Segulsíunartækni

Grunnkenning um segulsíunarbúnað
Síun segulsíubúnaðarins fyrir stórar agnir í plasmageislanum er sem hér segir:
Með því að nota mismuninn á hleðslu plasma og stórra agna og hlutfall hleðslu á móti massa, myndast „hindrun“ (annað hvort skjálfur eða bogadreginn rörveggur) á milli undirlagsins og yfirborðs katóðsins, sem hindrar agnir sem hreyfast í beinni línu á milli katóðsins og undirlagsins, en segulsviðið getur beygt jónirnar frá og farið í gegnum „hindrunina“ að undirlaginu.

Vinnuregla segulsíunarbúnaðar

Í segulsviðinu, Pe<

Pe og Pi eru Larmor-geislar rafeinda og jóna, og a er innra þvermál segulsíunnar. Rafeindirnar í plasmanu verða fyrir áhrifum af Lorentz-kraftinum og snúast áslægt eftir segulsviðinu, en segulsviðið hefur minni áhrif á jónaþyrpinguna vegna mismunar á jónum og rafeindum innan Larmor-geislans. Hins vegar, þegar rafeindirnar hreyfast eftir ás segulsíunnar, munu þær laða að sér jónir eftir ásnum til að snúast vegna brennipunkts og sterks neikvæðs rafsviðs, og hraði rafeindanna er meiri en jónanna, þannig að rafeindirnar draga jónina stöðugt áfram, en plasman er alltaf hálf-rafmagnshlutlaus. Stóru agnirnar eru rafmagnshlutlausar eða örlítið neikvætt hlaðnar, og gæðin eru mun meiri en jónanna og rafeindanna, í grundvallaratriðum óháð segulsviðinu og línulegri hreyfingu eftir tregðu, og verða síaðar út eftir árekstur við innvegg tækisins.
Undir áhrifum sveigju segulsviðsins, halladrifts og árekstra jóna og rafeinda, getur plasmað sveigst í segulsíunartækinu. Algengustu fræðilegu líkönin sem notuð eru í dag eru Morozov-flæðislíkanið og Davidson-stífa snúningslíkanið, sem eiga eftirfarandi sameiginlegt: það er segulsvið sem veldur því að rafeindirnar hreyfast á stranglega helix hátt.
Styrkur segulsviðsins sem stýrir áshreyfingu plasmasins í segulsíunartækinu ætti að vera þannig að:

Mi, Vo og Z eru massi jóna, flutningshraði og fjöldi hleðslna sem berast, talið í sömu röð. a er innra þvermál segulsíunnar og e er hleðsla rafeindanna.
Það skal tekið fram að sumar jónir með meiri orku geta ekki verið bundnar að fullu af rafeindageislanum. Þær geta náð innri vegg segulsíunnar, sem gerir innri vegginn í jákvæðri spennu, sem aftur kemur í veg fyrir að jónirnar haldi áfram að ná til innri veggsins og dregur úr plasmatapi.
Samkvæmt þessu fyrirbæri er hægt að beita viðeigandi jákvæðum hlutþrýstingi á vegg segulsíubúnaðarins til að hindra árekstur jóna og bæta þannig skilvirkni markjónaflutningsins.

Flokkun segulsíunarbúnaðar
(1) Línuleg uppbygging. Segulsviðið virkar sem leiðarvísir fyrir jónageislaflæði, dregur úr stærð katóðublettsins og hlutfalli stórra agnaklasa, en eykur árekstra innan plasmasins, sem veldur umbreytingu hlutlausra agna í jónir og dregur úr fjölda stórra agnaklasa og dregur hratt úr fjölda stórra agna eftir því sem styrkur segulsviðsins eykst. Í samanburði við hefðbundna fjölboga jónahúðunaraðferð, vinnur þessi uppbyggða tæki bug á verulegri minnkun á skilvirkni sem stafar af öðrum aðferðum og getur tryggt nánast stöðugan filmuútfellingarhraða en dregur úr fjölda stórra agna um 60%.
(2) Sveigð uppbygging. Þó að uppbyggingin hafi mismunandi lögun er grunnreglan sú sama. Plasmaið hreyfist undir samspili segulsviðs og rafsviðs og segulsviðið er notað til að takmarka og stjórna plasmanu án þess að beina hreyfingu eftir segulkraftslínunum. Óhlaðnar agnir hreyfast og aðskiljast eftir línunni. Filmurnar sem eru búnar til með þessari uppbyggingu hafa mikla hörku, litla yfirborðsgrófleika, góða þéttleika, einsleita kornastærð og sterka viðloðun við filmugrunninn. XPS greining sýnir að yfirborðshörku ta-C filmu sem húðuð er með þessari gerð tækis getur náð 56 GPa, þannig að sveigð uppbygging er mest notaða og áhrifaríka aðferðin til að fjarlægja stórar agnir, en skilvirkni markjónaflutningsins þarf að bæta enn frekar. 90° beygð segulsíun er ein af mest notuðu sveigðu uppbyggingartækjunum. Tilraunir á yfirborðssniði Ta-C filmu sýna að yfirborðssniðið 360° beygð segulsíun breytist ekki mikið samanborið við 90° beygð segulsíun, þannig að áhrif 90° beygðrar segulsíun fyrir stórar agnir er í grundvallaratriðum hægt að ná. 90° beygjusegulsíunarbúnaðurinn hefur aðallega tvær gerðir af uppbyggingu: annar er beygjusegulrofi sem er staðsettur í lofttæmishólfinu og hinn er staðsettur utan lofttæmishólfsins og munurinn á þeim er aðeins í uppbyggingunni. Vinnuþrýstingur 90° beygjusegulsíunarbúnaðarins er í stærðargráðu 10-2 Pa og hann er hægt að nota í fjölbreyttum tilgangi, svo sem húðun á nítríði, oxíði, ókristölluðu kolefni, hálfleiðarafilmu og málm- eða málmlausum filmu.

Skilvirkni segulsíunarbúnaðar
Þar sem ekki allar stórar agnir geta tapað hreyfiorku í stöðugum árekstri við vegginn, mun ákveðinn fjöldi stórra agna ná til undirlagsins í gegnum útrás pípunnar. Þess vegna hefur langur og mjór segulsíunarbúnaður meiri síunarhagkvæmni stórra agna, en á þessum tímapunkti mun það auka tap markjóna og um leið auka flækjustig uppbyggingarinnar. Þess vegna er nauðsynlegt að tryggja að segulsíunarbúnaðurinn hafi framúrskarandi fjarlægingu stórra agna og mikla skilvirkni jónaflutnings til að fjölboga jónahúðunartækni geti haft víðtæka möguleika við útfellingu afkastamikilla þunnfilma. Virkni segulsíunarbúnaðarins er undir áhrifum segulsviðsstyrks, beygjuhalla, vélræns hlífðarops, bogagjafastraums og innfallshorns hlaðinna agna. Með því að stilla sanngjarnar breytur segulsíunarbúnaðarins er hægt að bæta síunaráhrif stórra agna og skilvirkni jónaflutnings marksins á áhrifaríkan hátt.