चुंबकीय निस्पंदन प्रौद्योगिकी

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का मूल सिद्धांत
प्लाज्मा बीम में बड़े कणों के लिए चुंबकीय फ़िल्टरिंग उपकरण की फ़िल्टरिंग प्रक्रिया इस प्रकार है:
प्लाज्मा और बड़े कणों के आवेश और आवेश-से-द्रव्यमान अनुपात में अंतर का उपयोग करते हुए, सब्सट्रेट और कैथोड सतह के बीच एक "बाधा" (या तो एक बैफल या एक घुमावदार ट्यूब की दीवार) रखी जाती है, जो कैथोड और सब्सट्रेट के बीच सीधी रेखा में चलने वाले किसी भी कण को ​​रोकती है, जबकि आयन चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित होकर "बाधा" से गुजर कर सब्सट्रेट तक पहुंच सकते हैं।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का कार्य सिद्धांत

चुंबकीय क्षेत्र में, Pe<

Pe और Pi क्रमशः इलेक्ट्रॉनों और आयनों की लार्मर त्रिज्याएँ हैं, और a चुंबकीय फिल्टर का आंतरिक व्यास है। प्लाज्मा में इलेक्ट्रॉन लोरेंत्ज़ बल से प्रभावित होते हैं और चुंबकीय क्षेत्र के अनुदिश अक्षीय रूप से घूमते हैं, जबकि आयनों और इलेक्ट्रॉनों की लार्मर त्रिज्या में अंतर के कारण चुंबकीय क्षेत्र का आयनों के समूहीकरण पर कम प्रभाव पड़ता है। हालांकि, जब इलेक्ट्रॉन चुंबकीय फिल्टर उपकरण के अक्ष के अनुदिश गति करते हैं, तो वे अपने फोकस और प्रबल ऋणात्मक विद्युत क्षेत्र के कारण आयनों को अक्षीय रूप से घूर्णी गति के लिए आकर्षित करते हैं, और इलेक्ट्रॉन की गति आयन की गति से अधिक होती है, इसलिए इलेक्ट्रॉन लगातार आयन को आगे की ओर खींचते हैं, जबकि प्लाज्मा लगभग विद्युत रूप से उदासीन रहता है। बड़े कण विद्युत रूप से उदासीन या थोड़े ऋणात्मक आवेशित होते हैं, और इनका घनत्व आयनों और इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक होता है, ये मूलतः चुंबकीय क्षेत्र से अप्रभावित होते हैं और जड़त्व के अनुदिश रैखिक गति करते हैं, और उपकरण की भीतरी दीवार से टकराने के बाद फिल्टर हो जाते हैं।
चुंबकीय क्षेत्र के झुकाव, प्रवणता बहाव और आयन-इलेक्ट्रॉन टकराव के संयुक्त प्रभाव के कारण, चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में प्लाज्मा को विक्षेपित किया जा सकता है। आज उपयोग किए जाने वाले सामान्य सैद्धांतिक मॉडल मोरोज़ोव फ्लक्स मॉडल और डेविडसन रिजिड रोटर मॉडल हैं, जिनमें निम्नलिखित सामान्य विशेषता है: एक चुंबकीय क्षेत्र होता है जो इलेक्ट्रॉनों को एक निश्चित सर्पिल तरीके से गतिमान करता है।
चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में प्लाज्मा की अक्षीय गति को निर्देशित करने वाले चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति ऐसी होनी चाहिए कि:

Mi, Vo और Z क्रमशः आयन द्रव्यमान, परिवहन वेग और ले जाए गए आवेशों की संख्या हैं। a चुंबकीय फिल्टर का आंतरिक व्यास है और e इलेक्ट्रॉन आवेश है।
यह ध्यान देने योग्य है कि कुछ उच्च ऊर्जा वाले आयन इलेक्ट्रॉन किरण द्वारा पूरी तरह से बंधित नहीं हो सकते। वे चुंबकीय फिल्टर की भीतरी दीवार तक पहुँच सकते हैं, जिससे भीतरी दीवार धनात्मक विभव पर आ जाती है, जो बदले में आयनों को भीतरी दीवार तक पहुँचने से रोकती है और प्लाज्मा की हानि को कम करती है।
इस घटना के अनुसार, लक्ष्य आयन परिवहन दक्षता में सुधार करने के लिए आयनों के टकराव को रोकने के लिए चुंबकीय फिल्टर उपकरण की दीवार पर एक उपयुक्त सकारात्मक पूर्वाग्रह दबाव लागू किया जा सकता है।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का वर्गीकरण
(1) रेखीय संरचना। चुंबकीय क्षेत्र आयन बीम प्रवाह के लिए एक मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, जिससे कैथोड स्पॉट का आकार और स्थूल कण समूहों का अनुपात कम हो जाता है, जबकि प्लाज्मा के भीतर टकराव तीव्र हो जाता है, जिससे उदासीन कण आयनों में परिवर्तित हो जाते हैं और स्थूल कण समूहों की संख्या कम हो जाती है, और चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता बढ़ने के साथ बड़े कणों की संख्या तेजी से कम हो जाती है। पारंपरिक मल्टी-आर्क आयन कोटिंग विधि की तुलना में, यह संरचित उपकरण अन्य विधियों के कारण दक्षता में होने वाली महत्वपूर्ण कमी को दूर करता है और लगभग 60% तक बड़े कणों की संख्या को कम करते हुए फिल्म जमाव दर को लगभग स्थिर बनाए रख सकता है।
(2) वक्र-प्रकार संरचना। यद्यपि संरचना के कई रूप होते हैं, लेकिन मूल सिद्धांत समान है। प्लाज्मा चुंबकीय क्षेत्र और विद्युत क्षेत्र के संयुक्त प्रभाव से गति करता 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। अनावेशित कण रैखिक रूप से गति करते हैं और पृथक हो जाते हैं। इस संरचनात्मक उपकरण द्वारा तैयार की गई फिल्मों में उच्च कठोरता, कम सतह खुरदरापन, अच्छा घनत्व, एकसमान कण आकार और मजबूत फिल्म आधार आसंजन होता है। XPS विश्लेषण से पता चलता है कि इस प्रकार के उपकरण से लेपित ta-C फिल्मों की सतह कठोरता 56 GPa तक पहुँच सकती है, इस प्रकार वक्र संरचना उपकरण बड़े कणों को हटाने के लिए सबसे व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली और प्रभावी विधि है, लेकिन लक्ष्य आयन परिवहन दक्षता में और सुधार की आवश्यकता है। 90° बेंड चुंबकीय निस्पंदन उपकरण सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले वक्र संरचना उपकरणों में से एक है। Ta-C फिल्मों की सतह प्रोफाइल पर किए गए प्रयोगों से पता चलता है कि 360° बेंड मैग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिवाइस की सतह प्रोफाइल 90° बेंड मैग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिवाइस की तुलना में बहुत अधिक नहीं बदलती है, इसलिए बड़े कणों के लिए 90° बेंड मैग्नेटिक फिल्ट्रेशन का प्रभाव मूल रूप से प्राप्त किया जा सकता है। 90° बेंड मैग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिवाइस मुख्य रूप से दो प्रकार की संरचनाओं में उपलब्ध है: एक वैक्यूम चैंबर में रखा बेंड सोलेनोइड है, और दूसरा वैक्यूम चैंबर के बाहर रखा गया है, और इन दोनों में अंतर केवल संरचना में है। 90° बेंड मैग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिवाइस का कार्यकारी दबाव लगभग 10⁻² Pa है, और इसका उपयोग नाइट्राइड, ऑक्साइड, अनाकार कार्बन, अर्धचालक फिल्म और धातु या अधात्विक फिल्म की कोटिंग जैसे अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में किया जा सकता है।

चुंबकीय निस्पंदन उपकरण की दक्षता
चूंकि सभी बड़े कण दीवार से लगातार टकराने पर गतिज ऊर्जा नहीं खोते, इसलिए कुछ बड़े कण पाइप के निकास द्वार से होकर सब्सट्रेट तक पहुंच जाते हैं। अतः, एक लंबे और संकरे चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में बड़े कणों की निस्पंदन क्षमता अधिक होती है, लेकिन इससे लक्ष्य आयनों की हानि बढ़ जाती है और साथ ही संरचना की जटिलता भी बढ़ जाती है। इसलिए, उच्च प्रदर्शन वाली पतली फिल्मों के निक्षेपण में बहु-चाप आयन कोटिंग तकनीक के व्यापक अनुप्रयोग की संभावना के लिए, चुंबकीय निस्पंदन उपकरण में उत्कृष्ट बड़े कण निष्कासन और उच्च आयन परिवहन क्षमता सुनिश्चित करना एक आवश्यक शर्त है। चुंबकीय निस्पंदन उपकरण का संचालन चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति, झुकाव, यांत्रिक अवरोधक छिद्र, चाप स्रोत धारा और आवेशित कण आपतन कोण से प्रभावित होता है। चुंबकीय निस्पंदन उपकरण के उचित मापदंडों को निर्धारित करके, बड़े कणों के निस्पंदन प्रभाव और लक्ष्य आयनों की स्थानांतरण क्षमता को प्रभावी ढंग से सुधारा जा सकता है।