Tehnologija magnetne filtracije

Osnovna teorija naprave za magnetno filtracijo
Filtrirni mehanizem naprave za magnetno filtriranje velikih delcev v plazemskem žarku je naslednji:
Z uporabo razlike med plazmo in velikimi delci v naboju in razmerju med nabojem in maso je med substratom in površino katode postavljena "pregrada" (bodisi pregrada ali ukrivljena stena cevi), ki blokira vse delce, ki se gibljejo v ravna črta med katodo in substratom, medtem ko se ioni lahko odklonijo z magnetnim poljem in preidejo skozi "pregrado" na substrat.

Načelo delovanja naprave za magnetno filtracijo

V magnetnem polju je Pe<

Pe in Pi sta Larmorjeva polmera elektronov oziroma ionov, a je notranji premer magnetnega filtra.Na elektrone v plazmi deluje Lorentzova sila in se vrtijo vzdolž magnetnega polja aksialno, medtem ko ima magnetno polje manjši vpliv na združevanje ionov zaradi razlike med ioni in elektroni v Larmorjevem polmeru.Ko pa se elektron premika vzdolž osi magnetne filtrirne naprave, bo pritegnil ione vzdolž osi za rotacijsko gibanje zaradi svoje osredotočenosti in močnega negativnega električnega polja, hitrost elektrona pa je večja od hitrosti iona, tako da elektron nenehno vleče ion naprej, medtem ko plazma vedno ostaja kvazielektrično nevtralna.Veliki delci so električno nevtralni ali rahlo negativno nabiti in kakovost je veliko večja od ionov in elektronov, magnetno polje in linearno gibanje vzdolž vztrajnosti v bistvu ne vplivata nanje in se bodo filtrirali po trku z notranjo steno napravo.
Pod kombinirano funkcijo ukrivljenosti magnetnega polja in gradientnega odnašanja ter ionsko-elektronskih trkov se lahko plazma odkloni v napravi za magnetno filtracijo.V Skupna teoretična modela, ki se danes uporabljata, sta model fluksa Morozov in model togega rotorja Davidson, ki imata naslednjo skupno značilnost: obstaja magnetno polje, zaradi katerega se elektroni gibljejo strogo vijačno.
Jakost magnetnega polja, ki vodi aksialno gibanje plazme v napravi za magnetno filtracijo, mora biti takšna, da:

Mi, Vo in Z so ionska masa, transportna hitrost in število prenesenih nabojev.a je notranji premer magnetnega filtra in e je naboj elektrona.
Upoštevati je treba, da nekaterih ionov z višjo energijo elektronski žarek ne more v celoti vezati.Lahko dosežejo notranjo steno magnetnega filtra, zaradi česar ima notranjo steno pozitiven potencial, kar posledično prepreči, da bi ioni še naprej dosegali notranjo steno, in zmanjša izgubo plazme.
V skladu s tem pojavom se lahko na steno magnetne filtrirne naprave uporabi ustrezen pozitivni prednapetostni tlak, da se prepreči trk ionov, da se izboljša učinkovitost transporta ciljnih ionov.

Razvrstitev naprav za magnetno filtracijo
(1) Linearna struktura.Magnetno polje deluje kot vodilo za tok ionskega žarka, zmanjšuje velikost katodne pege in delež makroskopskih grozdov delcev, hkrati pa krepi trke v plazmi, spodbuja pretvorbo nevtralnih delcev v ione in zmanjšuje število makroskopskih delcev. grozdov delcev in hitro zmanjševanje števila velikih delcev, ko se povečuje jakost magnetnega polja.V primerjavi s konvencionalno metodo ionske prevleke z več loki ta strukturirana naprava premaga znatno zmanjšanje učinkovitosti, ki jo povzročajo druge metode, in lahko zagotovi v bistvu konstantno hitrost nanašanja filma, medtem ko zmanjša število velikih delcev za približno 60 %.
(2) Struktura tipa krivulje.Čeprav ima struktura različne oblike, je osnovno načelo enako.Plazma se premika pod kombinirano funkcijo magnetnega polja in električnega polja, magnetno polje pa se uporablja za omejevanje in nadzor plazme brez odklona gibanja vzdolž smeri magnetnih silnic.In nenabiti delci se bodo premikali vzdolž linearne in se ločili.Filmi, pripravljeni s to konstrukcijsko napravo, imajo visoko trdoto, nizko površinsko hrapavost, dobro gostoto, enotno velikost zrn in močan oprijem na podlago filma.Analiza XPS kaže, da lahko površinska trdota ta-C filmov, prevlečenih s to vrsto naprave, doseže 56 GPa, zato je naprava z ukrivljeno strukturo najpogosteje uporabljena in učinkovita metoda za odstranjevanje velikih delcev, vendar mora biti ciljna učinkovitost transporta ionov še izboljšali.Naprava za magnetno filtracijo za 90° je ena najpogosteje uporabljenih naprav z ukrivljeno strukturo.Eksperimenti na površinskem profilu Ta-C filmov kažejo, da se površinski profil naprave za magnetno filtracijo s 360° upogibom ne spremeni veliko v primerjavi z napravo za magnetno filtracijo z 90° upogibom, tako da je učinek 90° upogibne magnetne filtracije za velike delce lahko v bistvu dosežen.Naprava za magnetno filtracijo z upogibom 90° ima večinoma dve vrsti struktur: ena je upogibni solenoid, nameščen v vakuumski komori, drugi pa je nameščen izven vakuumske komore, razlika med njima pa je samo v strukturi.Delovni tlak naprave za magnetno filtracijo z upogibom 90° je reda 10-2Pa in se lahko uporablja v številnih aplikacijah, kot so nanos nitrida, oksida, amorfnega ogljika, polprevodniškega filma in kovinskega ali nekovinskega filma .

Učinkovitost naprave za magnetno filtracijo
Ker vsi veliki delci ne morejo izgubiti kinetične energije pri neprekinjenih trkih s steno, bo določeno število velikih delcev doseglo podlago skozi izhod cevi.Zato ima dolga in ozka naprava za magnetno filtracijo večjo učinkovitost filtracije velikih delcev, vendar bo v tem času povečala izgubo ciljnih ionov in hkrati povečala kompleksnost strukture.Zato je zagotavljanje, da ima naprava za magnetno filtracijo odlično odstranjevanje velikih delcev in visoko učinkovitost transporta ionov, nujen predpogoj, da ima tehnologija ionskega premaza z več loki široko možnost uporabe pri nanašanju visoko zmogljivih tankih filmov.Na delovanje naprave za magnetno filtracijo vplivajo jakost magnetnega polja, prednapetost upogiba, mehanska odprtina pregrade, tok vira obloka in vpadni kot nabitih delcev.Z nastavitvijo razumnih parametrov naprave za magnetno filtracijo je mogoče učinkovito izboljšati učinek filtriranja velikih delcev in učinkovitost prenosa ionov tarče.