Magnetiese filtrasietegnologie

Basiese teorie van magnetiese filtrasietoestel
Die filtermeganisme van die magnetiese filtertoestel vir groot deeltjies in die plasmastraal is soos volg:
Deur die verskil tussen plasma en groot deeltjies in lading en lading-tot-massa-verhouding te gebruik, is daar 'n "versperring" (óf 'n keerplaat óf 'n geboë buiswand) wat tussen die substraat en die katode-oppervlak geplaas word, wat enige deeltjies blokkeer wat in 'n reguit lyn tussen die katode en die substraat beweeg, terwyl die ione deur die magneetveld afgebuig kan word en deur die "versperring" na die substraat kan beweeg.

Werkbeginsel van magnetiese filtrasietoestel

In die magnetiese veld, Pe<

Pe en Pi is onderskeidelik die Larmor-radius van elektrone en ione, en a is die binnediameter van die magnetiese filter. Die elektrone in die plasma word deur die Lorentz-krag beïnvloed en draai aksiaal langs die magnetiese veld, terwyl die magnetiese veld minder effek op die ione se groepering het as gevolg van die verskil tussen die ione en elektrone in die Larmor-radius. Wanneer die elektron egter langs die as van die magnetiese filtertoestel beweeg, sal dit ione langs die aksiale as aantrek vir die rotasiebeweging as gevolg van sy fokus en die sterk negatiewe elektriese veld, en die elektronspoed is groter as die ioon, dus trek die elektron die ioon voortdurend vorentoe, terwyl die plasma altyd kwasi-elektries neutraal bly. Die groot deeltjies is elektries neutraal of effens negatief gelaai, en die kwaliteit is baie groter as die ione en elektrone, basies nie beïnvloed deur die magnetiese veld en lineêre beweging langs die traagheid nie, en sal uitgefiltreer word na botsing met die binnewand van die toestel.
Onder die gekombineerde funksie van die buigende magnetiese veldkromming en gradiëntdrywing en ioon-elektronbotsings, kan die plasma in die magnetiese filtrasietoestel afgebuig word. Die algemene teoretiese modelle wat vandag gebruik word, is die Morozov-vloedmodel en die Davidson-starre rotormodel, wat die volgende gemeenskaplike kenmerk het: daar is 'n magnetiese veld wat die elektrone op 'n streng heliese wyse laat beweeg.
Die sterkte van die magneetveld wat die aksiale beweging van die plasma in die magnetiese filtrasietoestel lei, moet sodanig wees dat:

Mi, Vo en Z is onderskeidelik die ioonmassa, die transportsnelheid en die aantal ladings wat gedra word. a is die binnediameter van die magnetiese filter en e is die elektronlading.
Daar moet kennis geneem word dat sommige hoër-energie-ione nie ten volle deur die elektronstraal gebind kan word nie. Hulle kan die binnewand van die magnetiese filter bereik, wat die binnewand op 'n positiewe potensiaal plaas, wat weer verhoed dat die ione die binnewand bly bereik en die verlies van plasma verminder.
Volgens hierdie verskynsel kan 'n gepaste positiewe voorspanningsdruk op die wand van die magnetiese filtertoestel toegepas word om die botsing van ione te inhibeer om die teikenioontransportdoeltreffendheid te verbeter.

Klassifikasie van magnetiese filtrasietoestel
(1) Lineêre struktuur. Die magneetveld dien as 'n gids vir die ioonbundelvloei, wat die grootte van die katodevlek en die proporsie makroskopiese deeltjiegroepe verminder, terwyl die botsings binne die plasma versterk word, wat die omskakeling van neutrale deeltjies in ione aanmoedig en die aantal makroskopiese deeltjiegroepe verminder, en die aantal groot deeltjies vinnig verminder namate die magneetveldsterkte toeneem. In vergelyking met die konvensionele multi-boog ioonbedekkingsmetode, oorkom hierdie gestruktureerde toestel die beduidende vermindering in doeltreffendheid wat deur ander metodes veroorsaak word en kan dit 'n wesenlike konstante filmafsettingstempo verseker terwyl die aantal groot deeltjies met ongeveer 60% verminder word.
(2) Kromtipe struktuur. Alhoewel die struktuur verskillende vorme het, is die basiese beginsel dieselfde. Die plasma beweeg onder die gekombineerde funksie van 'n magnetiese veld en elektriese veld, en die magnetiese veld word gebruik om die plasma te beperk en te beheer sonder om beweging langs die rigting van magnetiese kraglyne af te buig. En die ongelaaide deeltjies sal langs die lineêre lyn beweeg en geskei word. Die films wat deur hierdie strukturele toestel voorberei word, het hoë hardheid, lae oppervlakruheid, goeie digtheid, eenvormige korrelgrootte en sterk filmbasis-adhesie. XPS-analise toon dat die oppervlakhardheid van ta-C-films wat met hierdie tipe toestel bedek is, 56 GPa kan bereik, dus is die geboë struktuurtoestel die mees gebruikte en effektiewe metode vir die verwydering van groot deeltjies, maar die doeltreffendheid van die teikenioonvervoer moet verder verbeter word. Die 90°-buigmagnetiese filtrasietoestel is een van die mees gebruikte geboë struktuurtoestelle. Eksperimente op die oppervlakprofiel van Ta-C-films toon dat die oppervlakprofiel van die 360°-buigmagnetiese filtrasietoestel nie veel verander in vergelyking met die 90°-buigmagnetiese filtrasietoestel nie, dus kan die effek van 90°-buigmagnetiese filtrasie vir groot deeltjies basies bereik word. 'n 90°-gebuigde magnetiese filtrasietoestel het hoofsaaklik twee tipes strukture: een is 'n gebuigde solenoïde wat in die vakuumkamer geplaas word, en die ander word buite die vakuumkamer geplaas, en die verskil tussen hulle is slegs in die struktuur. Die werkdruk van die 90°-gebuigde magnetiese filtrasietoestel is in die orde van 10-2 Pa, en dit kan in 'n wye reeks toepassings gebruik word, soos die bedekking van nitried, oksied, amorfe koolstof, halfgeleierfilm en metaal- of nie-metaalfilm.

Die doeltreffendheid van magnetiese filtrasietoestel
Aangesien nie alle groot deeltjies kinetiese energie kan verloor in voortdurende botsings met die wand nie, sal 'n sekere aantal groot deeltjies die substraat deur die pypuitlaat bereik. Daarom het 'n lang en smal magnetiese filtreringstoestel 'n hoër filtreringsdoeltreffendheid van groot deeltjies, maar op hierdie tydstip sal dit die verlies van teikenione verhoog en terselfdertyd die kompleksiteit van die struktuur verhoog. Daarom is dit 'n noodsaaklike voorvereiste vir multi-boog ioonbedekkingstegnologie om 'n wye toepassingsvooruitsig te hê in die neerlegging van hoëprestasie-dunfilms. Die werking van die magnetiese filtreringstoestel word beïnvloed deur die magnetiese veldsterkte, buigvooroordeel, meganiese afferingopening, boogbronstroom en gelaaide deeltjie-invalshoek. Deur redelike parameters van die magnetiese filtreringstoestel in te stel, kan die filtereffek van groot deeltjies en die ioonoordragdoeltreffendheid van die teiken effektief verbeter word.