Tehnologija magnetske filtracije

Osnovna teorija uređaja za magnetsku filtraciju
Mehanizam za filtriranje uređaja za magnetsko filtriranje velikih čestica u snopu plazme je sljedeći:
Koristeći razliku između plazme i velikih čestica u naboju i omjeru naboja i mase, postoji "barijera" (bilo pregrada ili zakrivljena stijenka cijevi) postavljena između podloge i površine katode, koja blokira sve čestice koje se kreću u ravna linija između katode i supstrata, dok ioni mogu biti otklonjeni magnetskim poljem i proći kroz “barijeru” do supstrata.

Princip rada uređaja za magnetsku filtraciju

U magnetskom polju Pe<

Pe i Pi su Larmorovi polumjeri elektrona odnosno iona, a a je unutarnji promjer magnetskog filtra.Na elektrone u plazmi djeluje Lorentzova sila i vrte se uzduž magnetskog polja aksijalno, dok magnetsko polje ima manji učinak na grupiranje iona zbog razlike između iona i elektrona u Larmorovom radijusu.Međutim, kada se elektron kreće duž osi uređaja za magnetski filtar, on će privući ione duž osi za rotacijsko gibanje zbog svog fokusa i jakog negativnog električnog polja, a brzina elektrona je veća od brzine iona, tako da elektron neprestano vuku ion naprijed, dok plazma uvijek ostaje kvazielektrično neutralna.Velike čestice su električki neutralne ili blago negativno nabijene, a kvaliteta je puno veća od iona i elektrona, u osnovi na njih ne utječu magnetsko polje i linearno gibanje po inerciji, te će se filtrirati nakon sudara s unutarnjom stijenkom uređaj.
Pod kombiniranom funkcijom zakrivljenosti magnetskog polja savijanja i gradijentnog drifta i sudara iona i elektrona, plazma se može skrenuti u uređaju za magnetsku filtraciju.Uobičajeni teorijski modeli koji se danas koriste su Morozovljev model fluksa i Davidsonov model krutog rotora, koji imaju sljedeću zajedničku značajku: postoji magnetsko polje koje čini da se elektroni kreću striktno spiralno.
Jačina magnetskog polja koje vodi aksijalno gibanje plazme u uređaju za magnetsku filtraciju treba biti takva da:

Mi, Vo i Z su masa iona, transportna brzina i broj prenesenih naboja.a je unutarnji promjer magnetskog filtra, a e je naboj elektrona.
Treba napomenuti da se neki ioni više energije ne mogu u potpunosti vezati snopom elektrona.Oni mogu doći do unutarnje stijenke magnetskog filtra, čineći unutarnju stijenku pozitivnim potencijalom, što zauzvrat sprječava ione da nastave dosezati unutarnju stijenku i smanjuje gubitak plazme.
U skladu s ovim fenomenom, odgovarajući pozitivni prednaponski tlak može se primijeniti na stijenku magnetskog filtarskog uređaja kako bi se spriječio sudar iona kako bi se poboljšala učinkovitost prijenosa ciljnog iona.

Klasifikacija uređaja za magnetsku filtraciju
(1)Linearna struktura.Magnetsko polje djeluje kao vodič za protok ionske zrake, smanjujući veličinu katodne točke i udio makroskopskih nakupina čestica, dok pojačava sudare unutar plazme, potičući pretvaranje neutralnih čestica u ione i smanjujući broj makroskopskih čestica. nakupine čestica i brzo smanjenje broja velikih čestica kako se povećava jakost magnetskog polja.U usporedbi s konvencionalnom metodom ionskog premazivanja s više lukova, ovaj strukturirani uređaj prevladava značajno smanjenje učinkovitosti uzrokovano drugim metodama i može osigurati u biti konstantnu brzinu taloženja filma uz smanjenje broja velikih čestica za oko 60%.
(2) Struktura tipa krivulje.Iako struktura ima različite oblike, ali osnovni princip je isti.Plazma se kreće pod kombiniranom funkcijom magnetskog polja i električnog polja, a magnetsko polje se koristi za ograničavanje i kontrolu plazme bez skretanja gibanja duž smjera linija magnetske sile.I nenabijene čestice će se kretati duž linearne i biti odvojene.Filmovi pripremljeni ovim strukturnim uređajem imaju visoku tvrdoću, nisku hrapavost površine, dobru gustoću, ujednačenu veličinu zrna i snažno prianjanje na podlogu filma.XPS analiza pokazuje da površinska tvrdoća ta-C filmova obloženih ovom vrstom uređaja može doseći 56 GPa, stoga je uređaj sa zakrivljenom strukturom najčešće korištena i najučinkovitija metoda za uklanjanje velikih čestica, ali ciljna učinkovitost transporta iona mora biti dodatno poboljšana.Uređaj za magnetsku filtraciju sa zavojom od 90° jedan je od najčešće korištenih uređaja zakrivljene strukture.Eksperimenti na površinskom profilu Ta-C filmova pokazuju da se profil površine uređaja za magnetsku filtraciju sa zavojom od 360° ne mijenja mnogo u usporedbi s uređajem za magnetsku filtraciju sa zavojom od 90°, tako da se učinak magnetske filtracije sa zavojom od 90° za velike čestice može u osnovi postignuto.Uređaj za magnetsku filtraciju sa zavojem od 90° uglavnom ima dvije vrste struktura: jedan je zavojni solenoid smješten u vakuumskoj komori, a drugi je postavljen izvan vakuumske komore, a razlika između njih je samo u strukturi.Radni tlak uređaja za magnetsku filtraciju sa zavojom od 90° je reda veličine 10-2Pa, a može se koristiti u širokom rasponu primjena, kao što je oblaganje nitrida, oksida, amorfnog ugljika, poluvodičkog filma i metalnog ili nemetalnog filma .

Učinkovitost uređaja za magnetsku filtraciju
Budući da sve velike čestice ne mogu izgubiti kinetičku energiju u kontinuiranim sudaranjima sa stijenkom, određeni broj velikih čestica dospjet će do podloge kroz izlaz cijevi.Stoga, dugačak i uski uređaj za magnetsku filtraciju ima veću učinkovitost filtracije velikih čestica, ali će u ovom trenutku povećati gubitak ciljnih iona i istovremeno povećati složenost strukture.Stoga je osiguravanje da uređaj za magnetsku filtraciju ima izvrsno uklanjanje velikih čestica i visoku učinkovitost prijenosa iona nužan preduvjet da bi tehnologija ionskog premaza s više lukova imala široku perspektivu primjene u taloženju tankih filmova visoke učinkovitosti.Na rad uređaja za magnetsku filtraciju utječu jakost magnetskog polja, prednapon savijanja, otvor mehaničke pregrade, struja izvora luka i kut upada nabijenih čestica.Postavljanjem razumnih parametara uređaja za magnetsku filtraciju, učinak filtriranja velikih čestica i učinkovitost prijenosa iona mete mogu se učinkovito poboljšati.