চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ প্রযুক্তি

চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রের মৌলিক তত্ত্ব
প্লাজমা বিমে থাকা বড় কণাগুলোর জন্য চৌম্বকীয় ফিল্টারিং ডিভাইসের পরিস্রাবণ প্রক্রিয়াটি নিম্নরূপ:
প্লাজমা এবং বৃহৎ কণার চার্জ ও চার্জ-ভর অনুপাতের পার্থক্যকে কাজে লাগিয়ে, সাবস্ট্রেট এবং ক্যাথোড পৃষ্ঠের মধ্যে একটি “বাধা” (হয় একটি ব্যাফল অথবা একটি বাঁকা নলের দেয়াল) স্থাপন করা হয়, যা ক্যাথোড এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে সরলরেখায় চলাচলকারী যেকোনো কণাকে আটকে দেয়, অপরদিকে আয়নগুলো চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা বিচ্যুত হয়ে “বাধা” ভেদ করে সাবস্ট্রেটে চলে যেতে পারে।

চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রের কার্যপ্রণালী

চৌম্বক ক্ষেত্রে, Pe<

Pe এবং Pi হলো যথাক্রমে ইলেকট্রন এবং আয়নের লারমোর ব্যাসার্ধ, এবং a হলো চৌম্বকীয় ফিল্টারের ভেতরের ব্যাস। প্লাজমার ইলেকট্রনগুলো লরেন্টজ বল দ্বারা প্রভাবিত হয় এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের অক্ষ বরাবর ঘোরে, অন্যদিকে আয়ন ও ইলেকট্রনের লারমোর ব্যাসার্ধের পার্থক্যের কারণে আয়নগুলোর গুচ্ছবদ্ধতার উপর চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রভাব কম থাকে। তবে, যখন ইলেকট্রন চৌম্বকীয় ফিল্টার যন্ত্রের অক্ষ বরাবর চলাচল করে, তখন এর ফোকাস এবং শক্তিশালী ঋণাত্মক তড়িৎ ক্ষেত্রের কারণে এটি ঘূর্ণন গতির জন্য অক্ষ বরাবর আয়নগুলোকে আকর্ষণ করে, এবং ইলেকট্রনের গতি আয়নের চেয়ে বেশি হওয়ায় ইলেকট্রন ক্রমাগত আয়নকে সামনের দিকে টানে, অন্যদিকে প্লাজমা সর্বদা প্রায়-বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ থাকে। বড় কণাগুলো বৈদ্যুতিকভাবে নিরপেক্ষ বা সামান্য ঋণাত্মক চার্জযুক্ত, এবং এদের আকার আয়ন ও ইলেকট্রনের চেয়ে অনেক বড়, মূলত চৌম্বক ক্ষেত্র দ্বারা প্রভাবিত হয় না এবং জড়তার কারণে রৈখিক গতিতে চলে, এবং যন্ত্রের ভেতরের দেয়ালের সাথে সংঘর্ষের পর ফিল্টার হয়ে যায়।
চৌম্বক ক্ষেত্রের বক্রতা, গ্রেডিয়েন্ট ড্রিফট এবং আয়ন-ইলেকট্রন সংঘর্ষের সম্মিলিত ক্রিয়ার অধীনে, চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রে প্লাজমা বিচ্যুত হতে পারে। বর্তমানে ব্যবহৃত সাধারণ তাত্ত্বিক মডেলগুলো হলো মোরোজভ ফ্লাক্স মডেল এবং ডেভিডসন রিজিড রোটর মডেল, যেগুলোর একটি সাধারণ বৈশিষ্ট্য হলো: একটি চৌম্বক ক্ষেত্র থাকে যা ইলেকট্রনগুলোকে কঠোরভাবে সর্পিল পথে চলতে বাধ্য করে।
চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রে প্লাজমার অক্ষীয় গতি নিয়ন্ত্রণকারী চৌম্বক ক্ষেত্রের প্রাবল্য এমন হওয়া উচিত যে:

Mi, Vo, এবং Z হলো যথাক্রমে আয়নের ভর, পরিবহন বেগ এবং বাহিত আধানের সংখ্যা। a হলো চৌম্বকীয় ফিল্টারের অভ্যন্তরীণ ব্যাস এবং e হলো ইলেকট্রনের আধান।
উল্লেখ্য যে, কিছু উচ্চ শক্তির আয়ন ইলেকট্রন রশ্মি দ্বারা সম্পূর্ণরূপে আবদ্ধ হতে পারে না। সেগুলো ম্যাগনেটিক ফিল্টারের ভেতরের দেয়ালে পৌঁছাতে পারে, যার ফলে ভেতরের দেয়ালটি একটি ধনাত্মক বিভবে পরিণত হয়। এটি আবার আয়নগুলোকে ভেতরের দেয়ালে পৌঁছানো থেকে বাধা দেয় এবং প্লাজমার ক্ষয় হ্রাস করে।
এই ঘটনা অনুসারে, আয়নের সংঘর্ষ রোধ করে লক্ষ্য আয়নের পরিবহন দক্ষতা উন্নত করার জন্য চৌম্বকীয় ফিল্টার ডিভাইসের দেওয়ালে একটি উপযুক্ত ধনাত্মক বায়াস চাপ প্রয়োগ করা যেতে পারে।

চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রের শ্রেণিবিন্যাস
(1) রৈখিক কাঠামো। চৌম্বক ক্ষেত্র আয়ন রশ্মি প্রবাহের জন্য একটি নির্দেশক হিসাবে কাজ করে, ক্যাথোড স্পটের আকার এবং ম্যাক্রোস্কোপিক কণা গুচ্ছের অনুপাত হ্রাস করে, একই সাথে প্লাজমার মধ্যে সংঘর্ষ তীব্র করে, নিরপেক্ষ কণাগুলিকে আয়নে রূপান্তরিত হতে উৎসাহিত করে এবং ম্যাক্রোস্কোপিক কণা গুচ্ছের সংখ্যা হ্রাস করে, এবং চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি বৃদ্ধির সাথে সাথে বড় কণার সংখ্যা দ্রুত হ্রাস করে। প্রচলিত মাল্টি-আর্ক আয়ন লেপ পদ্ধতির তুলনায়, এই কাঠামোগত ডিভাইসটি অন্যান্য পদ্ধতির কারণে সৃষ্ট দক্ষতার উল্লেখযোগ্য হ্রাসকে অতিক্রম করে এবং প্রায় 60% বড় কণার সংখ্যা হ্রাস করার সাথে সাথে মূলত ধ্রুবক ফিল্ম জমার হার নিশ্চিত করতে পারে।
(2) বক্র-আকৃতির কাঠামো। যদিও এই কাঠামোর বিভিন্ন রূপ রয়েছে, তবে মূল নীতি একই। প্লাজমা চৌম্বক ক্ষেত্র এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের সম্মিলিত ক্রিয়ার অধীনে চলাচল করে, এবং চৌম্বক ক্ষেত্রটি চৌম্বকীয় বলরেখার দিক বরাবর গতিপথের কোনো বিচ্যুতি ছাড়াই প্লাজমাকে আবদ্ধ ও নিয়ন্ত্রণ করতে ব্যবহৃত হয়। এবং আধানবিহীন কণাগুলো রৈখিক পথে চলাচল করে এবং পৃথক হয়ে যায়। এই কাঠামোগত ডিভাইস দ্বারা প্রস্তুত ফিল্মগুলোর উচ্চ কাঠিন্য, কম পৃষ্ঠতল অমসৃণতা, ভালো ঘনত্ব, সুষম দানার আকার এবং শক্তিশালী ফিল্ম-ভিত্তিক আনুগত্য থাকে। XPS বিশ্লেষণ দেখায় যে এই ধরণের ডিভাইস দিয়ে প্রলেপযুক্ত ta-C ফিল্মের পৃষ্ঠের কাঠিন্য 56 GPa পর্যন্ত পৌঁছাতে পারে, সুতরাং বক্র কাঠামোর ডিভাইসটি বড় কণা অপসারণের জন্য সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত এবং কার্যকর পদ্ধতি, তবে লক্ষ্য আয়ন পরিবহন দক্ষতা আরও উন্নত করা প্রয়োজন। 90° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ ডিভাইস সবচেয়ে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত বক্র কাঠামোর ডিভাইসগুলোর মধ্যে একটি। Ta-C ফিল্মের পৃষ্ঠতলের প্রোফাইলের উপর পরীক্ষা থেকে দেখা যায় যে, 360° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ ডিভাইসের পৃষ্ঠতলের প্রোফাইল 90° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ ডিভাইসের তুলনায় খুব বেশি পরিবর্তিত হয় না, তাই বড় কণার জন্য 90° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণের কার্যকারিতা মূলত অর্জন করা যায়। 90° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ ডিভাইসের প্রধানত দুই ধরনের কাঠামো রয়েছে: একটি হলো ভ্যাকুয়াম চেম্বারের ভিতরে রাখা একটি বাঁকানো সলিনয়েড, এবং অন্যটি ভ্যাকুয়াম চেম্বারের বাইরে রাখা, এবং এদের মধ্যে পার্থক্য শুধুমাত্র কাঠামোগত। 90° বাঁকানো চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ ডিভাইসের কার্যকরী চাপ 10⁻²Pa ক্রমের, এবং এটি নাইট্রাইড, অক্সাইড, অ্যামরফাস কার্বন, সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ম এবং ধাতু বা অধাতু ফিল্মের আবরণের মতো বিস্তৃত পরিসরের প্রয়োগে ব্যবহার করা যেতে পারে।

চৌম্বকীয় পরিস্রাবণ যন্ত্রের কার্যকারিতা
যেহেতু দেয়ালের সাথে ক্রমাগত সংঘর্ষে সব বড় কণা তাদের গতিশক্তি হারাতে পারে না, তাই একটি নির্দিষ্ট সংখ্যক বড় কণা পাইপের আউটলেট দিয়ে সাবস্ট্রেটে পৌঁছাবে। অতএব, একটি দীর্ঘ এবং সরু ম্যাগনেটিক ফিল্টারেশন ডিভাইসের বড় কণা পরিস্রাবণের দক্ষতা বেশি, কিন্তু একই সাথে এটি টার্গেট আয়নের ক্ষতি বাড়িয়ে দেবে এবং কাঠামোর জটিলতাও বৃদ্ধি করবে। সুতরাং, উচ্চ কার্যক্ষমতাসম্পন্ন পাতলা ফিল্ম জমা করার ক্ষেত্রে মাল্টি-আর্ক আয়ন কোটিং প্রযুক্তির ব্যাপক প্রয়োগের সম্ভাবনা নিশ্চিত করার জন্য, ম্যাগনেটিক ফিল্টারেশন ডিভাইসের বড় কণা অপসারণের চমৎকার ক্ষমতা এবং আয়ন পরিবহনের উচ্চ দক্ষতা নিশ্চিত করা একটি প্রয়োজনীয় পূর্বশর্ত। ম্যাগনেটিক ফিল্টারেশন ডিভাইসের কার্যকারিতা চৌম্বক ক্ষেত্রের শক্তি, বেন্ড বায়াস, মেকানিক্যাল ব্যাফেল অ্যাপারচার, আর্ক সোর্স কারেন্ট এবং চার্জিত কণার আপতন কোণ দ্বারা প্রভাবিত হয়। ম্যাগনেটিক ফিল্টারেশন ডিভাইসের যুক্তিসঙ্গত প্যারামিটার নির্ধারণের মাধ্যমে, বড় কণার পরিস্রাবণ প্রভাব এবং টার্গেটের আয়ন স্থানান্তর দক্ষতা কার্যকরভাবে উন্নত করা যেতে পারে।