Магниттік сүзу технологиясы

Магниттік сүзгілеу құрылғысының негізгі теориясы
Плазма сәулесіндегі ірі бөлшектерге арналған магниттік сүзгілеу құрылғысының сүзу механизмі келесідей:
Плазма мен ірі бөлшектердің заряд пен зарядтың массаға қатынасындағы айырмашылығын пайдаланып, субстрат пен катод беті арасында катод пен субстрат арасында түзу сызық бойымен қозғалатын кез келген бөлшектерді бөгейтін «кедергі» (бөгет немесе иілген түтік қабырғасы) орналасқан, ал иондар магнит өрісімен ауытқып, «кедергі» арқылы субстратқа өтуі мүмкін.

Магниттік сүзгілеу құрылғысының жұмыс принципі

Магнит өрісінде Pe<

Pe және Pi сәйкесінше электрондар мен иондардың Лармор радиустары, ал a - магниттік сүзгінің ішкі диаметрі. Плазмадағы электрондарға Лоренц күші әсер етеді және магнит өрісі бойымен осьтік бағытта 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, ол фокусы мен күшті теріс электр өрісіне байланысты айналмалы қозғалыс үшін осьтік бағытта иондарды тартады және электрон жылдамдығы ионнан үлкен, сондықтан электрон ионды үнемі алға тартады, ал плазма әрқашан квазиэлектрлік бейтарап болып қалады. Ірі бөлшектер электрлік бейтарап немесе аздап теріс зарядталған, ал сапасы иондар мен электрондарға қарағанда әлдеқайда үлкен, негізінен магнит өрісі мен инерция бойымен сызықтық қозғалысқа әсер етпейді және құрылғының ішкі қабырғасымен соқтығысқаннан кейін сүзіледі.
Иілу магнит өрісінің қисықтығы мен градиент дрейфінің және ион-электрон соқтығысуларының біріккен функциясы бойынша плазма магниттік сүзгілеу құрылғысында ауытқуға болады. Қазіргі кезде қолданылатын кең таралған теориялық модельдер - Морозов ағынының моделі және Дэвидсонның қатты ротор моделі, олардың келесі ортақ ерекшелігі бар: электрондарды қатаң спиральды түрде қозғалтатын магнит өрісі бар.
Магниттік сүзгілеу құрылғысындағы плазманың осьтік қозғалысын басқаратын магнит өрісінің күші келесідей болуы керек:

Mi, Vo және Z сәйкесінше ион массасы, тасымалдау жылдамдығы және тасымалданатын зарядтар саны. a - магниттік сүзгінің ішкі диаметрі, ал e - электрон заряды.
Айта кету керек, кейбір жоғары энергиялы иондар электрон сәулесімен толық байланыса алмайды. Олар магниттік сүзгінің ішкі қабырғасына жетіп, ішкі қабырғаны оң потенциалға айналдыруы мүмкін, бұл өз кезегінде иондардың ішкі қабырғаға жетуін тоқтатады және плазманың жоғалуын азайтады.
Осы құбылысқа сәйкес, иондардың соқтығысуын тежеу ​​және нысана иондарын тасымалдау тиімділігін арттыру үшін магниттік сүзгі құрылғысының қабырғасына тиісті оң ығысу қысымын қолдануға болады.

Магниттік сүзгілеу құрылғысының жіктелуі
(1) Сызықтық құрылым. Магнит өрісі иондық сәуле ағынына бағыттаушы ретінде қызмет етеді, катод дақтарының өлшемін және макроскопиялық бөлшектер кластерлерінің үлесін азайтады, сонымен қатар плазма ішіндегі соқтығысуларды күшейтеді, бейтарап бөлшектердің иондарға айналуын тудырады және макроскопиялық бөлшектер кластерлерінің санын азайтады, ал магнит өрісінің кернеулігі артқан сайын ірі бөлшектердің санын тез азайтады. Дәстүрлі көп доғалы иондық жабу әдісімен салыстырғанда, бұл құрылымдалған құрылғы басқа әдістерден туындаған тиімділіктің айтарлықтай төмендеуін жеңеді және ірі бөлшектердің санын шамамен 60%-ға азайта отырып, қабықшаның тұндыру жылдамдығының тұрақты болуын қамтамасыз ете алады.
(2) Қисық типті құрылым. Құрылымның әртүрлі формалары болғанымен, негізгі принципі бірдей. Плазма магнит өрісі мен электр өрісінің біріккен функциясы бойынша қозғалады, ал магнит өрісі магниттік күш сызықтарының бағыты бойынша қозғалысты ауытқытпай плазманы шектеу және басқару үшін қолданылады. Ал зарядталмаған бөлшектер сызықтық бойымен қозғалады және бөлінеді. Бұл құрылымдық құрылғымен дайындалған қабықшалар жоғары қаттылыққа, төмен беттік кедір-бұдырлыққа, жақсы тығыздыққа, біркелкі түйіршік өлшеміне және пленка негізінің күшті адгезиясына ие. XPS талдауы осы құрылғымен қапталған ta-C қабықшаларының беттік қаттылығы 56 ГПа жетуі мүмкін екенін көрсетеді, сондықтан қисық құрылымдық құрылғы ірі бөлшектерді кетірудің ең кең таралған және тиімді әдісі болып табылады, бірақ нысана иондарын тасымалдау тиімділігін одан әрі жақсарту қажет. 90° иілулі магниттік сүзгілеу құрылғысы ең кең таралған қисық құрылымдық құрылғылардың бірі болып табылады. Ta-C пленкаларының беттік профилі бойынша жүргізілген тәжірибелер 360° иілу магниттік сүзгілеу құрылғысының беттік профилі 90° иілу магниттік сүзгілеу құрылғысымен салыстырғанда көп өзгермейтінін көрсетеді, сондықтан ірі бөлшектер үшін 90° иілу магниттік сүзгілеу әсеріне негізінен қол жеткізуге болады. 90° иілу магниттік сүзгілеу құрылғысы негізінен екі түрлі құрылымға ие: бірі - вакуумдық камераға орналастырылған иілу соленоиды, ал екіншісі - вакуумдық камерадан тыс орналастырылған, және олардың арасындағы айырмашылық тек құрылымда. 90° иілу магниттік сүзгілеу құрылғысының жұмыс қысымы 10-2Па шамасында және оны жабын нитриді, оксид, аморфты көміртек, жартылай өткізгіш пленка және металл немесе металл емес пленка сияқты кең ауқымды қолданбаларда қолдануға болады.

Магниттік сүзгілеу құрылғысының тиімділігі
Барлық ірі бөлшектер қабырғамен үздіксіз соқтығысу кезінде кинетикалық энергиясын жоғалта алмайтындықтан, белгілі бір мөлшерде ірі бөлшектер құбыр шығысы арқылы субстратқа жетеді. Сондықтан ұзын және жіңішке магнитті сүзгілеу құрылғысы ірі бөлшектерді сүзу тиімділігін жоғарылатады, бірақ бұл кезде ол нысана иондарының жоғалуын арттырады және сонымен бірге құрылымның күрделілігін арттырады. Сондықтан, магнитті сүзгілеу құрылғысының үлкен бөлшектерді тамаша жоюын және иондарды тасымалдаудың жоғары тиімділігін қамтамасыз ету көп доғалы иондық жабу технологиясының жоғары өнімді жұқа қабықшаларды тұндыруда кеңінен қолданылуының қажетті алғышарты болып табылады. Магниттік сүзгілеу құрылғысының жұмысына магнит өрісінің кернеулігі, иілу ығысуы, механикалық бөгет тесігі, доға көзінің тогы және зарядталған бөлшектердің түсу бұрышы әсер етеді. Магниттік сүзгілеу құрылғысының ақылға қонымды параметрлерін орнату арқылы ірі бөлшектердің сүзгілеу әсерін және нысананың иондарды тасымалдау тиімділігін тиімді түрде жақсартуға болады.