Tecnulugia di filtrazione magnetica

Teoria basica di u dispusitivu di filtrazione magnetica
U mecanismu di filtrazione di u dispusitivu di filtrazione magnetica per e grande particelle in u fasciu di plasma hè u seguente:
Usendu a diffarenza trà u plasma è e grande particelle in carica è u rapportu carica-massa, ci hè una "barriera" (sia un deflettore sia una parete di tubu curva) chì si mette trà u substratu è a superficia di u catodu, chì blocca qualsiasi particella chì si move in linea retta trà u catodu è u substratu, mentre chì l'ioni ponu esse deviati da u campu magneticu è passà per a "barriera" versu u substratu.

Principiu di funziunamentu di u dispusitivu di filtrazione magnetica

In u campu magneticu, Pe<

Pe è Pi sò i raggi di Larmor di l'elettroni è di l'ioni rispettivamente, è a hè u diametru internu di u filtru magneticu. L'elettroni in u plasma sò affettati da a forza di Lorentz è giranu longu u campu magneticu assialmente, mentre chì u campu magneticu hà menu effettu nantu à l'agglomerazione di l'ioni per via di a differenza trà l'ioni è l'elettroni in u raghju di Larmor. Tuttavia, quandu u muvimentu di l'elettroni longu l'asse di u dispusitivu di filtru magneticu, attirerà ioni longu l'assiale per u muvimentu rotazionale per via di u so focus è di u forte campu elettricu negativu, è a velocità di l'elettroni hè più grande di l'ione, cusì l'elettrone tira constantemente l'ione in avanti, mentre chì u plasma ferma sempre quasi-elettricamente neutru. E grande particelle sò elettricamente neutre o ligeramente caricate negativamente, è a qualità hè assai più grande di l'ioni è di l'elettroni, basicamente micca affettati da u campu magneticu è da u muvimentu lineare longu l'inerzia, è saranu filtrati dopu a collisione cù u muru internu di u dispusitivu.
Sutta a funzione cumminata di a curvatura di u campu magneticu di flessione è di a deriva di u gradiente è di e collisioni ione-elettrone, u plasma pò esse deviatu in u dispusitivu di filtrazione magnetica. I mudelli teorichi cumuni utilizati oghje sò u mudellu di flussu di Morozov è u mudellu di rotore rigidu di Davidson, chì anu a seguente caratteristica cumuna: ci hè un campu magneticu chì face chì l'elettroni si movenu in modu strettamente elicoidale.
A forza di u campu magneticu chì guida u muvimentu assiale di u plasma in u dispusitivu di filtrazione magnetica deve esse tale chì:

Mi, Vo è Z sò rispettivamente a massa ionica, a velocità di trasportu è u numeru di cariche purtate. a hè u diametru internu di u filtru magneticu è e hè a carica di l'elettrone.
Ci vole à nutà chì certi ioni di più alta energia ùn ponu esse cumpletamente ligati da u fasciu d'elettroni. Puderanu ghjunghje à u muru internu di u filtru magneticu, rendendu u muru internu à un putenziale pusitivu, chì à u so tornu impedisce à l'ioni di cuntinuà à ghjunghje à u muru internu è riduce a perdita di plasma.
Sicondu stu fenomenu, una pressione di polarizazione pusitiva adatta pò esse applicata à u muru di u dispusitivu di filtru magneticu per impedisce a collisione di ioni per migliurà l'efficienza di u trasportu di ioni di destinazione.

Classificazione di u dispusitivu di filtrazione magnetica
(1) Struttura lineare. U campu magneticu agisce cum'è una guida per u flussu di u fasciu di ioni, riducendu a dimensione di u puntu catodicu è a proporzione di gruppi di particelle macroscopiche, mentre intensifica e collisioni in u plasma, pruvucendu a cunversione di particelle neutre in ioni è riducendu u numeru di gruppi di particelle macroscopiche, è riducendu rapidamente u numeru di particelle grandi mentre a forza di u campu magneticu aumenta. In paragone cù u metudu di rivestimentu ionicu multi-arcu cunvinziunale, questu dispositivu strutturatu supera a riduzione significativa di l'efficienza causata da altri metudi è pò assicurà una velocità di deposizione di film essenzialmente costante mentre riduce u numeru di particelle grandi di circa u 60%.
(2) Struttura di tipu curva. Ancu s'è a struttura hà diverse forme, u principiu basicu hè u listessu. U plasma si move sottu à a funzione cumminata di u campu magneticu è di u campu elettricu, è u campu magneticu hè adupratu per cunfinà è cuntrullà u plasma senza devià u muvimentu longu a direzzione di e linee di forza magnetica. È e particelle senza carica si moveranu longu a lineare è saranu separate. I filmi preparati da questu dispositivu strutturale anu una durezza elevata, una bassa rugosità superficiale, una bona densità, una dimensione uniforme di i grani è una forte adesione di a basa di u film. L'analisi XPS mostra chì a durezza superficiale di i filmi ta-C rivestiti cù questu tipu di dispositivu pò ghjunghje à 56 GPa, dunque u dispositivu di struttura curva hè u metudu più largamente adupratu è efficace per a rimozione di particelle grandi, ma l'efficienza di u trasportu di ioni di u bersagliu deve esse ulteriormente migliorata. U dispositivu di filtrazione magnetica curva à 90° hè unu di i dispositivi di struttura curva più largamente aduprati. L'esperimenti nantu à u prufilu superficiale di i filmi Ta-C mostranu chì u prufilu superficiale di u dispositivu di filtrazione magnetica curva à 360° ùn cambia micca assai paragunatu à u dispositivu di filtrazione magnetica curva à 90°, dunque l'effettu di a filtrazione magnetica curva à 90° per e particelle grandi pò esse basicamente ottenutu. L'apparecchiu di filtrazione magnetica à curvatura di 90° hà principalmente dui tipi di strutture: unu hè un solenoide curvatu piazzatu in a camera di vuoto, è l'altru hè piazzatu fora di a camera di vuoto, è a differenza trà elli hè solu in a struttura. A pressione di travagliu di l'apparecchiu di filtrazione magnetica à curvatura di 90° hè di l'ordine di 10-2Pa, è pò esse adupratu in una vasta gamma di applicazioni, cum'è u rivestimentu di nitruri, ossidi, carbone amorfu, film semiconduttori è film metallichi o non metallichi.

L'efficienza di u dispusitivu di filtrazione magnetica
Siccomu micca tutte e particelle grande ponu perde energia cinetica in collisioni continue cù u muru, un certu numeru di particelle grande ghjunghjenu à u sustratu attraversu l'uscita di u tubu. Dunque, un dispositivu di filtrazione magnetica longu è strettu hà una efficienza di filtrazione più alta di particelle grande, ma in questu mumentu aumenterà a perdita di ioni di u bersagliu è à u listessu tempu aumenterà a cumplessità di a struttura. Dunque, assicurà chì u dispositivu di filtrazione magnetica abbia una eccellente rimozione di particelle grande è una alta efficienza di trasportu di ioni hè un prerequisitu necessariu per chì a tecnulugia di rivestimentu ionicu multi-arcu abbia una larga prospettiva di applicazione in u depositu di film sottili ad alte prestazioni. U funziunamentu di u dispositivu di filtrazione magnetica hè influenzatu da a forza di u campu magneticu, a polarizazione di curvatura, l'apertura meccanica di u deflettore, a corrente di a fonte di l'arcu è l'angulu d'incidenza di e particelle cariche. Stabiliscendu parametri ragionevuli di u dispositivu di filtrazione magnetica, l'effettu di filtrazione di e particelle grande è l'efficienza di trasferimentu di ioni di u bersagliu ponu esse migliorati efficacemente.