자기 여과 기술

자기여과장치의 기초이론
플라즈마 빔에서 큰 입자에 대한 자기 필터링 장치의 필터링 메커니즘은 다음과 같습니다.
플라즈마와 전하의 큰 입자와 전하 대 질량비의 차이를 사용하여 기판과 음극 표면 사이에 배치된 "장벽"(배플 또는 곡선 튜브 벽)이 있습니다. 이온은 자기장에 의해 편향되어 "장벽"을 통과하여 기판으로 이동할 수 있습니다.

자기 여과 장치의 작동 원리

자기장에서 Pe<

Pe와 Pi는 각각 전자와 이온의 Larmor 반경이고 a는 자기 필터의 내경입니다.플라즈마의 전자는 로렌츠 힘의 영향을 받고 축 방향으로 자기장을 따라 회전하는 반면, 자기장은 Larmor 반경의 이온과 전자 사이의 차이로 인해 이온 클러스터링에 미치는 영향이 적습니다.그러나 자기 필터 장치의 축을 따라 전자가 이동하면 초점과 강한 음전계로 인해 회전 운동을 위해 축을 따라 이온을 끌어 당기고 전자 속도는 이온보다 빠르므로 전자는 이온을 지속적으로 앞으로 당기는 반면 플라즈마는 항상 준전기적으로 중성 상태를 유지합니다.큰 입자는 전기적으로 중성 또는 약간 음전하를 띠며 품질은 이온 및 전자보다 훨씬 크며 기본적으로 관성을 따라 자기장 및 선형 운동의 영향을 받지 않으며 내부 벽과 충돌한 후 필터링됩니다. 장치.
굽힘 자기장 곡률과 구배 드리프트 및 이온-전자 충돌의 결합된 기능 하에서 플라즈마는 자기 여과 장치에서 편향될 수 있습니다.오늘날 사용되는 일반적인 이론 모델은 Morozov 플럭스 모델과 Davidson 강성 회전자 모델이며 다음과 같은 공통적인 특징이 있습니다.
자기 여과 장치에서 플라즈마의 축 방향 운동을 안내하는 자기장의 강도는 다음과 같아야 합니다.

Mi, Vo 및 Z는 각각 이온 질량, 이동 속도 및 전하 수입니다.a는 자기 필터의 내경이고 e는 전자 전하입니다.
일부 더 높은 에너지 이온은 전자빔에 의해 완전히 결합될 수 없다는 점에 유의해야 합니다.그들은 자기 필터의 내벽에 도달하여 내벽을 양전위로 만들고 이온이 내벽에 계속 도달하는 것을 억제하고 플라즈마 손실을 줄입니다.
이러한 현상에 따라 자기 필터 소자의 벽에 적절한 양의 바이어스 압력을 가하여 이온의 충돌을 억제하여 목표 이온 수송 효율을 향상시킬 수 있다.

자기 여과 장치의 분류
(1) 선형 구조.자기장은 이온 빔 흐름의 가이드 역할을 하여 음극 스폿의 크기와 거시적 입자 클러스터의 비율을 줄이는 동시에 플라즈마 내 충돌을 강화하여 중성 입자를 이온으로 전환하고 거시적 입자 수를 줄입니다. 자기장 강도가 증가함에 따라 입자 클러스터 및 큰 입자의 수를 빠르게 줄입니다.기존의 다중 아크 이온 코팅 방법과 비교하여 이 구조화된 장치는 다른 방법으로 인한 상당한 효율 감소를 극복하고 큰 입자의 수를 약 60% 감소시키면서 본질적으로 일정한 막 증착 속도를 보장할 수 있습니다.
(2) 곡선형 구조.구조는 다양한 형태가 있지만 기본 원리는 동일합니다.플라즈마는 자기장과 전기장의 결합된 기능으로 움직이며, 자기장은 자기력선의 방향을 따라 움직임을 편향시키지 않고 플라즈마를 제한하고 제어하는 ​​데 사용됩니다.그리고 대전되지 않은 입자는 선형을 따라 이동하여 분리됩니다.이 구조 장치에 의해 제조된 필름은 높은 경도, 낮은 표면 거칠기, 좋은 밀도, 균일한 입자 크기 및 강한 필름 기반 접착력을 가지고 있습니다.XPS 분석은 이러한 유형의 장치로 코팅된 ta-C 필름의 표면 경도가 56 GPa에 도달할 수 있음을 보여줍니다. 따라서 곡선 구조 장치는 큰 입자 제거에 가장 널리 사용되고 효과적인 방법입니다. 더욱 향상되었습니다.90° 굽힘 자기 여과 장치는 가장 널리 사용되는 곡선 구조 장치 중 하나입니다.Ta-C 필름의 표면 프로파일에 대한 실험은 360° 벤드 자기 여과 장치의 표면 프로파일이 90° 벤드 자기 여과 장치에 비해 크게 변하지 않음을 보여주기 때문에 큰 입자에 대한 90° 벤드 자기 여과의 효과는 기본적으로 달성.90° 벤드 자기 여과 장치는 주로 두 가지 유형의 구조를 가지고 있습니다. 하나는 진공 챔버에 배치된 벤드 솔레노이드이고 다른 하나는 진공 챔버 외부에 배치되며 그 차이는 구조에만 있습니다.90° 굽힘 자기 여과 장치의 작동 압력은 10-2Pa 정도이며 질화물, 산화물, 비정질 탄소 코팅, 반도체 막 및 금속 또는 비금속 막 코팅과 같은 광범위한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. .

자기 여과 장치의 효율성
모든 큰 입자가 벽과의 지속적인 충돌로 운동 에너지를 잃을 수 있는 것은 아니기 때문에 일정한 수의 큰 입자가 파이프 배출구를 통해 기질에 도달합니다.따라서 길고 좁은 자기 여과 장치는 큰 입자의 여과 효율이 더 높지만 이때 표적 이온의 손실이 증가하고 동시에 구조의 복잡성이 증가합니다.따라서 자기 여과 장치가 우수한 큰 입자 제거 및 높은 이온 수송 효율을 갖도록 보장하는 것은 다중 아크 이온 코팅 기술이 고성능 박막 증착에 폭넓게 적용되기 위한 필수 전제 조건입니다.자기 여과 장치의 작동은 자기장 강도, 벤드 바이어스, 기계적 배플 구멍, 아크 소스 전류 및 하전 입자 입사각의 영향을 받습니다.자기 여과 장치의 합리적인 매개 변수를 설정함으로써 큰 ​​입자의 필터링 효과와 대상의 이온 전달 효율을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.