Teknolojia ya kuchuja sumaku

Nadharia ya msingi ya kifaa cha kuchuja sumaku
Utaratibu wa kuchuja wa kifaa cha kuchuja sumaku kwa chembe kubwa kwenye boriti ya plasma ni kama ifuatavyo.
Kwa kutumia tofauti kati ya plasma na chembe kubwa zinazochaji na uwiano wa chaji hadi misa, kuna "kizuizi" (ama ukuta wa bomba au ukuta wa bomba) kinachoweka kati ya substrate na uso wa cathode, ambayo huzuia chembe zozote zinazosonga katika mstari wa moja kwa moja kati ya cathode na substrate, wakati ions zinaweza kupotoshwa na shamba la magnetic na kupitia "kizuizi" kwenye substrate.

Kanuni ya kazi ya kifaa cha kuchuja sumaku

Katika uwanja wa sumaku, Pe<

Pe na Pi ni radii ya Larmor ya elektroni na ioni mtawalia, na a ni kipenyo cha ndani cha chujio cha sumaku.Elektroni katika plasma huathiriwa na nguvu ya Lorentz na huzunguka kwenye uwanja wa sumaku kwa axia, wakati uga wa sumaku una athari kidogo kwenye mshikamano wa ioni kutokana na tofauti kati ya ayoni na elektroni katika eneo la Larmor.Walakini, wakati harakati ya elektroni kwenye mhimili wa kifaa cha chujio cha sumaku, itavutia ioni pamoja na axial kwa mwendo wa mzunguko kwa sababu ya umakini wake na uwanja wenye nguvu hasi wa umeme, na kasi ya elektroni ni kubwa kuliko ioni, kwa hivyo elektroni. daima kuvuta ioni mbele, wakati plasma daima inabakia nusu-umeme neutral.Chembe kubwa hazina upande wowote wa umeme au zimechajiwa hasi kidogo, na ubora ni mkubwa zaidi kuliko ioni na elektroni, kimsingi hauathiriwi na uga wa sumaku na mwendo wa laini kando ya hali ya hewa, na zitachujwa baada ya kugongana na ukuta wa ndani wa kifaa.
Chini ya utendakazi wa pamoja wa mpindano wa uga wa sumaku unaopinda na migongano ya upinde wa mvua na ioni-elektroni, plasma inaweza kugeuzwa katika kifaa cha kuchuja sumaku.In Mifano ya kawaida ya kinadharia inayotumiwa leo ni mfano wa flux ya Morozov na mfano wa rotor ya Davidson rigid, ambayo ina kipengele cha kawaida chafuatayo: kuna uwanja wa magnetic ambao hufanya elektroni kuhamia kwa namna ya helical madhubuti.
Nguvu ya uga wa sumaku inayoongoza mwendo wa axial wa plasma kwenye kifaa cha kuchuja sumaku inapaswa kuwa hivi:

Mi, Vo, na Z ni wingi wa ioni, kasi ya usafiri, na idadi ya malipo yanayobebwa mtawalia.a ni kipenyo cha ndani cha kichujio cha sumaku, na e ni malipo ya elektroni.
Ikumbukwe kwamba ioni zingine za juu za nishati haziwezi kufungwa kikamilifu na boriti ya elektroni.Wanaweza kufikia ukuta wa ndani wa chujio cha sumaku, na kufanya ukuta wa ndani kwa uwezo mzuri, ambao huzuia ions kuendelea kufikia ukuta wa ndani na kupunguza upotevu wa plasma.
Kulingana na hali hii, shinikizo chanya la upendeleo linaweza kutumika kwenye ukuta wa kifaa cha chujio cha sumaku ili kuzuia mgongano wa ayoni ili kuboresha ufanisi wa usafiri wa ioni lengwa.

Uainishaji wa kifaa cha kuchuja sumaku
(1) Muundo wa mstari.Uga wa sumaku hufanya kazi kama mwongozo wa mtiririko wa boriti ya ioni, kupunguza saizi ya doa ya cathode na uwiano wa makundi ya chembe za macroscopic, huku ikiimarisha migongano ndani ya plasma, na kusababisha ubadilishaji wa chembe zisizo na upande kuwa ioni na kupunguza idadi ya macroscopic. vishada vya chembe, na kupunguza kwa kasi idadi ya chembe kubwa kadri nguvu ya uga wa sumaku inavyoongezeka.Ikilinganishwa na njia ya kawaida ya uwekaji wa ioni za arc nyingi, kifaa hiki kilichoundwa kinashinda upunguzaji mkubwa wa ufanisi unaosababishwa na mbinu zingine na kinaweza kuhakikisha kiwango cha uwekaji wa filamu mara kwa mara huku kikipunguza idadi ya chembe kubwa kwa karibu 60%.
(2) Muundo wa aina ya curve.Ingawa muundo una aina mbalimbali, lakini kanuni ya msingi ni sawa.Plasma husogea chini ya utendakazi wa pamoja wa uwanja wa sumaku na uwanja wa umeme, na uga wa sumaku hutumika kufungia na kudhibiti plasma bila kugeuza mwendo kando ya mwelekeo wa mistari ya nguvu ya sumaku.Na chembe zisizo na malipo zitasonga kando ya mstari na kutengwa.Filamu zinazotayarishwa na kifaa hiki cha muundo zina ugumu wa hali ya juu, ukali wa chini wa uso, msongamano mzuri, saizi ya nafaka inayofanana, na mshikamano mkali wa msingi wa filamu.Mchanganuo wa XPS unaonyesha kuwa ugumu wa uso wa filamu za ta-C zilizopakwa aina hii ya kifaa unaweza kufikia 56 GPa, kwa hivyo kifaa cha muundo uliopinda ndio njia inayotumika sana na bora ya uondoaji wa chembe kubwa, lakini ufanisi wa usafirishaji wa ioni unahitaji kuwa. kuboreshwa zaidi.Kifaa cha kuchuja sumaku ya bend ya 90° ni mojawapo ya vifaa vinavyotumika sana vya muundo uliopinda.Majaribio kwenye wasifu wa uso wa filamu za Ta-C yanaonyesha kuwa wasifu wa uso wa kifaa cha kuchuja sumaku cha 360° bend haubadilika sana ikilinganishwa na kifaa cha kuchuja sumaku cha 90°, kwa hivyo athari ya uchujaji wa sumaku wa 90° kwa chembe kubwa inaweza kuwa kimsingi. kufikiwa.90 ° bend magnetic filtration kifaa hasa ina aina mbili za miundo: moja ni bend solenoid kuwekwa katika chumba utupu, na nyingine ni kuwekwa nje ya chumba utupu, na tofauti kati yao ni tu katika muundo.Shinikizo la kufanya kazi la kifaa cha kuchuja sumaku cha 90° cha bend iko katika mpangilio wa 10-2Pa, na inaweza kutumika katika matumizi mbalimbali, kama vile nitridi ya kupaka, oksidi, kaboni ya amofasi, filamu ya semiconductor na filamu ya chuma au isiyo ya chuma. .

Ufanisi wa kifaa cha kuchuja sumaku
Kwa kuwa sio chembe zote kubwa zinaweza kupoteza nishati ya kinetic katika migongano inayoendelea na ukuta, idadi fulani ya chembe kubwa itafikia substrate kupitia bomba la bomba.Kwa hiyo, kifaa cha muda mrefu na nyembamba cha filtration ya magnetic ina ufanisi mkubwa wa filtration ya chembe kubwa, lakini kwa wakati huu itaongeza upotevu wa ions lengo na wakati huo huo kuongeza utata wa muundo.Kwa hivyo, kuhakikisha kuwa kifaa cha kuchuja sumaku kina uondoaji bora wa chembe kubwa na ufanisi wa juu wa usafirishaji wa ioni ni sharti muhimu kwa teknolojia ya mipako ya arc nyingi ili kuwa na matarajio mapana ya matumizi katika kuweka filamu nyembamba za utendakazi wa juu.Uendeshaji wa kifaa cha uchujaji wa sumaku huathiriwa na nguvu ya uga wa sumaku, upendeleo wa bend, upenyo wa baffle wa mitambo, mkondo wa chanzo cha arc na angle ya matukio ya chembe iliyochajiwa.Kwa kuweka vigezo vinavyofaa vya kifaa cha kuchuja sumaku, athari ya kuchuja ya chembe kubwa na ufanisi wa uhamishaji wa ayoni wa lengwa unaweza kuboreshwa kwa ufanisi.