Maqnit filtrasiya cihazının əsas nəzəriyyəsi
Plazma şüasındakı böyük hissəciklər üçün maqnit filtrasiya cihazının filtrasiya mexanizmi aşağıdakı kimidir:
Plazma ilə böyük hissəciklər arasındakı yük və yük-kütlə nisbətindəki fərqdən istifadə edərək, substrat ilə katod səthi arasında katod və substrat arasında düz xətt üzrə hərəkət edən hər hansı hissəcikləri bloklayan bir "maneə" (ya maneə, ya da əyri boru divarı) yerləşdirilir, ionlar isə maqnit sahəsi tərəfindən sapdırıla və "maneə"dən substrata keçə bilir.
Maqnit filtrasiya cihazının iş prinsipi
Maqnit sahəsində, Pe<
Pe və Pi müvafiq olaraq elektronların və ionların Larmor radiuslarıdır və a maqnit filtrinin daxili diametridir. Plazmadakı elektronlar Lorentz qüvvəsindən təsirlənir və maqnit sahəsi boyunca ox boyunca fırlanır, maqnit sahəsi isə Larmor radiusundakı ionlar və elektronlar arasındakı fərqə görə ionların klasterləşməsinə daha az təsir göstərir. Lakin, elektron maqnit filtr cihazının oxu boyunca hərəkət etdikdə, fokusu və güclü mənfi elektrik sahəsi səbəbindən fırlanma hərəkəti üçün ox boyunca ionları cəlb edəcək və elektron sürəti iondan daha böyükdür, buna görə də elektron ionu daim irəli çəkir, plazma isə həmişə kvazi-elektrik neytral qalır. Böyük hissəciklər elektrik baxımından neytral və ya bir qədər mənfi yüklüdür və keyfiyyəti ionlardan və elektronlardan daha böyükdür, əsasən maqnit sahəsi və ətalət boyunca xətti hərəkətdən təsirlənmir və cihazın daxili divarı ilə toqquşduqdan sonra süzüləcək.
Əyilmə maqnit sahəsi əyriliyi və qradiyent sürüşməsi və ion-elektron toqquşmalarının birləşmiş funksiyası altında plazma maqnit filtrasiya cihazında sapdırıla bilər. Bu gün istifadə olunan ümumi nəzəri modellər aşağıdakı ortaq xüsusiyyətə malik olan Morozov axın modeli və Devidson sərt rotor modelidir: elektronları ciddi şəkildə spiral şəklində hərəkət etdirən bir maqnit sahəsi mövcuddur.
Maqnit filtrasiya cihazında plazmanın ox istiqamətində hərəkətini idarə edən maqnit sahəsinin gücü aşağıdakı kimi olmalıdır:
Mi, Vo və Z müvafiq olaraq ion kütləsi, daşınma sürəti və daşınan yüklərin sayıdır. a maqnit filtrinin daxili diametri, e isə elektron yüküdür.
Qeyd etmək lazımdır ki, bəzi daha yüksək enerjili ionlar elektron şüası ilə tam şəkildə bağlana bilməz. Onlar maqnit filtrinin daxili divarına çata bilər və daxili divarı müsbət potensiala çevirir ki, bu da öz növbəsində ionların daxili divara çatmasına mane olur və plazma itkisini azaldır.
Bu fenomenə görə, hədəf ionlarının daşınma səmərəliliyini artırmaq üçün ionların toqquşmasının qarşısını almaq məqsədilə maqnit filtr cihazının divarına müvafiq müsbət qərəzli təzyiq tətbiq edilə bilər.
Maqnit filtrasiya cihazının təsnifatı
(1) Xətti struktur. Maqnit sahəsi ion şüası axını üçün bələdçi rolunu oynayır, katod ləkəsinin ölçüsünü və makroskopik hissəcik qruplarının nisbətini azaldır, plazma daxilində toqquşmaları gücləndirir, neytral hissəciklərin ionlara çevrilməsinə səbəb olur və makroskopik hissəcik qruplarının sayını azaldır, maqnit sahəsinin gücü artdıqca böyük hissəciklərin sayını sürətlə azaldır. Ənənəvi çoxqövslü ion örtük metodu ilə müqayisədə bu strukturlaşdırılmış cihaz digər metodların yaratdığı səmərəliliyin əhəmiyyətli dərəcədə azalmasını aradan qaldırır və böyük hissəciklərin sayını təxminən 60% azaltmaqla əsasən sabit təbəqə çökmə sürətini təmin edə bilər.
(2) Əyri tipli struktur. Quruluş müxtəlif formalara malik olsa da, əsas prinsip eynidir. Plazma maqnit sahəsi və elektrik sahəsinin birləşmiş funksiyası altında hərəkət edir və maqnit sahəsi maqnit qüvvə xətləri istiqamətində hərəkəti dəyişdirmədən plazmanı məhdudlaşdırmaq və idarə etmək üçün istifadə olunur. Yüksüz hissəciklər isə xətti boyunca hərəkət edəcək və ayrılacaq. Bu struktur cihaz tərəfindən hazırlanan təbəqələr yüksək sərtliyə, aşağı səth pürüzlülüyünə, yaxşı sıxlığa, vahid dənə ölçüsünə və güclü təbəqə bazası yapışmasına malikdir. XPS təhlili göstərir ki, bu tip cihazla örtülmüş ta-C təbəqələrinin səth sərtliyi 56 GPa-ya çata bilər, buna görə də əyri struktur cihazı böyük hissəciklərin çıxarılması üçün ən geniş istifadə edilən və effektiv metoddur, lakin hədəf ionlarının daşınma səmərəliliyinin daha da yaxşılaşdırılması lazımdır. 90° əyilmə maqnit filtrasiya cihazı ən çox istifadə edilən əyri struktur cihazlarından biridir. Ta-C filmlərinin səth profili üzərində aparılan təcrübələr göstərir ki, 360° əyilmə maqnit filtrasiya cihazının səth profili 90° əyilmə maqnit filtrasiya cihazı ilə müqayisədə çox dəyişmir, buna görə də böyük hissəciklər üçün 90° əyilmə maqnit filtrasiyasının təsiri əsasən əldə edilə bilər. 90° əyilmə maqnit filtrasiya cihazı əsasən iki növ quruluşa malikdir: biri vakuum kamerasına yerləşdirilmiş əyilmə solenoidi, digəri isə vakuum kamerasından kənarda yerləşdirilir və aralarındakı fərq yalnız quruluşdadır. 90° əyilmə maqnit filtrasiya cihazının işçi təzyiqi 10-2Pa arasındadır və örtük nitridi, oksid, amorf karbon, yarımkeçirici film və metal və ya qeyri-metal film kimi geniş tətbiq sahələrində istifadə edilə bilər.
Maqnit filtrasiya cihazının səmərəliliyi
Bütün böyük hissəciklər divarla davamlı toqquşmalarda kinetik enerjisini itirə bilmədiyindən, müəyyən sayda böyük hissəcik boru çıxışı vasitəsilə substrata çatacaq. Buna görə də, uzun və dar maqnit filtrasiya cihazı böyük hissəciklərin filtrasiya səmərəliliyini daha yüksək edir, lakin bu zaman hədəf ionlarının itkisini artıracaq və eyni zamanda strukturun mürəkkəbliyini artıracaq. Buna görə də, maqnit filtrasiya cihazının əla böyük hissəciklərin təmizlənməsinə və yüksək ion daşınma səmərəliliyinə malik olmasını təmin etmək, çoxqövslü ion örtük texnologiyasının yüksək performanslı nazik təbəqələrin çökdürülməsində geniş tətbiq perspektivinə malik olması üçün zəruri şərtdir. Maqnit filtrasiya cihazının işləməsinə maqnit sahəsinin gücü, əyilmə qərəzi, mexaniki maneə diafraqması, qövs mənbəyi cərəyanı və yüklü hissəciklərin düşmə bucağı təsir göstərir. Maqnit filtrasiya cihazının ağlabatan parametrlərini təyin etməklə, böyük hissəciklərin filtrasiya effekti və hədəfin ion ötürmə səmərəliliyi effektiv şəkildə yaxşılaşdırıla bilər.
Yazı vaxtı: 08 Noyabr 2022