चुंबकीय निस्पंदन प्रौद्योगिकी

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का मूल सिद्धांत
प्लाज्मा बीम में बड़े कणों के लिए चुंबकीय फ़िल्टरिंग उपकरण का फ़िल्टरिंग तंत्र इस प्रकार है:
आवेश और आवेश-से-द्रव्यमान अनुपात में प्लाज्मा और बड़े कणों के बीच अंतर का उपयोग करते हुए, सब्सट्रेट और कैथोड सतह के बीच एक "बाधा" (या तो एक बाधक या एक घुमावदार ट्यूब की दीवार) रखी जाती है, जो कैथोड और सब्सट्रेट के बीच एक सीधी रेखा में चलने वाले किसी भी कण को ​​​​अवरुद्ध करती है, जबकि आयनों को चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित किया जा सकता है और वे सब्सट्रेट में "बाधा" से गुजर सकते हैं।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का कार्य सिद्धांत

चुंबकीय क्षेत्र में, Pe<

Pe और Pi क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और आयनों की लार्मोर त्रिज्याएँ हैं, और a चुंबकीय फ़िल्टर का आंतरिक व्यास है। प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन लोरेंट्ज़ बल से प्रभावित होते हैं और चुंबकीय क्षेत्र के साथ अक्षीय रूप से घूमते हैं, जबकि लार्मोर त्रिज्या में आयनों और इलेक्ट्रॉनों के बीच अंतर के कारण चुंबकीय क्षेत्र का आयनों के समूहन पर कम प्रभाव पड़ता है। हालाँकि, जब चुंबकीय फ़िल्टर डिवाइस की धुरी के साथ इलेक्ट्रॉन की गति होती है, तो यह अपने फ़ोकस और मजबूत नकारात्मक विद्युत क्षेत्र के कारण घूर्णी गति के लिए अक्षीय के साथ आयनों को आकर्षित करेगा, और इलेक्ट्रॉन की गति आयन से अधिक होती है, इसलिए इलेक्ट्रॉन लगातार आयन को आगे की ओर खींचता है, जबकि प्लाज्मा हमेशा अर्ध-विद्युत रूप से तटस्थ रहता है। बड़े कण विद्युत रूप से तटस्थ या थोड़े नकारात्मक रूप से आवेशित होते हैं, और गुणवत्ता आयनों और इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत बड़ी होती है, मूल रूप से चुंबकीय क्षेत्र और जड़ता के साथ रैखिक गति से प्रभावित नहीं होती है, और डिवाइस की आंतरिक दीवार से टकराने के बाद फ़िल्टर हो जाएगी।
झुकने वाले चुंबकीय क्षेत्र वक्रता और ढाल बहाव और आयन-इलेक्ट्रॉन टकराव के संयुक्त कार्य के तहत, प्लाज्मा को चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में विक्षेपित किया जा सकता है। आज इस्तेमाल किए जाने वाले सामान्य सैद्धांतिक मॉडल मोरोज़ोव फ्लक्स मॉडल और डेविडसन कठोर रोटर मॉडल हैं, जिनमें निम्नलिखित सामान्य विशेषता है: एक चुंबकीय क्षेत्र है जो इलेक्ट्रॉनों को सख्ती से हेलिकल तरीके से घुमाता है।
चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में प्लाज्मा की अक्षीय गति को निर्देशित करने वाले चुंबकीय क्षेत्र की ताकत ऐसी होनी चाहिए:

Mi, Vo, और Z क्रमशः आयन द्रव्यमान, परिवहन वेग, और वहन किए गए आवेशों की संख्या हैं। a चुंबकीय फिल्टर का आंतरिक व्यास है, और e इलेक्ट्रॉन आवेश है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कुछ उच्च ऊर्जा आयन इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा पूरी तरह से बंधे नहीं हो सकते हैं। वे चुंबकीय फिल्टर की आंतरिक दीवार तक पहुँच सकते हैं, जिससे आंतरिक दीवार सकारात्मक क्षमता पर आ जाती है, जो बदले में आयनों को आंतरिक दीवार तक पहुँचने से रोकती है और प्लाज्मा के नुकसान को कम करती है।
इस घटना के अनुसार, लक्ष्य आयन परिवहन दक्षता में सुधार करने के लिए आयनों की टक्कर को रोकने के लिए चुंबकीय फिल्टर डिवाइस की दीवार पर एक उपयुक्त सकारात्मक पूर्वाग्रह दबाव लागू किया जा सकता है।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का वर्गीकरण
(1) रैखिक संरचना। चुंबकीय क्षेत्र आयन बीम प्रवाह के लिए एक मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, कैथोड स्पॉट के आकार और मैक्रोस्कोपिक कण समूहों के अनुपात को कम करता है, जबकि प्लाज्मा के भीतर टकराव को तेज करता है, तटस्थ कणों को आयनों में परिवर्तित करता है और मैक्रोस्कोपिक कण समूहों की संख्या को कम करता है, और चुंबकीय क्षेत्र की ताकत बढ़ने पर बड़े कणों की संख्या को तेजी से कम करता है। पारंपरिक मल्टी-आर्क आयन कोटिंग विधि की तुलना में, यह संरचित उपकरण अन्य तरीकों के कारण दक्षता में महत्वपूर्ण कमी को दूर करता है और बड़े कणों की संख्या को लगभग 60% कम करते हुए अनिवार्य रूप से स्थिर फिल्म जमाव दर सुनिश्चित कर सकता है।
(2) वक्र-प्रकार संरचना। यद्यपि संरचना के विभिन्न रूप हैं, लेकिन मूल सिद्धांत एक ही है। प्लाज्मा चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र के संयुक्त कार्य के तहत चलता है, और चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग चुंबकीय बल रेखाओं की दिशा में गति को विक्षेपित किए बिना प्लाज्मा को सीमित और नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। और अनावेशित कण रैखिक के साथ आगे बढ़ेंगे और अलग हो जाएंगे। इस संरचनात्मक उपकरण द्वारा तैयार की गई फिल्मों में उच्च कठोरता, कम सतह खुरदरापन, अच्छा घनत्व, एक समान अनाज का आकार और मजबूत फिल्म आधार आसंजन होता है। एक्सपीएस विश्लेषण से पता चलता है कि इस प्रकार के उपकरण के साथ लेपित टीए-सी फिल्मों की सतह कठोरता 56 जीपीए तक पहुंच सकती है, इस प्रकार घुमावदार संरचना उपकरण बड़े कण हटाने के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल और प्रभावी तरीका है, लेकिन लक्ष्य आयन परिवहन दक्षता में और सुधार करने की आवश्यकता है। 90 ° मोड़ चुंबकीय निस्पंदन उपकरण सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किए जाने वाले घुमावदार संरचना उपकरणों में से एक है। टा-सी फिल्मों की सतह प्रोफ़ाइल पर प्रयोगों से पता चलता है कि 360 डिग्री मोड़ चुंबकीय निस्पंदन उपकरण की सतह प्रोफ़ाइल 90 डिग्री मोड़ चुंबकीय निस्पंदन उपकरण की तुलना में बहुत अधिक नहीं बदलती है, इसलिए बड़े कणों के लिए 90 डिग्री मोड़ चुंबकीय निस्पंदन का प्रभाव मूल रूप से प्राप्त किया जा सकता है। 90 डिग्री मोड़ चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में मुख्य रूप से दो प्रकार की संरचनाएँ होती हैं: एक वैक्यूम चैंबर में रखा गया बेंड सोलनॉइड होता है, और दूसरा वैक्यूम चैंबर से बाहर रखा जाता है, और उनके बीच का अंतर केवल संरचना में होता है। 90 डिग्री मोड़ चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का कार्य दबाव 10-2Pa के क्रम में होता है, और इसका उपयोग कई तरह के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है, जैसे कि नाइट्राइड, ऑक्साइड, अनाकार कार्बन, अर्धचालक फिल्म और धातु या गैर-धातु फिल्म को कोटिंग करना।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण की दक्षता
चूंकि सभी बड़े कण दीवार से लगातार टकराव में गतिज ऊर्जा नहीं खो सकते हैं, इसलिए एक निश्चित संख्या में बड़े कण पाइप आउटलेट के माध्यम से सब्सट्रेट तक पहुंचेंगे। इसलिए, एक लंबे और संकीर्ण चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में बड़े कणों की निस्पंदन दक्षता अधिक होती है, लेकिन इस समय यह लक्ष्य आयनों के नुकसान को बढ़ाएगा और साथ ही संरचना की जटिलता को भी बढ़ाएगा। इसलिए, यह सुनिश्चित करना कि चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में उत्कृष्ट बड़े कण निष्कासन और आयन परिवहन की उच्च दक्षता है, उच्च प्रदर्शन वाली पतली फिल्मों को जमा करने में व्यापक अनुप्रयोग संभावना रखने के लिए मल्टी-आर्क आयन कोटिंग तकनीक के लिए एक आवश्यक शर्त है। चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का संचालन चुंबकीय क्षेत्र की ताकत, मोड़ पूर्वाग्रह, यांत्रिक बाधक एपर्चर, चाप स्रोत वर्तमान और आवेशित कण घटना कोण से प्रभावित होता है। चुंबकीय निस्पंदन उपकरण के उचित मापदंडों को निर्धारित करके, बड़े कणों के फ़िल्टरिंग प्रभाव और लक्ष्य के आयन हस्तांतरण दक्षता को प्रभावी ढंग से सुधारा जा सकता है।