú elektricky neutrálne alebo mierne záporne nabité a kvalita je oveľa väčšia ako ióny a elektróny, v zásade nie sú ovplyvnené magnetickým poľom a lineárnym pohybom pozdĺž zotrvačnosti a budú odfiltrované po zrážke s vnútornou stenou zariadenie.
Pri kombinovanej funkcii zakrivenia ohybového magnetického poľa a gradientového driftu a iónovo-elektrónových zrážok môže byť plazma odklonená v magnetickom filtračnom zariadení.Bežné teoretické modely, ktoré sa dnes používajú, sú model Morozovovho toku a Davidsonov model tuhého rotora, ktoré majú nasledujúcu spoločnú vlastnosť: existuje magnetické pole, ktoré spôsobuje, že sa elektróny pohybujú striktne špirálovitým spôsobom.
Sila magnetického poľa, ktoré vedie axiálny pohyb plazmy v magnetickom filtračnom zariadení, by mala byť taká, aby:

Mi, Vo a Z sú hmotnosť iónov, rýchlosť transportu a počet prenášaných nábojov.a je vnútorný priemer magnetického filtra a e je elektrónový náboj.
Treba poznamenať, že niektoré ióny s vyššou energiou nemôžu byť plne viazané elektrónovým lúčom.Môžu dosiahnuť vnútornú stenu magnetického filtra, čím sa vnútorná stena dostane do kladného potenciálu, čo zase bráni iónom pokračovať v dosahovaní vnútornej steny a znižuje stratu plazmy.
Podľa tohto javu môže byť na stenu magnetického filtračného zariadenia aplikovaný vhodný kladný predpätý tlak, aby sa inhibovala kolízia iónov, aby sa zlepšila cieľová účinnosť transportu iónov.

Klasifikácia magnetického filtračného zariadenia
(1) Lineárna štruktúra.Magnetické pole pôsobí ako vodidlo pre tok iónového lúča, zmenšuje veľkosť katódovej škvrny a podiel makroskopických zhlukov častíc, pričom zintenzívňuje zrážky v plazme, podnecuje premenu neutrálnych častíc na ióny a znižuje počet makroskopických častíc. zhluky častíc a rýchle zníženie počtu veľkých častíc so zvyšujúcou sa silou magnetického poľa.V porovnaní s konvenčnou metódou viacoblúkového iónového poťahovania toto štruktúrované zariadenie prekonáva významné zníženie účinnosti spôsobené inými metódami a môže zabezpečiť v podstate konštantnú rýchlosť nanášania filmu pri súčasnom znížení počtu veľkých častíc o približne 60 %.
(2) Štruktúra typu krivky.Štruktúra má síce rôzne podoby, ale základný princíp je rovnaký.Plazma sa pohybuje pod kombinovanou funkciou magnetického poľa a elektrického poľa a magnetické pole sa používa na obmedzenie a riadenie plazmy bez vychyľovania pohybu v smere magnetických siločiar.A nenabité častice sa budú pohybovať pozdĺž lineárnej línie a budú oddelené.Filmy pripravené týmto konštrukčným zariadením majú vysokú tvrdosť, nízku drsnosť povrchu, dobrú hustotu, rovnomernú veľkosť zrna a silnú priľnavosť k podkladu filmu.Analýza XPS ukazuje, že povrchová tvrdosť filmov ta-C potiahnutých týmto typom zariadenia môže dosiahnuť 56 GPa, takže zariadenie so zakrivenou štruktúrou je najpoužívanejšou a najúčinnejšou metódou na odstraňovanie veľkých častíc, ale musí byť dosiahnutá cieľová účinnosť transportu iónov. ďalej vylepšené.Magnetické filtračné zariadenie s ohybom 90° je jedným z najpoužívanejších zariadení so zakrivenou štruktúrou.Experimenty na povrchovom profile Ta-C filmov ukazujú, že povrchový profil 360° ohybového magnetického filtračného zariadenia sa príliš nemení v porovnaní so 90° ohybovým magnetickým filtračným zariadením, takže účinok 90° ohybovej magnetickej filtrácie pre veľké častice môže byť v podstate dosiahnuté.Zariadenie na 90° ohybovú magnetickú filtráciu má hlavne dva typy konštrukcií: jedna je ohybový solenoid umiestnený vo vákuovej komore a druhý je umiestnený mimo vákuovej komory a rozdiel medzi nimi je len v konštrukcii.Pracovný tlak 90° ohybového magnetického filtračného zariadenia je rádovo 10-2Pa a môže byť použitý v širokej škále aplikácií, ako je poťahovanie nitridom, oxidom, amorfným uhlíkom, polovodičovým filmom a kovovým alebo nekovovým filmom .

Účinnosť magnetického filtračného zariadenia
Pretože nie všetky veľké častice môžu stratiť kinetickú energiu pri nepretržitých kolíziách so stenou, určitý počet veľkých častíc sa dostane k substrátu cez výstup potrubia.Preto má dlhé a úzke magnetické filtračné zariadenie vyššiu účinnosť filtrácie veľkých častíc, ale v tomto čase zvýši stratu cieľových iónov a zároveň zvýši zložitosť štruktúry.Preto zabezpečenie toho, aby magnetické filtračné zariadenie malo vynikajúce odstraňovanie veľkých častíc a vysokú účinnosť transportu iónov, je nevyhnutným predpokladom pre technológiu viacoblúkového iónového poťahovania, aby mala široké uplatnenie pri ukladaní vysokovýkonných tenkých vrstiev.Činnosť magnetického filtračného zariadenia je ovplyvnená intenzitou magnetického poľa, predpätím ohybu, otvorom mechanickej usmerňovača, prúdom zdroja oblúka a uhlom dopadu nabitých častíc.Nastavením rozumných parametrov magnetického filtračného zariadenia možno efektívne zlepšiť filtračný účinok veľkých častíc a účinnosť prenosu iónov terča.