Технологија магнетне филтрације

Основна теорија уређаја за магнетну филтрацију
Механизам за филтрирање магнетног уређаја за филтрирање великих честица у снопу плазме је следећи:
Користећи разлику између плазме и великих честица у наелектрисању и односу наелектрисања и масе, постоји „преграда“ (било преграда или закривљени зид цеви) која се налази између подлоге и површине катоде, која блокира све честице које се крећу у правој линији између катоде и подлоге, док се јони могу одбити магнетним пољем и проћи кроз „баријеру“ до супстрата.

Принцип рада уређаја за магнетну филтрацију

У магнетном пољу, Пе<

Пе и Пи су Ларморов радијус електрона и јона, а а је унутрашњи пречник магнетног филтера.На електроне у плазми утиче Лоренцова сила и ротирају се дуж магнетног поља аксијално, док магнетно поље мање утиче на груписање јона због разлике између јона и електрона у Ларморовом радијусу.Међутим, када се електрон креће дуж осе уређаја магнетног филтера, он ће привући јоне дуж аксијалне за ротационо кретање због свог фокуса и јаког негативног електричног поља, а брзина електрона је већа од јона, тако да електрон стално вуче јон напред, док плазма увек остаје квазиелектрично неутрална.Велике честице су електрично неутралне или благо негативно наелектрисане, а квалитет је много већи од јона и електрона, у основи нису под утицајем магнетног поља и линеарног кретања дуж инерције, и биће филтриране након судара са унутрашњим зидом уређај.
Под комбинованом функцијом савијања закривљености магнетног поља и градијента дрифта и судара јона и електрона, плазма се може скренути у уређају за магнетну филтрацију.У Уобичајени теоријски модели који се данас користе су модел Морозовљевог флукса и Давидсонов модел крутог ротора, који имају следећу заједничку особину: постоји магнетно поље које покреће електроне на стриктно спирални начин.
Јачина магнетног поља које води аксијално кретање плазме у уређају за магнетну филтрацију треба да буде таква да:

Ми, Во и З су маса јона, брзина транспорта и број наелектрисања.а је унутрашњи пречник магнетног филтера, а е је наелектрисање електрона.
Треба напоменути да неки јони више енергије не могу бити у потпуности везани електронским снопом.Они могу доћи до унутрашњег зида магнетног филтера, чинећи унутрашњи зид позитивним потенцијалом, што заузврат спречава јоне да наставе да стигну до унутрашњег зида и смањује губитак плазме.
Према овом феномену, одговарајући позитивни притисак може се применити на зид уређаја магнетног филтера да би се инхибирао судар јона како би се побољшала ефикасност транспорта циљних јона.

Класификација уређаја за магнетну филтрацију
(1) Линеарна структура.Магнетно поље делује као водич за проток јонског снопа, смањујући величину катодне тачке и пропорцију макроскопских кластера честица, док појачава сударе унутар плазме, подстичући претварање неутралних честица у јоне и смањујући број макроскопских честица. кластери честица, и брзо смањење броја великих честица како се повећава јачина магнетног поља.У поређењу са конвенционалном методом вишелучног јонског премаза, овај структурирани уређај превазилази значајно смањење ефикасности узроковано другим методама и може осигурати суштински константну стопу таложења филма док смањује број великих честица за око 60%.
(2) Структура типа криве.Иако структура има различите облике, основни принцип је исти.Плазма се креће под комбинованом функцијом магнетног поља и електричног поља, а магнетно поље се користи за ограничавање и контролу плазме без скретања кретања дуж правца линија магнетне силе.А ненаелектрисане честице ће се кретати дуж линеарне и бити раздвојене.Филмови припремљени овим структуралним уређајем имају високу тврдоћу, ниску храпавост површине, добру густину, уједначену величину зрна и јаку адхезију на бази филма.КСПС анализа показује да површинска тврдоћа та-Ц филмова обложених овим типом уређаја може да достигне 56 ГПа, тако да је уређај са закривљеном структуром најраспрострањенији и најефикаснији метод за уклањање великих честица, али ефикасност транспорта циљних јона треба да буде даље унапређен.Уређај за магнетну филтрацију савијања од 90° је један од најчешће коришћених уређаја закривљене структуре.Експерименти на површинском профилу Та-Ц филмова показују да се површински профил уређаја за магнетну филтрацију савијања од 360° не мења много у поређењу са уређајем за магнетну филтрацију савијања 90°, тако да ефекат магнетне филтрације савијања од 90° за велике честице може бити у основи постићи.Уређај за магнетну филтрацију од 90° углавном има две врсте структура: један је соленоид за савијање смештен у вакуумску комору, а други је постављен ван вакуумске коморе, а разлика између њих је само у структури.Радни притисак уређаја за магнетну филтрацију савијања од 90° је реда 10-2Па и може се користити у широком спектру апликација, као што су нитридни премази, оксиди, аморфни угљеник, полупроводнички филм и метални или неметални филм .

Ефикасност уређаја за магнетну филтрацију
Пошто не могу све велике честице изгубити кинетичку енергију у континуираним сударима са зидом, одређени број великих честица ће доћи до подлоге кроз излаз цеви.Стога, дугачак и уски уређај за магнетну филтрацију има већу ефикасност филтрације великих честица, али ће у овом тренутку повећати губитак циљних јона и истовремено повећати сложеност структуре.Стога, обезбеђивање да уређај за магнетну филтрацију има одлично уклањање великих честица и високу ефикасност транспорта јона је неопходан предуслов да технологија вишелучног јонског премаза има широку перспективу примене у депоновању танких филмова високих перформанси.На рад уређаја за магнетну филтрацију утичу јачина магнетног поља, пристрасност савијања, механичка преграда, струја извора лука и угао упада наелектрисаних честица.Постављањем разумних параметара уређаја за магнетну филтрацију, ефекат филтрирања великих честица и ефикасност преноса јона мете могу се ефикасно побољшати.