მაგნიტური ფილტრაციის ტექნოლოგია

მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის ძირითადი თეორია
პლაზმურ სხივში დიდი ნაწილაკების მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის ფილტრაციის მექანიზმი შემდეგია:
პლაზმასა და მსხვილ ნაწილაკებს შორის მუხტისა და მუხტისა და მასის თანაფარდობის სხვაობის გამოყენებით, სუბსტრატსა და კათოდის ზედაპირს შორის არსებობს „ბარიერი“ (ან დეფლექტორი ან მოხრილი მილის კედელი), რომელიც ბლოკავს კათოდსა და სუბსტრატს შორის წრფივი ხაზით მოძრავ ნებისმიერ ნაწილაკს, ხოლო იონები შეიძლება გადაიხრას მაგნიტური ველის მიერ და გაიაროს „ბარიერი“ სუბსტრატზე.

მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის მუშაობის პრინციპი

მაგნიტურ ველში, Pe<

Pe და Pi შესაბამისად ელექტრონებისა და იონების ლარმორის რადიუსებია, ხოლო a არის მაგნიტური ფილტრის შიდა დიამეტრი. პლაზმაში ელექტრონებზე გავლენას ახდენს ლორენცის ძალა და ისინი მაგნიტური ველის გასწვრივ ღერძულად ბრუნავენ, მაშინ როდესაც მაგნიტურ ველს ნაკლები გავლენა აქვს იონების კლასტერიზაციაზე ლარმორის რადიუსში იონებსა და ელექტრონებს შორის სხვაობის გამო. თუმცა, როდესაც ელექტრონი მოძრაობს მაგნიტური ფილტრის მოწყობილობის ღერძის გასწვრივ, ის იზიდავს იონებს ღერძულის გასწვრივ ბრუნვითი მოძრაობისთვის მისი ფოკუსისა და ძლიერი უარყოფითი ელექტრული ველის გამო და ელექტრონის სიჩქარე იონზე მეტია, ამიტომ ელექტრონი მუდმივად წინ მიიწევს იონს, ხოლო პლაზმა ყოველთვის კვაზიელექტრულად ნეიტრალური რჩება. დიდი ნაწილაკები ელექტრულად ნეიტრალური ან ოდნავ უარყოფითად დამუხტულია და ხარისხით გაცილებით მაღალია, ვიდრე იონებისა და ელექტრონების, ძირითადად არ მოქმედებს მაგნიტური ველი და წრფივი მოძრაობა ინერციის გასწვრივ და იფილტრება მოწყობილობის შიდა კედელთან შეჯახების შემდეგ.
მაგნიტური ველის მოხრის სიმრუდის, გრადიენტის დრიფტისა და იონ-ელექტრონის შეჯახების კომბინირებული ფუნქციის პირობებში, პლაზმა შეიძლება გადახრილი იყოს მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობაში. დღეს გამოყენებული ყველაზე გავრცელებული თეორიული მოდელებია მოროზოვის ნაკადის მოდელი და დევიდსონის ხისტი როტორის მოდელი, რომლებსაც აქვთ შემდეგი საერთო მახასიათებელი: არსებობს მაგნიტური ველი, რომელიც ელექტრონებს მკაცრად სპირალურად მოძრაობს.
მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობაში პლაზმის ღერძული მოძრაობის წარმმართველი მაგნიტური ველის სიძლიერე უნდა იყოს ისეთი, რომ:

Mi, Vo და Z შესაბამისად იონური მასა, გადატანის სიჩქარე და გადატანილი მუხტების რაოდენობაა. a არის მაგნიტური ფილტრის შიდა დიამეტრი, ხოლო e არის ელექტრონული მუხტი.
უნდა აღინიშნოს, რომ ზოგიერთი მაღალი ენერგიის იონი ელექტრონული სხივით სრულად ვერ უკავშირდება. მათ შეიძლება მიაღწიონ მაგნიტური ფილტრის შიდა კედელს, რაც შიდა კედელს დადებით პოტენციალზე გადაჰყავს, რაც თავის მხრივ აფერხებს იონების შიდა კედელამდე მისვლას და ამცირებს პლაზმის დანაკარგს.
ამ ფენომენის მიხედვით, მაგნიტური ფილტრის მოწყობილობის კედელზე შესაძლებელია შესაბამისი დადებითი მიკერძოების წნევის გამოყენება იონების შეჯახების შესაჩერებლად და სამიზნე იონების ტრანსპორტირების ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად.

მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის კლასიფიკაცია
(1) ხაზოვანი სტრუქტურა. მაგნიტური ველი იონური სხივის ნაკადის სახელმძღვანელოდ მოქმედებს, ამცირებს კათოდური ლაქის ზომას და მაკროსკოპული ნაწილაკების კლასტერების პროპორციას, ამავდროულად აძლიერებს შეჯახებებს პლაზმაში, რაც იწვევს ნეიტრალური ნაწილაკების იონებად გარდაქმნას და მაკროსკოპული ნაწილაკების კლასტერების რაოდენობის შემცირებას, ასევე სწრაფად ამცირებს დიდი ნაწილაკების რაოდენობას მაგნიტური ველის სიძლიერის ზრდასთან ერთად. ტრადიციულ მრავალრკალურ იონურ საფარის მეთოდთან შედარებით, ეს სტრუქტურირებული მოწყობილობა გადალახავს სხვა მეთოდებით გამოწვეულ ეფექტურობის მნიშვნელოვან შემცირებას და შეუძლია უზრუნველყოს არსებითად მუდმივი ფირის დეპონირების სიჩქარე, ამავდროულად ამცირებს დიდი ნაწილაკების რაოდენობას დაახლოებით 60%-ით.
(2) მრუდის ტიპის სტრუქტურა. მიუხედავად იმისა, რომ სტრუქტურას სხვადასხვა ფორმა აქვს, ძირითადი პრინციპი იგივეა. პლაზმა მოძრაობს მაგნიტური და ელექტრული ველის კომბინირებული ფუნქციით, ხოლო მაგნიტური ველი გამოიყენება პლაზმის შესაზღუდად და საკონტროლებლად მაგნიტური ძალის ხაზების მიმართულებით მოძრაობის გადახრის გარეშე. და უმუხტო ნაწილაკები მოძრაობენ ხაზოვანი მიმართულებით და გამოიყოფა. ამ სტრუქტურული მოწყობილობით მომზადებულ ფენებს აქვთ მაღალი სიმტკიცე, დაბალი ზედაპირის უხეშობა, კარგი სიმკვრივე, ერთგვაროვანი მარცვლის ზომა და ძლიერი ფირის ფუძის ადჰეზია. XPS ანალიზი აჩვენებს, რომ ამ ტიპის მოწყობილობით დაფარული ta-C ფენების ზედაპირის სიმტკიცე შეიძლება მიაღწიოს 56 გპა-ს, ამრიგად, მრუდის სტრუქტურის მოწყობილობა არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული და ეფექტური მეთოდი დიდი ნაწილაკების მოსაშორებლად, მაგრამ სამიზნე იონების ტრანსპორტირების ეფექტურობა კიდევ უფრო გაუმჯობესებას საჭიროებს. 90°-იანი მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობა ერთ-ერთი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მრუდის სტრუქტურის მოწყობილობაა. Ta-C ფენების ზედაპირის პროფილზე ჩატარებული ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ 360°-იანი მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის ზედაპირის პროფილი დიდად არ იცვლება 90°-იან მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობასთან შედარებით, ამიტომ დიდი ნაწილაკებისთვის 90°-იანი მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის ეფექტის მიღწევა შესაძლებელია. 90°-იანი მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობას ძირითადად ორი ტიპის სტრუქტურა აქვს: ერთი არის მოხრის სოლენოიდი, რომელიც მოთავსებულია ვაკუუმის კამერაში, ხოლო მეორე განთავსებულია ვაკუუმის კამერის გარეთ და მათ შორის განსხვავება მხოლოდ სტრუქტურაშია. 90°-იანი მოხრის მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის სამუშაო წნევა დაახლოებით 10-2Pa-ია და მისი გამოყენება შესაძლებელია ფართო სპექტრის აპლიკაციებში, როგორიცაა ნიტრიდის, ოქსიდის, ამორფული ნახშირბადის, ნახევარგამტარული ფირის და ლითონის ან არალითონის ფირის დაფარვა.

მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის ეფექტურობა
ვინაიდან ყველა დიდი ნაწილაკი ვერ კარგავს კინეტიკურ ენერგიას კედელთან უწყვეტი შეჯახებისას, მილის გამოსასვლელიდან სუბსტრატს მიაღწევს დიდი ნაწილაკების გარკვეული რაოდენობა. ამიტომ, გრძელი და ვიწრო მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობას აქვს დიდი ნაწილაკების უფრო მაღალი ფილტრაციის ეფექტურობა, მაგრამ ამ დროს ის გაზრდის სამიზნე იონების დაკარგვას და ამავდროულად გაზრდის სტრუქტურის სირთულეს. ამიტომ, იმის უზრუნველყოფა, რომ მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობას ჰქონდეს შესანიშნავი დიდი ნაწილაკების მოცილება და იონების ტრანსპორტირების მაღალი ეფექტურობა, აუცილებელი წინაპირობაა იმისათვის, რომ მრავალრკალური იონური საფარის ტექნოლოგიას ჰქონდეს ფართო გამოყენების პერსპექტივა მაღალი ხარისხის თხელი ფენების დაფენაში. მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის მუშაობაზე გავლენას ახდენს მაგნიტური ველის სიძლიერე, მოხრის მიკერძოება, მექანიკური დეფლექტორის აპერტურა, რკალის წყაროს დენი და დამუხტული ნაწილაკების დაცემის კუთხე. მაგნიტური ფილტრაციის მოწყობილობის გონივრული პარამეტრების დაყენებით, შესაძლებელია ეფექტურად გაუმჯობესდეს დიდი ნაწილაკების ფილტრაციის ეფექტი და სამიზნის იონების გადაცემის ეფექტურობა.