Magnetisk filtreringsteknik

Grundläggande teori om magnetisk filtreringsanordning
Filtreringsmekanismen för den magnetiska filtreringsanordningen för stora partiklar i plasmastrålen är som följer:
Med hjälp av skillnaden mellan plasma och stora partiklar i laddning och laddning-till-massa-förhållande, finns det en "barriär" (antingen en baffel eller en krökt rörvägg) mellan substratet och katodytan, vilket blockerar alla partiklar som rör sig i en rät linje mellan katoden och substratet, medan jonerna kan avböjas av magnetfältet och passera genom "barriären" till substratet.

Funktionsprincip för magnetisk filtreringsanordning

I magnetfältet är Pe<

Pe och Pi är Larmorradier för elektroner respektive joner, och a är magnetfiltrets innerdiameter.Elektronerna i plasman påverkas av Lorentzkraften och snurrar längs magnetfältet axiellt, medan magnetfältet har mindre effekt på jonernas klustring på grund av skillnaden mellan jonerna och elektronerna i Larmor-radien.Men när elektronrörelsen längs den magnetiska filteranordningens axel, kommer den att attrahera joner längs den axiella för rotationsrörelsen på grund av dess fokus och det starka negativa elektriska fältet, och elektronhastigheten är större än jonen, så elektronen ständigt dra jonen framåt, medan plasman alltid förblir kvasielektriskt neutral.De stora partiklarna är elektriskt neutrala eller svagt negativt laddade, och kvaliteten är mycket större än jonerna och elektronerna, påverkas i princip inte av magnetfältet och linjär rörelse längs trögheten och kommer att filtreras bort efter kollision med innerväggen på enhet.
Under den kombinerade funktionen av det böjande magnetfältets krökning och gradientdrift och jon-elektronkollisioner kan plasmat avledas i den magnetiska filtreringsanordningen.I De vanligaste teoretiska modellerna som används idag är Morozov-flödesmodellen och Davidsons stela rotormodell, som har följande gemensamma drag: det finns ett magnetfält som gör att elektronerna rör sig på ett strikt spiralformigt sätt.
Styrkan hos det magnetiska fält som styr plasmans axiella rörelse i den magnetiska filtreringsanordningen bör vara sådan att:

Mi, Vo och Z är jonmassan, transporthastigheten respektive antalet laddningar som bärs.a är magnetfiltrets innerdiameter och e är elektronladdningen.
Det bör noteras att vissa joner med högre energi inte helt kan bindas av elektronstrålen.De kan nå magnetfiltrets innervägg, vilket gör att innerväggen har en positiv potential, vilket i sin tur hämmar jonerna från att fortsätta nå innerväggen och minskar förlusten av plasma.
Enligt detta fenomen kan ett lämpligt positivt förspänningstryck appliceras på väggen av den magnetiska filteranordningen för att förhindra kollisionen av joner för att förbättra måljontransporteffektiviteten.

Klassificering av magnetisk filtreringsanordning
(1)Linjär struktur.Det magnetiska fältet fungerar som en guide för jonstråleflödet, minskar storleken på katodfläcken och andelen makroskopiska partikelkluster, samtidigt som det intensifierar kollisionerna i plasman, föranleder omvandlingen av neutrala partiklar till joner och minskar antalet makroskopiska partiklar. partikelkluster och snabbt minska antalet stora partiklar när magnetfältets styrka ökar.Jämfört med den konventionella multi-båge jonbeläggningsmetoden övervinner denna strukturerade anordning den betydande minskningen i effektivitet som orsakas av andra metoder och kan säkerställa i huvudsak konstant filmavsättningshastighet samtidigt som den minskar antalet stora partiklar med cirka 60 %.
(2) Struktur av kurvtyp.Även om strukturen har olika former, men den grundläggande principen är densamma.Plasman rör sig under den kombinerade funktionen av magnetfält och elektriskt fält, och magnetfältet används för att begränsa och kontrollera plasmat utan att avleda rörelse längs magnetiska kraftlinjers riktning.Och de oladdade partiklarna kommer att röra sig längs det linjära och separeras.Filmerna framställda av denna strukturella anordning har hög hårdhet, låg ytjämnhet, god densitet, enhetlig kornstorlek och stark filmbasvidhäftning.XPS-analys visar att ythårdheten för ta-C-filmer belagda med denna typ av anordning kan nå 56 GPa, sålunda är enheten med krökt struktur den mest använda och effektiva metoden för avlägsnande av stora partiklar, men måljontransporteffektiviteten måste vara ytterligare förbättrats.Den 90° böjda magnetiska filtreringsanordningen är en av de mest använda krökta strukturanordningarna.Experiment på ytprofilen för Ta-C-filmer visar att ytprofilen för 360° böj magnetisk filtreringsanordning inte förändras mycket jämfört med 90° böj magnetisk filtreringsanordning, så effekten av 90° böj magnetisk filtrering för stora partiklar kan i princip vara uppnått.90° böj magnetisk filtreringsanordning har huvudsakligen två typer av strukturer: en är en böjsolenoid placerad i vakuumkammaren, och den andra placeras ut ur vakuumkammaren, och skillnaden mellan dem är bara i strukturen.Arbetstrycket för 90° böjd magnetisk filtreringsanordning är i storleksordningen 10-2Pa, och den kan användas i ett brett spektrum av applikationer, såsom beläggningsnitrid, oxid, amorft kol, halvledarfilm och metall eller icke-metallfilm .

Effektiviteten hos magnetisk filtreringsanordning
Eftersom inte alla stora partiklar kan förlora kinetisk energi vid kontinuerliga kollisioner med väggen, kommer ett visst antal stora partiklar att nå substratet genom rörutloppet.Därför har en lång och smal magnetisk filtreringsanordning en högre filtreringseffektivitet för stora partiklar, men vid denna tidpunkt kommer det att öka förlusten av måljoner och samtidigt öka strukturens komplexitet.Att säkerställa att den magnetiska filtreringsanordningen har utmärkt avlägsnande av stora partiklar och hög effektivitet för jontransport är därför en nödvändig förutsättning för att flerbågsjonbeläggningstekniken ska ha ett brett användningsperspektiv vid avsättning av högpresterande tunna filmer.Funktionen av den magnetiska filtreringsanordningen påverkas av magnetfältets styrka, böjförspänning, mekanisk baffelöppning, bågkällans ström och infallsvinkel för laddade partiklar.Genom att ställa in rimliga parametrar för den magnetiska filtreringsanordningen kan filtreringseffekten av stora partiklar och jonöverföringseffektiviteten hos målet förbättras effektivt.