Manyetik filtreleme teknolojisi

Manyetik filtrasyon cihazının temel teorisi
Plazma ışınındaki büyük parçacıklar için manyetik filtreleme cihazının filtreleme mekanizması aşağıdaki gibidir:
Plazma ile yüklü büyük parçacıklar ve yük-kütle oranı arasındaki farkı kullanarak, alt tabaka ile katot yüzeyi arasına yerleştirilen ve herhangi bir parçacığın içinde hareket etmesini engelleyen bir "bariyer" (ya bir bölme ya da kavisli bir tüp duvarı) vardır. iyonlar manyetik alan tarafından saptırılabilir ve "bariyerden" alt tabakaya geçebilirken, katot ve altlık arasındaki düz çizgi.

Manyetik filtrasyon cihazının çalışma prensibi

Manyetik alanda Pe<

Pe ve Pi, sırasıyla elektronların ve iyonların Larmor yarıçaplarıdır ve a, manyetik filtrenin iç çapıdır.Plazmadaki elektronlar Lorentz kuvvetinden etkilenir ve manyetik alan boyunca eksenel olarak dönerken, Larmor yarıçapındaki iyonlar ve elektronlar arasındaki fark nedeniyle manyetik alanın iyonların kümelenmesi üzerinde daha az etkisi vardır.Bununla birlikte, manyetik filtre cihazının ekseni boyunca elektron hareketi, odağı ve güçlü negatif elektrik alanı nedeniyle dönme hareketi için eksen boyunca iyonları çekecektir ve elektron hızı iyondan daha büyüktür, bu nedenle elektron iyonu sürekli olarak ileri doğru çekerken, plazma her zaman yarı elektriksel olarak nötr kalır.Büyük parçacıklar elektriksel olarak nötr veya hafif negatif yüklüdür ve kalite iyonlardan ve elektronlardan çok daha büyüktür, temelde manyetik alandan ve atalet boyunca doğrusal hareketten etkilenmez ve iç duvarla çarpışmadan sonra filtrelenir. cihaz.
Bükme manyetik alan eğriliği ve gradyan kayması ve iyon-elektron çarpışmalarının birleşik işlevi altında, plazma manyetik filtrasyon cihazında saptırılabilir.Bugün kullanılan yaygın teorik modeller, aşağıdaki ortak özelliğe sahip olan Morozov akı modeli ve Davidson rijit rotor modelidir: elektronları kesinlikle sarmal bir şekilde hareket ettiren bir manyetik alan vardır.
Manyetik filtreleme cihazında plazmanın eksenel hareketine rehberlik eden manyetik alanın gücü şu şekilde olmalıdır:

Mi, Vo ve Z sırasıyla iyon kütlesi, taşıma hızı ve taşınan yük sayısıdır.a, manyetik filtrenin iç çapıdır ve e, elektron yüküdür.
Bazı yüksek enerjili iyonların elektron ışını tarafından tam olarak bağlanamayacağına dikkat edilmelidir.Manyetik filtrenin iç duvarına ulaşabilirler ve iç duvarı pozitif bir potansiyel haline getirirler, bu da iyonların iç duvara ulaşmaya devam etmesini engeller ve plazma kaybını azaltır.
Bu fenomene göre, hedef iyon taşıma verimliliğini artırmak için iyonların çarpışmasını engellemek üzere manyetik filtre cihazının duvarına uygun bir pozitif yanlılık basıncı uygulanabilir.

Manyetik filtrasyon cihazının sınıflandırılması
(1) Doğrusal yapı.Manyetik alan, iyon ışını akışı için bir kılavuz görevi görerek katot noktasının boyutunu ve makroskopik parçacık kümelerinin oranını azaltırken, plazma içindeki çarpışmaları yoğunlaştırarak nötr parçacıkların iyonlara dönüşmesini teşvik eder ve makroskopik sayısını azaltır. parçacık kümeleri ve manyetik alan kuvveti arttıkça büyük parçacıkların sayısını hızla azaltır.Geleneksel çoklu ark iyon kaplama yöntemiyle karşılaştırıldığında, bu yapılandırılmış cihaz, diğer yöntemlerin neden olduğu verimlilikteki önemli düşüşün üstesinden gelir ve büyük parçacıkların sayısını yaklaşık %60 oranında azaltırken esas olarak sabit film biriktirme oranını sağlayabilir.
(2) Eğri tipi yapı.Yapısı çeşitli formlara sahip olsa da temel prensip aynıdır.Plazma, manyetik alan ve elektrik alanın birleşik işlevi altında hareket eder ve manyetik alan, manyetik kuvvet çizgilerinin yönü boyunca hareketi saptırmadan plazmayı sınırlamak ve kontrol etmek için kullanılır.Ve yüksüz parçacıklar doğrusal boyunca hareket edecek ve ayrılacaktır.Bu yapısal cihaz tarafından hazırlanan filmler, yüksek sertliğe, düşük yüzey pürüzlülüğüne, iyi yoğunluğa, düzgün tane boyutuna ve güçlü film tabanı yapışmasına sahiptir.XPS analizi, bu tür bir cihazla kaplanan ta-C filmlerin yüzey sertliğinin 56 GPa'ya ulaşabileceğini, dolayısıyla kavisli yapı cihazının büyük partikül giderme için en yaygın kullanılan ve etkili yöntem olduğunu, ancak hedef iyon taşıma verimliliğinin olması gerektiğini gösteriyor. daha da geliştirildi.90° eğimli manyetik filtrasyon cihazı, en yaygın kullanılan kavisli yapı cihazlarından biridir.Ta-C filmlerin yüzey profili üzerinde yapılan deneyler, 360° eğimli manyetik filtrasyon cihazının yüzey profilinin, 90° eğimli manyetik filtrasyon cihazına kıyasla çok fazla değişmediğini, bu nedenle büyük parçacıklar için 90° eğimli manyetik filtrasyonun etkisinin temelde elde edildi.90° bükümlü manyetik filtrasyon cihazı temel olarak iki tip yapıya sahiptir: biri vakum odasına yerleştirilmiş bir büküm solenoididir ve diğeri vakum odasının dışına yerleştirilir ve aralarındaki fark sadece yapıdadır.90° bükümlü manyetik filtrasyon cihazının çalışma basıncı 10-2Pa mertebesinde olup nitrür, oksit, amorf karbon, yarı iletken film ve metal veya ametal film kaplama gibi çok geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılabilir. .

Manyetik filtrasyon cihazının verimliliği
Tüm büyük parçacıklar duvarla sürekli çarpışmalarda kinetik enerjiyi kaybedemeyeceğinden, belirli sayıda büyük parçacık boru çıkışı yoluyla alt tabakaya ulaşacaktır.Bu nedenle, uzun ve dar bir manyetik filtrasyon cihazı, büyük partiküllerin daha yüksek filtrasyon verimliliğine sahiptir, ancak bu sırada hedef iyonların kaybını artıracak ve aynı zamanda yapının karmaşıklığını artıracaktır.Bu nedenle, manyetik filtrasyon cihazının mükemmel büyük partikül giderimine ve yüksek iyon taşıma verimliliğine sahip olmasının sağlanması, çok arklı iyon kaplama teknolojisinin yüksek performanslı ince filmlerin biriktirilmesinde geniş bir uygulama beklentisine sahip olması için gerekli bir ön koşuldur.Manyetik filtreleme cihazının çalışması, manyetik alan kuvveti, bükülme eğilimi, mekanik bölme açıklığı, ark kaynağı akımı ve yüklü parçacık geliş açısından etkilenir.Manyetik filtreleme cihazının makul parametrelerini ayarlayarak, büyük parçacıkların filtreleme etkisi ve hedefin iyon transfer verimliliği etkili bir şekilde geliştirilebilir.