Магниттік сүзу құрылғысының негізгі теориясы
Плазма сәулесіндегі үлкен бөлшектерді магниттік сүзгілеу құрылғысының сүзу механизмі келесідей:
Плазма мен зарядтағы ірі бөлшектер мен зарядтың массаға қатынасы арасындағы айырмашылықты пайдалана отырып, субстрат пен катод беті арасында «кедергі» (немесе қисық түтік қабырғасы) орналасады, ол катод пен субстрат арасында түзу сызықта қозғалатын кез келген бөлшектерді блоктайды, бұл ретте иондар магнит өрісі арқылы бұрылып, субстрат арқылы өтуі мүмкін.
Магниттік фильтрация құрылғысының жұмыс принципі
Магнит өрісінде Pe<
Pe және Pi - сәйкесінше электрондар мен иондардың Лармор радиустары, ал а - магниттік сүзгінің ішкі диаметрі. Плазмадағы электрондарға Лоренц күші әсер етеді және магнит өрісі бойымен ось бойынша айналады, ал магнит өрісі Лармор радиусындағы иондар мен электрондар арасындағы айырмашылыққа байланысты иондардың кластерленуіне аз әсер етеді. Дегенмен, электрон магниттік сүзгі құрылғысының осі бойымен қозғалған кезде, оның фокусы мен күшті теріс электр өрісінің арқасында айналу қозғалысы үшін иондарды ось бойымен тартады және электрон жылдамдығы ионнан үлкен, сондықтан электрон үнемі ионды алға тартады, ал плазма әрқашан квазиэлектрлік бейтарап болып қалады. Үлкен бөлшектер электрлік бейтарап немесе аздап теріс зарядталған және сапасы иондар мен электрондарға қарағанда әлдеқайда үлкен, негізінен магнит өрісі мен инерция бойынша сызықтық қозғалыс әсер етпейді және құрылғының ішкі қабырғасымен соқтығысқаннан кейін сүзіледі.
Иілу магнит өрісінің қисықтығы мен градиент дрейфінің және ионды-электрондық соқтығыстардың біріккен функциясы астында плазманы магниттік сүзу құрылғысында ауытқуға болады. Бүгінгі таңда қолданылатын жалпы теориялық модельдер: Морозов ағынының моделі және Дэвидсон қатты ротор моделі, олардың келесі ортақ ерекшелігі бар: электрондарды қатаң спиральді қозғалысқа келтіретін магнит өрісі бар.
Магниттік сүзу құрылғысындағы плазманың осьтік қозғалысын басқаратын магнит өрісінің күші мынандай болуы керек:
Mi, Vo және Z сәйкесінше ион массасы, тасымалдау жылдамдығы және тасымалданатын зарядтардың саны. a – магниттік сүзгінің ішкі диаметрі, ал e – электрон заряды.
Кейбір жоғары энергия иондары электронды сәулемен толық байланыса алмайтынын ескеру қажет. Олар магниттік сүзгінің ішкі қабырғасына жетіп, ішкі қабырғаны оң потенциалға айналдырады, бұл өз кезегінде иондардың ішкі қабырғаға жетуін тоқтатады және плазманың жоғалуын азайтады.
Осы құбылысқа сәйкес, мақсатты иондарды тасымалдау тиімділігін арттыру үшін иондардың соқтығысуына жол бермеу үшін магниттік сүзгі құрылғысының қабырғасына тиісті оң ығысу қысымын қолдануға болады.
Магниттік фильтрация құрылғысының классификациясы
(1) Сызықтық құрылым. Магниттік өріс иондар сәулесінің ағыны үшін бағыттаушы ретінде әрекет етеді, катодтық нүктенің өлшемін және макроскопиялық бөлшектер шоғырларының үлесін азайтады, сонымен бірге плазмадағы соқтығыстарды күшейтеді, бейтарап бөлшектердің иондарға айналуын ынталандырады және макроскопиялық бөлшектердің санын азайтады, бөлшектердің күші мен магнит өрісінің санын тез өзгертеді. артады. Кәдімгі көп доғалы ионды жабын әдісімен салыстырғанда, бұл құрылымдық құрылғы басқа әдістерден туындаған тиімділіктің айтарлықтай төмендеуін жеңеді және үлкен бөлшектердің санын шамамен 60% қысқарта отырып, тұрақты пленка шөгу жылдамдығын қамтамасыз ете алады.
(2) Қисық типті құрылым. Құрылымның әртүрлі формалары болғанымен, негізгі принципі бір. Плазма магнит өрісі мен электр өрісінің біріккен функциясымен қозғалады, ал магнит өрісі магниттік күш сызықтарының бағыты бойынша қозғалысты бұзбай плазманы шектеу және басқару үшін қолданылады. Ал зарядсыз бөлшектер сызықты бойымен қозғалады және бөлінеді. Бұл құрылымдық құрылғымен дайындалған пленкалардың қаттылығы жоғары, бетінің төмен кедір-бұдыры, жақсы тығыздығы, біркелкі түйір өлшемі және пленка негізінің берік адгезиясы бар. XPS талдауы көрсеткендей, осы типтегі құрылғымен қапталған ta-C пленкаларының бетінің қаттылығы 56 ГПа жетуі мүмкін, осылайша, қисық құрылым құрылғысы үлкен бөлшектерді кетірудің ең кең таралған және тиімді әдісі болып табылады, бірақ мақсатты иондарды тасымалдау тиімділігін одан әрі жақсарту қажет. 90° иілу магнитті сүзу құрылғысы ең көп қолданылатын қисық құрылым құрылғыларының бірі болып табылады. Ta-C пленкаларының беткі профилі бойынша жүргізілген тәжірибелер көрсеткендей, 360 ° иілу магнитті сүзу құрылғысының беттік профилі 90 ° иілу магнитті сүзу құрылғысымен салыстырғанда көп өзгермейді, сондықтан үлкен бөлшектер үшін 90 ° иілу магнитті сүзу әсеріне негізінен қол жеткізуге болады. 90° иілу магнитті сүзу құрылғысы негізінен екі құрылымға ие: біреуі вакуумдық камераға орналастырылған иілу электромагниттік, ал екіншісі вакуумдық камерадан тыс орналастырылған және олардың арасындағы айырмашылық тек құрылымында. 90° иілу магнитті сүзу құрылғысының жұмыс қысымы 10-2Па тәртіпте және оны нитриді, оксид, аморфты көміртегі, жартылай өткізгіш пленка және металл немесе металл емес пленка сияқты қолданбалардың кең ауқымында қолдануға болады.
Магниттік сүзу құрылғысының тиімділігі
Қабырғамен үздіксіз соқтығысқанда барлық үлкен бөлшектер кинетикалық энергияны жоғалта алмайтындықтан, үлкен бөлшектердің белгілі бір саны құбыр шығысы арқылы субстратқа жетеді. Сондықтан ұзын және тар магниттік фильтрация құрылғысы үлкен бөлшектердің сүзу тиімділігі жоғары болады, бірақ бұл уақытта ол мақсатты иондардың жоғалуын арттырады және сонымен бірге құрылымның күрделілігін арттырады. Сондықтан магниттік фильтрация құрылғысының үлкен бөлшектерді тамаша кетіруін және иондарды тасымалдаудың жоғары тиімділігін қамтамасыз ету көп доғалы ионды жабын технологиясының жоғары өнімді жұқа қабықшаларды тұндыруда кең қолдану перспективасына ие болуының қажетті алғышарты болып табылады. Магниттік фильтрация құрылғысының жұмысына магнит өрісінің күші, иілу қисаюы, механикалық бөгет саңылауы, доға көзінің тогы және зарядталған бөлшектердің түсу бұрышы әсер етеді. Магниттік сүзу құрылғысының ақылға қонымды параметрлерін орнату арқылы үлкен бөлшектердің сүзу әсерін және нысананың ион беру тиімділігін тиімді жақсартуға болады.
Жіберу уақыты: 08 қараша 2022 ж