Základní teorie magnetického filtračního zařízení
Filtrační mechanismus magnetického filtračního zařízení pro velké částice v plazmovém paprsku je následující:
Pomocí rozdílu mezi plazmou a velkými částicemi v náboji a poměru náboje k hmotnosti je mezi substrátem a povrchem katody umístěna „bariéra“ (buď přepážka nebo zakřivená stěna trubice), která blokuje jakékoli částice pohybující se v přímka mezi katodou a substrátem, přičemž ionty mohou být vychylovány magnetickým polem a procházet „bariérou“ k substrátu.
Princip činnosti magnetického filtračního zařízení
V magnetickém poli je Pe<
Pe a Pi jsou Larmorovy poloměry elektronů a iontů a a je vnitřní průměr magnetického filtru.Elektrony v plazmatu jsou ovlivněny Lorentzovou silou a rotují podél magnetického pole axiálně, zatímco magnetické pole má menší vliv na shlukování iontů kvůli rozdílu mezi ionty a elektrony v Larmorově poloměru.Když se však elektron pohybuje podél osy magnetického filtračního zařízení, bude přitahovat ionty podél osy pro rotační pohyb kvůli svému ohnisku a silnému negativnímu elektrickému poli a rychlost elektronů je větší než iont, takže elektron neustále táhne iont dopředu, zatímco plazma vždy zůstává kvazielektricky neutrální.Velké částice jsou elektricky neutrální nebo mírně záporně nabité a kvalita je mnohem větší než u iontů a elektronů, v zásadě nejsou ovlivněny magnetickým polem a lineárním pohybem podél setrvačnosti a po srážce s vnitřní stěnou budou odfiltrovány. přístroj.
Při kombinované funkci zakřivení ohybového magnetického pole a gradientního driftu a iontových kolizí elektronů může být plazma vychylováno v magnetickém filtračním zařízení.Běžnými teoretickými modely, které se dnes používají, jsou Morozovův model toku a Davidsonův model tuhého rotoru, které mají následující společný rys: existuje magnetické pole, které způsobuje, že se elektrony pohybují přísně šroubovicovým způsobem.
Síla magnetického pole vedoucího axiální pohyb plazmatu v magnetickém filtračním zařízení by měla být taková, aby:
Mi, Vo a Z jsou hmotnost iontu, transportní rychlost a počet nesených nábojů.a je vnitřní průměr magnetického filtru a e je náboj elektronu.
Je třeba poznamenat, že některé ionty s vyšší energií nemohou být elektronovým paprskem plně vázány.Mohou dosáhnout vnitřní stěny magnetického filtru, čímž se vnitřní stěna dostane na kladný potenciál, což zase brání iontům v dalším dosahování vnitřní stěny a snižuje ztrátu plazmy.
Podle tohoto jevu může být na stěnu magnetického filtračního zařízení aplikován vhodný kladný předpětí, aby se zabránilo srážce iontů, aby se zlepšila účinnost transportu cílových iontů.
Klasifikace magnetického filtračního zařízení
(1)Lineární struktura.Magnetické pole působí jako vodítko pro tok iontového paprsku, zmenšuje velikost katodové skvrny a podíl shluků makroskopických částic, přičemž zesiluje srážky v plazmatu, podněcuje přeměnu neutrálních částic na ionty a snižuje počet makroskopických částic. shluky částic a rychlé snížení počtu velkých částic s rostoucí silou magnetického pole.Ve srovnání s konvenční metodou iontového potahování s více oblouky překonává toto strukturované zařízení významné snížení účinnosti způsobené jinými metodami a může zajistit v podstatě konstantní rychlost nanášení filmu při současném snížení počtu velkých částic o přibližně 60 %.
(2) Struktura křivkového typu.Struktura má sice různé podoby, ale základní princip je stejný.Plazma se pohybuje pod kombinovanou funkcí magnetického pole a elektrického pole a magnetické pole se používá k omezení a ovládání plazmatu bez vychylování pohybu ve směru magnetických siločar.A nenabité částice se budou pohybovat podél lineárního úseku a budou odděleny.Fólie připravené tímto konstrukčním zařízením mají vysokou tvrdost, nízkou drsnost povrchu, dobrou hustotu, rovnoměrnou velikost zrna a silnou adhezi k podkladu filmu.Analýza XPS ukazuje, že povrchová tvrdost ta-C filmů potažených tímto typem zařízení může dosáhnout 56 GPa, takže zařízení se zakřivenou strukturou je nejrozšířenější a nejúčinnější metodou pro odstraňování velkých částic, ale cílová účinnost transportu iontů musí být dále vylepšena.Zařízení magnetické filtrace ohybem 90° je jedním z nejpoužívanějších zařízení se zakřivenou strukturou.Experimenty na povrchovém profilu Ta-C filmů ukazují, že povrchový profil 360° ohybového magnetického filtračního zařízení se příliš nemění ve srovnání s 90° ohybovým magnetickým filtračním zařízením, takže účinek 90° ohybové magnetické filtrace pro velké částice může být v zásadě dosaženo.Zařízení pro 90° ohybovou magnetickou filtraci má především dva typy struktur: jedna je ohybový solenoid umístěný ve vakuové komoře a druhý je umístěn mimo vakuovou komoru a rozdíl mezi nimi je pouze v konstrukci.Pracovní tlak 90° ohybového magnetického filtračního zařízení je v řádu 10-2Pa a lze jej použít v široké škále aplikací, jako je povlakování nitridu, oxidu, amorfního uhlíku, polovodičového filmu a kovového nebo nekovového filmu .
Účinnost magnetického filtračního zařízení
Protože ne všechny velké částice mohou ztratit kinetickou energii při nepřetržitých kolizích se stěnou, určitý počet velkých částic se dostane k substrátu přes výstup potrubí.Dlouhé a úzké magnetické filtrační zařízení má proto vyšší účinnost filtrace velkých částic, ale v této době zvýší ztrátu cílových iontů a zároveň zvýší složitost struktury.Proto zajištění toho, aby magnetické filtrační zařízení mělo vynikající odstraňování velkých částic a vysokou účinnost transportu iontů, je nezbytným předpokladem pro technologii multi-obloukového iontového potahování, aby měla široké uplatnění při nanášení vysoce výkonných tenkých filmů.Činnost magnetického filtračního zařízení je ovlivněna intenzitou magnetického pole, předpětím ohybu, otvorem mechanické přepážky, proudem zdroje oblouku a úhlem dopadu nabitých částic.Nastavením rozumných parametrů magnetického filtračního zařízení lze účinně zlepšit filtrační účinek velkých částic a účinnost přenosu iontů terče.
Čas odeslání: List-08-2022