Основна теория на устройството за магнитна филтрация
Механизмът за филтриране на устройството за магнитно филтриране за големи частици в плазмения лъч е както следва:
Използвайки разликата между плазмата и големите частици в заряда и съотношението заряд/маса, има „преграда“ (или преграда, или извита тръбна стена), поставена между субстрата и повърхността на катода, която блокира всички частици, движещи се в права линия между катода и субстрата, докато йоните могат да бъдат отклонени от магнитното поле и да преминат през "бариерата" към субстрата.
Принцип на работа на устройството за магнитна филтрация
В магнитното поле Pe<
Pe и Pi са радиусите на Лармор на електроните и йоните съответно, а a е вътрешният диаметър на магнитния филтър.Електроните в плазмата се влияят от силата на Лоренц и се въртят по протежение на магнитното поле аксиално, докато магнитното поле има по-малък ефект върху групирането на йони поради разликата между йоните и електроните в радиуса на Лармор.Въпреки това, когато електронът се движи по оста на магнитното филтърно устройство, той ще привлече йони по аксиала за въртеливото движение поради своя фокус и силното отрицателно електрическо поле, а скоростта на електрона е по-голяма от йона, така че електронът постоянно дърпа йона напред, докато плазмата винаги остава квазиелектрически неутрална.Големите частици са електрически неутрални или леко отрицателно заредени и качеството е много по-голямо от това на йоните и електроните, основно не се влияят от магнитното поле и линейното движение по инерцията и ще бъдат филтрирани след сблъсък с вътрешната стена на устройство.
При комбинираната функция на кривината на огъващото магнитно поле и градиентния дрейф и йонно-електронните сблъсъци, плазмата може да се отклони в устройството за магнитна филтрация.Общите теоретични модели, използвани днес, са моделът на потока на Морозов и моделът на твърдия ротор на Дейвидсън, които имат следната обща характеристика: има магнитно поле, което кара електроните да се движат по строго спирален начин.
Силата на магнитното поле, направляващо аксиалното движение на плазмата в устройството за магнитна филтрация, трябва да бъде такава, че:
Mi, Vo и Z са съответно масата на йона, транспортната скорост и броя на пренесените заряди.a е вътрешният диаметър на магнитния филтър, а e е зарядът на електрона.
Трябва да се отбележи, че някои йони с по-висока енергия не могат да бъдат напълно свързани от електронния лъч.Те могат да достигнат до вътрешната стена на магнитния филтър, превръщайки вътрешната стена в положителен потенциал, което от своя страна възпрепятства йоните да продължат да достигат до вътрешната стена и намалява загубата на плазма.
Съгласно това явление, към стената на магнитното филтърно устройство може да се приложи подходящо положително отклонение, за да се попречи на сблъсъка на йони, за да се подобри ефективността на транспортиране на целевите йони.
Класификация на устройствата за магнитна филтрация
(1) Линейна структура.Магнитното поле действа като водач за потока на йонния лъч, като намалява размера на катодното петно и дела на макроскопичните клъстери от частици, като същевременно засилва сблъсъците в плазмата, подтиквайки превръщането на неутралните частици в йони и намалявайки броя на макроскопичните частици. клъстери от частици и бързо намаляване на броя на големите частици с увеличаване на силата на магнитното поле.В сравнение с конвенционалния метод за многодъгово йонно покритие, това структурирано устройство преодолява значителното намаляване на ефективността, причинено от други методи, и може да осигури по същество постоянна скорост на отлагане на филм, като същевременно намалява броя на големите частици с около 60%.
(2) Структура тип крива.Въпреки че структурата има различни форми, но основният принцип е един и същ.Плазмата се движи под комбинираната функция на магнитно поле и електрическо поле, а магнитното поле се използва за ограничаване и контрол на плазмата, без да отклонява движението по посоката на магнитните силови линии.А незаредените частици ще се движат по линейната и ще се разделят.Филмите, приготвени от това структурно устройство, имат висока твърдост, ниска грапавост на повърхността, добра плътност, еднакъв размер на зърното и силна адхезия към основата на филма.XPS анализът показва, че повърхностната твърдост на ta-C филми, покрити с този тип устройство, може да достигне 56 GPa, като по този начин устройството с извита структура е най-широко използваният и ефективен метод за отстраняване на големи частици, но целевата ефективност на транспортиране на йони трябва да бъде допълнително подобрени.Устройството за магнитна филтрация на 90° е едно от най-широко използваните устройства с извита структура.Експериментите върху повърхностния профил на Ta-C филми показват, че повърхностният профил на устройството за магнитно филтриране с 360° завой не се променя много в сравнение с устройството за магнитно филтриране с 90° завой, така че ефектът от 90° завой за магнитно филтриране за големи частици може да бъде основно постигнати.Устройството за магнитна филтрация с огъване на 90° има главно два вида структури: единият е огъващ соленоид, поставен във вакуумната камера, а другият е поставен извън вакуумната камера и разликата между тях е само в структурата.Работното налягане на устройството за магнитна филтрация с 90° завой е от порядъка на 10-2Pa и може да се използва в широк спектър от приложения, като нитридно покритие, оксид, аморфен въглерод, полупроводников филм и метален или неметален филм .
Ефективността на устройството за магнитна филтрация
Тъй като не всички големи частици могат да загубят кинетична енергия при продължителни сблъсъци със стената, определен брой големи частици ще достигнат субстрата през изхода на тръбата.Следователно дългото и тясно устройство за магнитно филтриране има по-висока ефективност на филтриране на големи частици, но в този момент ще увеличи загубата на целеви йони и в същото време ще увеличи сложността на структурата.Следователно, гарантирането, че устройството за магнитно филтриране има отлично отстраняване на големи частици и висока ефективност на транспортиране на йони, е необходима предпоставка за технологията за многодъгово йонно покритие, за да има широка перспектива за приложение при отлагане на високоефективни тънки филми.Работата на устройството за магнитна филтрация се влияе от силата на магнитното поле, отклонението на огъване, отвора на механичната преграда, тока на източника на дъгата и ъгъла на падане на заредените частици.Чрез задаване на разумни параметри на устройството за магнитно филтриране, ефектът на филтриране на големи частици и ефективността на йонния трансфер на целта могат да бъдат ефективно подобрени.
Време на публикуване: 8 ноември 2022 г