Pangunahing teorya ng magnetic filtration device
Ang mekanismo ng pag-filter ng magnetic filtering device para sa malalaking particle sa plasma beam ay ang mga sumusunod:
Gamit ang pagkakaiba sa pagitan ng plasma at malalaking particle sa charge at charge-to-mass ratio, mayroong isang "barrier" (alinman sa isang baffle o isang curved tube wall) na naglalagay sa pagitan ng substrate at ng cathode surface, na humaharang sa anumang mga particle na gumagalaw sa isang tuwid na linya sa pagitan ng katod at substrate, habang ang mga ion ay maaaring mapalihis ng magnetic field at dumaan sa "barrier" patungo sa substrate.
Prinsipyo ng pagtatrabaho ng magnetic filtration device
Sa magnetic field, ang Pe<
Ang Pe at Pi ay ang Larmor radii ng mga electron at ions ayon sa pagkakabanggit, at ang a ay ang panloob na diameter ng magnetic filter.Ang mga electron sa plasma ay apektado ng puwersa ng Lorentz at umiikot sa kahabaan ng magnetic field nang axially, habang ang magnetic field ay may mas kaunting epekto sa clustering ng mga ion dahil sa pagkakaiba sa pagitan ng mga ion at mga electron sa Larmor radius.Gayunpaman, kapag ang paggalaw ng elektron sa kahabaan ng axis ng magnetic filter device, maaakit nito ang mga ions sa kahabaan ng axial para sa rotational motion dahil sa focus nito at ang malakas na negatibong electric field, at ang bilis ng electron ay mas malaki kaysa sa ion, kaya ang electron patuloy na hinihila ang ion pasulong, habang ang plasma ay palaging nananatiling quasi-electrically neutral.Ang malalaking particle ay neutral sa kuryente o bahagyang negatibong sisingilin, at ang kalidad ay mas malaki kaysa sa mga ions at electron, karaniwang hindi apektado ng magnetic field at linear na paggalaw sa kahabaan ng inertia, at masasala pagkatapos ng banggaan sa panloob na dingding ng aparato.
Sa ilalim ng pinagsamang pag-andar ng bending magnetic field curvature at gradient drift at ion-electron collisions, ang plasma ay maaaring ilihis sa magnetic filtration device.Sa Ang mga karaniwang teoretikal na modelo na ginagamit ngayon ay ang Morozov flux model at ang Davidson rigid rotor model, na mayroong sumusunod na karaniwang katangian: mayroong magnetic field na nagpapagalaw sa mga electron sa isang mahigpit na helical na paraan.
Ang lakas ng magnetic field na gumagabay sa axial motion ng plasma sa magnetic filtration device ay dapat na ganito:
Ang Mi, Vo, at Z ay ang ion mass, ang bilis ng transportasyon, at ang bilang ng mga singil na dinala ayon sa pagkakabanggit.Ang a ay ang panloob na diameter ng magnetic filter, at ang e ay ang electron charge.
Dapat pansinin na ang ilang mas mataas na mga ion ng enerhiya ay hindi maaaring ganap na matali ng electron beam.Maaari nilang maabot ang panloob na dingding ng magnetic filter, na ginagawang positibong potensyal ang panloob na pader, na humahadlang sa mga ion na patuloy na maabot ang panloob na pader at binabawasan ang pagkawala ng plasma.
Ayon sa hindi pangkaraniwang bagay na ito, ang isang naaangkop na positibong bias na presyon ay maaaring ilapat sa dingding ng magnetic filter device upang pigilan ang banggaan ng mga ion upang mapabuti ang kahusayan sa transportasyon ng target na ion.
Pag-uuri ng magnetic filtration device
(1) Linear na istraktura.Ang magnetic field ay nagsisilbing gabay para sa daloy ng ion beam, na binabawasan ang laki ng cathode spot at ang proporsyon ng macroscopic particle clusters, habang pinatindi ang mga banggaan sa loob ng plasma, na nag-uudyok sa conversion ng neutral na mga particle sa mga ions at binabawasan ang bilang ng mga macroscopic. particle cluster, at mabilis na binabawasan ang bilang ng malalaking particle habang tumataas ang lakas ng magnetic field.Kung ikukumpara sa nakasanayang multi-arc ion coating na paraan, ang structured na device na ito ay nagtagumpay sa makabuluhang pagbawas sa kahusayan na dulot ng iba pang mga pamamaraan at masisiguro ang mahalagang pare-parehong film deposition rate habang binabawasan ang bilang ng malalaking particle ng humigit-kumulang 60%.
(2) Curve-type na istraktura.Kahit na ang istraktura ay may iba't ibang anyo, ngunit ang pangunahing prinsipyo ay pareho.Ang plasma ay gumagalaw sa ilalim ng pinagsamang pag-andar ng magnetic field at electric field, at ang magnetic field ay ginagamit upang ikulong at kontrolin ang plasma nang hindi pinapalihis ang paggalaw sa direksyon ng magnetic force lines.At ang mga uncharged na particle ay lilipat sa linear at maghihiwalay.Ang mga pelikulang inihanda ng structural device na ito ay may mataas na tigas, mababang pagkamagaspang sa ibabaw, magandang density, pare-parehong laki ng butil, at malakas na film base adhesion.Ipinapakita ng pagsusuri ng XPS na ang katigasan ng ibabaw ng mga ta-C film na pinahiran ng ganitong uri ng device ay maaaring umabot sa 56 GPa, kaya ang curved structure device ay ang pinaka-tinatanggap na ginagamit at epektibong paraan para sa malalaking particle removal, ngunit ang target na ion transport efficiency ay kailangang maging pinagbuti pa.Ang 90° bend magnetic filtration device ay isa sa pinakamalawak na ginagamit na curved structure device.Ang mga eksperimento sa surface profile ng Ta-C films ay nagpapakita na ang surface profile ng 360° bend magnetic filtration device ay hindi gaanong nagbabago kumpara sa 90° bend magnetic filtration device, kaya ang epekto ng 90° bend magnetic filtration para sa malalaking particle ay maaaring maging basic. nakamit.Ang 90° bend magnetic filtration device ay higit sa lahat ay may dalawang uri ng mga istruktura: ang isa ay isang bend solenoid na inilagay sa vacuum chamber, at ang isa ay inilalagay sa labas ng vacuum chamber, at ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay nasa istraktura lamang.Ang gumaganang presyon ng 90° bend magnetic filtration device ay nasa pagkakasunud-sunod ng 10-2Pa, at maaari itong magamit sa isang malawak na hanay ng mga aplikasyon, tulad ng coating nitride, oxide, amorphous carbon, semiconductor film at metal o non-metal film .
Ang kahusayan ng magnetic filtration device
Dahil hindi lahat ng malalaking particle ay maaaring mawalan ng kinetic energy sa tuluy-tuloy na banggaan sa dingding, ang isang tiyak na bilang ng malalaking particle ay maaabot ang substrate sa pamamagitan ng pipe outlet.Samakatuwid, ang isang mahaba at makitid na magnetic filtration device ay may mas mataas na kahusayan sa pagsasala ng malalaking particle, ngunit sa oras na ito ay tataas nito ang pagkawala ng mga target na ions at sa parehong oras ay tataas ang pagiging kumplikado ng istraktura.Samakatuwid, ang pagtiyak na ang magnetic filtration device ay may mahusay na malalaking particle removal at mataas na kahusayan ng ion transport ay isang kinakailangang paunang kinakailangan para sa multi-arc ion coating technology upang magkaroon ng malawak na prospect ng aplikasyon sa pagdedeposito ng high performance thin films.Ang pagpapatakbo ng magnetic filtration device ay apektado ng magnetic field strength, bend bias, mechanical baffle aperture, arc source current at charged particle incidence angle.Sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga makatwirang parameter ng magnetic filtration device, ang epekto ng pagsasala ng malalaking particle at ang kahusayan ng paglilipat ng ion ng target ay maaaring epektibong mapabuti.
Oras ng post: Nob-08-2022