Մագնիսական ֆիլտրման տեխնոլոգիա

Մագնիսական ֆիլտրման սարքի հիմնական տեսությունը
Պլազմային փնջում խոշոր մասնիկների մագնիսական ֆիլտրման սարքի ֆիլտրման մեխանիզմը հետևյալն է.
Հաշվի առնելով պլազմայի և խոշոր մասնիկների լիցքի և լիցքի ու զանգվածի հարաբերակցության տարբերությունը՝ հիմքի և կաթոդի մակերեսի միջև տեղադրված է «արգելք» (կամ միջնորմ, կամ կոր խողովակի պատ), որը խոչընդոտում է կաթոդի և հիմքի միջև ուղիղ գծով շարժվող ցանկացած մասնիկի, մինչդեռ իոնները կարող են շեղվել մագնիսական դաշտի կողմից և անցնել «արգելքի» միջով դեպի հիմք։

Մագնիսական ֆիլտրի սարքի շահագործման սկզբունքը

Մագնիսական դաշտում, Pe<

Pe-ն և Pi-ն համապատասխանաբար էլեկտրոնների և իոնների Լարմորի շառավիղներն են, իսկ a-ն՝ մագնիսական ֆիլտրի ներքին տրամագիծը։ Պլազմայի էլեկտրոնները ենթարկվում են Լորենցի ուժի ազդեցությանը և պտտվում են մագնիսական դաշտի երկայնքով առանցքային ուղղությամբ, մինչդեռ մագնիսական դաշտն ավելի քիչ ազդեցություն ունի իոնների կլաստերացման վրա՝ Լարմորի շառավղում իոնների և էլեկտրոնների միջև տարբերության պատճառով։ Սակայն, երբ էլեկտրոնը շարժվում է մագնիսական ֆիլտրի սարքի առանցքի երկայնքով, այն կձգում է իոններ առանցքային երկայնքով՝ պտտական ​​շարժման համար՝ իր ֆոկուսի և ուժեղ բացասական էլեկտրական դաշտի շնորհիվ, և էլեկտրոնի արագությունը մեծ է իոնից, ուստի էլեկտրոնը անընդհատ քաշում է իոնը առաջ, մինչդեռ պլազման միշտ մնում է կիսաէլեկտրականորեն չեզոք։ Մեծ մասնիկները էլեկտրականորեն չեզոք են կամ թեթևակի բացասական լիցքավորված, և որակը շատ ավելի մեծ է, քան իոններն ու էլեկտրոնները, հիմնականում չեն ազդվում մագնիսական դաշտից և իներցիայի երկայնքով գծային շարժումից և կզտվեն սարքի ներքին պատի հետ բախվելուց հետո։
Մագնիսական դաշտի կորության, գրադիենտային դրիֆի և իոն-էլեկտրոնային բախումների համակցված ֆունկցիայի ներքո պլազման կարող է շեղվել մագնիսական ֆիլտրման սարքում: Այսօր օգտագործվող ընդհանուր տեսական մոդելներն են Մորոզովի հոսքի մոդելը և Դևիդսոնի կոշտ ռոտորի մոդելը, որոնք ունեն հետևյալ ընդհանուր առանձնահատկությունը. գոյություն ունի մագնիսական դաշտ, որը ստիպում է էլեկտրոններին շարժվել խիստ պարուրաձև ձևով:
Մագնիսական ֆիլտրման սարքում պլազմայի առանցքային շարժումը ուղղորդող մագնիսական դաշտի ուժգնությունը պետք է լինի այնպիսին, որ՝

Mi-ն, Vo-ն և Z-ը համապատասխանաբար իոնի զանգվածն են, փոխադրման արագությունը և տեղափոխվող լիցքերի քանակը։ a-ն մագնիսական ֆիլտրի ներքին տրամագիծն է, իսկ e-ն՝ էլեկտրոնային լիցքը։
Պետք է նշել, որ որոշ բարձր էներգիայի իոններ չեն կարող լիովին կապվել էլեկտրոնային փնջի հետ։ Դրանք կարող են հասնել մագնիսական ֆիլտրի ներքին պատին, ինչը ներքին պատը դարձնում է դրական պոտենցիալի վրա, ինչն էլ իր հերթին կանխում է իոնների շարունակական հասնելը ներքին պատին և նվազեցնում պլազմայի կորուստը։
Այս երևույթի համաձայն, մագնիսական ֆիլտրի սարքի պատին կարելի է կիրառել համապատասխան դրական շեղման ճնշում՝ իոնների բախումը կանխելու և թիրախային իոնների տեղափոխման արդյունավետությունը բարելավելու համար։

Մագնիսական ֆիլտրման սարքի դասակարգում
(1) Գծային կառուցվածք։ Մագնիսական դաշտը գործում է որպես իոնային փնջի հոսքի ուղեցույց՝ նվազեցնելով կաթոդի բծի չափը և մակրոսկոպիկ մասնիկների կլաստերների համամասնությունը, միաժամանակ ուժեղացնելով պլազմայի ներսում բախումները, խթանելով չեզոք մասնիկների իոնների վերածումը և նվազեցնելով մակրոսկոպիկ մասնիկների կլաստերների քանակը, և արագորեն նվազեցնելով խոշոր մասնիկների քանակը՝ մագնիսական դաշտի ուժի աճի հետ մեկտեղ։ Համեմատած ավանդական բազմաաղեղային իոնային ծածկույթի մեթոդի հետ, այս կառուցվածքային սարքը հաղթահարում է այլ մեթոդներով պայմանավորված արդյունավետության զգալի նվազումը և կարող է ապահովել թաղանթի նստեցման էապես հաստատուն արագություն՝ միաժամանակ մոտ 60%-ով նվազեցնելով խոշոր մասնիկների քանակը։
(2) Կոր տիպի կառուցվածք։ Չնայած կառուցվածքն ունի տարբեր ձևեր, հիմնական սկզբունքը նույնն է։ Պլազման շարժվում է մագնիսական և էլեկտրական դաշտերի համակցված ֆունկցիայի ներքո, և մագնիսական դաշտն օգտագործվում է պլազման սահմանափակելու և կառավարելու համար՝ առանց մագնիսական ուժի գծերի ուղղությամբ շարժումը շեղելու։ Եվ չլիցքավորված մասնիկները կշարժվեն գծային ուղղությամբ և կբաժանվեն։ Այս կառուցվածքային սարքով պատրաստված թաղանթները ունեն բարձր կարծրություն, ցածր մակերեսային կոպտություն, լավ խտություն, միատարր հատիկի չափս և ամուր թաղանթի հիմքի կպչունություն։ XPS վերլուծությունը ցույց է տալիս, որ այս տեսակի սարքով պատված ta-C թաղանթների մակերեսային կարծրությունը կարող է հասնել 56 ԳՊա-ի, ուստի կոր կառուցվածքով սարքը խոշոր մասնիկների հեռացման ամենատարածված և արդյունավետ մեթոդն է, բայց թիրախային իոնների տեղափոխման արդյունավետությունը պետք է ավելի բարելավվի։ 90° ծռված մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքը կոր կառուցվածքով ամենատարածված սարքերից մեկն է։ Ta-C թաղանթների մակերեսային պրոֆիլի վրա կատարված փորձերը ցույց են տալիս, որ 360° ծռված մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի մակերեսային պրոֆիլը շատ չի փոխվում 90° ծռված մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի համեմատ, ուստի խոշոր մասնիկների համար 90° ծռված մագնիսական ֆիլտրացիայի ազդեցությունը կարելի է հիմնականում իրականացնել։ 90° ծռվող մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքը հիմնականում ունի երկու տեսակի կառուցվածք՝ մեկը ծռվող սոլենոիդ է, որը տեղադրված է վակուումային խցիկում, իսկ մյուսը՝ վակուումային խցիկից դուրս, և դրանց միջև տարբերությունը միայն կառուցվածքի մեջ է։ 90° ծռվող մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի աշխատանքային ճնշումը մոտավորապես 10-2Pa է, և այն կարող է օգտագործվել լայն կիրառություններում, ինչպիսիք են նիտրիդի, օքսիդի, ամորֆ ածխածնի, կիսահաղորդչային թաղանթի և մետաղական կամ ոչ մետաղական թաղանթի ծածկույթը։

Մագնիսական ֆիլտրման սարքի արդյունավետությունը
Քանի որ ոչ բոլոր խոշոր մասնիկները կարող են կորցնել կինետիկ էներգիա պատի հետ անընդհատ բախումների ժամանակ, որոշակի քանակությամբ խոշոր մասնիկներ կհասնեն հիմք խողովակի ելքի միջոցով: Հետևաբար, երկար և նեղ մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքն ունի խոշոր մասնիկների ավելի բարձր ֆիլտրացիայի արդյունավետություն, բայց այս դեպքում այն ​​կմեծացնի թիրախային իոնների կորուստը և միևնույն ժամանակ կբարձրացնի կառուցվածքի բարդությունը: Հետևաբար, մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի կողմից խոշոր մասնիկների գերազանց հեռացման և իոնային փոխադրման բարձր արդյունավետության ապահովումը անհրաժեշտ նախապայման է, որպեսզի բազմաաղեղային իոնային ծածկույթի տեխնոլոգիան լայն կիրառման հեռանկար ունենա բարձր արդյունավետության բարակ թաղանթների նստեցման գործում: Մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի աշխատանքի վրա ազդում են մագնիսական դաշտի ուժը, ծռման շեղումը, մեխանիկական միջնորմի բացվածքը, աղեղային աղբյուրի հոսանքը և լիցքավորված մասնիկների անկման անկյունը: Մագնիսական ֆիլտրացիայի սարքի համար ողջամիտ պարամետրեր սահմանելով՝ խոշոր մասնիկների ֆիլտրացման ազդեցությունը և թիրախի իոնային փոխանցման արդյունավետությունը կարող են արդյունավետորեն բարելավվել: