Технологија на магнетна филтрација

Основна теорија на уред за магнетна филтрација
Механизмот за филтрирање на магнетниот уред за филтрирање на големи честички во плазматскиот зрак е како што следува:
Користејќи ја разликата помеѓу плазмата и големите честички во односот на полнежот и масата, помеѓу подлогата и површината на катодата се поставува „бариера“ (или преграда или закривен ѕид на цевка), која ги блокира сите честички што се движат по права линија помеѓу катодата и подлогата, додека јоните можат да бидат отклонети од магнетното поле и да поминат низ „бариерата“ до подлогата.

Принцип на работа на уред за магнетна филтрација

Во магнетното поле, Pe<

Pe и Pi се Ларморови радиуси на електрони и јони, соодветно, а a е внатрешниот дијаметар на магнетниот филтер. Електроните во плазмата се под влијание на Лоренцовата сила и се вртат аксијално по магнетното поле, додека магнетното поле има помал ефект врз групирањето на јоните поради разликата помеѓу јоните и електроните во Ларморовиот радиус. Меѓутоа, кога електронот се движи по оската на уредот со магнетен филтер, тој ќе привлече јони по аксијално за ротационо движење поради неговиот фокус и силното негативно електрично поле, а брзината на електронот е поголема од јонот, па електронот постојано го влече јонот напред, додека плазмата секогаш останува квази-електрично неутрална. Големите честички се електрично неутрални или малку негативно наелектризирани, а квалитетот е многу поголем од јоните и електроните, во основа не се засегнати од магнетното поле и линеарното движење по инерцијата, и ќе бидат филтрирани по судирот со внатрешниот ѕид на уредот.
Под комбинираната функција на закривеноста на свиткувањето на магнетното поле и градиентниот дрифт и судирите меѓу јоните и електроните, плазмата може да се отклони во уредот за магнетна филтрација. Вообичаените теоретски модели што се користат денес се моделот на Морозов флукс и моделот на Дејвидсоновиот крут ротор, кои имаат следната заедничка карактеристика: постои магнетно поле што ги тера електроните да се движат на строго спирален начин.
Јачината на магнетното поле што го води аксијалното движење на плазмата во уредот за магнетна филтрација треба да биде таква што:

Mi, Vo и Z се јонската маса, брзината на транспорт и бројот на носени полнежи, соодветно. a е внатрешниот дијаметар на магнетниот филтер, а e е електронскиот полнеж.
Треба да се напомене дека некои јони со повисока енергија не можат целосно да бидат врзани за електронскиот зрак. Тие можат да стигнат до внатрешниот ѕид на магнетниот филтер, со што внатрешниот ѕид ќе биде на позитивен потенцијал, што пак ги спречува јоните да продолжат да го достигнуваат внатрешниот ѕид и го намалува губењето на плазма.
Според овој феномен, на ѕидот на магнетниот филтер може да се примени соодветен позитивен притисок на пристрасност за да се инхибира судирот на јони и да се подобри ефикасноста на транспортот на целните јони.

Класификација на уреди за магнетна филтрација
(1) Линеарна структура. Магнетното поле делува како водич за протокот на јонскиот зрак, намалувајќи ја големината на катодната точка и пропорцијата на макроскопските кластери на честички, додека ги интензивира судирите во плазмата, поттикнувајќи ја конверзијата на неутралните честички во јони и намалувајќи го бројот на макроскопски кластери на честички, и брзо намалувајќи го бројот на големи честички како што се зголемува јачината на магнетното поле. Во споредба со конвенционалниот метод на јонско обложување со повеќе лаци, овој структуриран уред го надминува значителното намалување на ефикасноста предизвикано од другите методи и може да обезбеди во суштина константна стапка на таложење на филм, додека го намалува бројот на големи честички за околу 60%.
(2) Структура од типот на крива. Иако структурата има различни форми, основниот принцип е ист. Плазмата се движи под комбинирана функција на магнетно поле и електрично поле, а магнетното поле се користи за ограничување и контрола на плазмата без отклонување на движењето по насоката на магнетните линии на сила. А ненаелектризираните честички ќе се движат по линеарната линија и ќе се одделат. Филмовите подготвени со овој структурен уред имаат висока тврдост, мала површинска грубост, добра густина, униформна големина на зрната и силна адхезија на основата на филмот. XPS анализата покажува дека површинската тврдост на ta-C филмовите обложени со овој тип на уред може да достигне 56 GPa, со што уредот со закривена структура е најшироко користениот и најефикасниот метод за отстранување на големи честички, но ефикасноста на транспортот на целните јони треба дополнително да се подобри. Уредот со свиткана магнетна филтрација од 90° е еден од најшироко користените уреди со закривена структура. Експериментите на површинскиот профил на Ta-C филмовите покажуваат дека површинскиот профил на уредот со свиткана магнетна филтрација од 360° не се менува многу во споредба со уредот со свиткана магнетна филтрација од 90°, така што ефектот на свиткана магнетна филтрација од 90° за големи честички може во основа да се постигне. Уредот за магнетна филтрација со свиткување од 90° главно има два вида на структури: едниот е соленоид со свиткување поставен во вакуумска комора, а другиот е поставен надвор од вакуумската комора, а разликата меѓу нив е само во структурата. Работниот притисок на уредот за магнетна филтрација со свиткување од 90° е од редот на 10-2Pa и може да се користи во широк спектар на апликации, како што се обложување на нитрид, оксид, аморфен јаглерод, полупроводнички филм и метални или неметални филмови.

Ефикасност на уредот за магнетна филтрација
Бидејќи не сите големи честички можат да изгубат кинетичка енергија при континуирани судири со ѕидот, одреден број големи честички ќе стигнат до подлогата низ излезот на цевката. Затоа, долг и тесен уред за магнетна филтрација има поголема ефикасност на филтрација на големи честички, но во овој момент ќе го зголеми губењето на целните јони и во исто време ќе ја зголеми сложеноста на структурата. Затоа, обезбедувањето дека уредот за магнетна филтрација има одлично отстранување на големи честички и висока ефикасност на транспорт на јони е неопходен предуслов за технологијата за премачкување со повеќе лаци со јони да има широка перспектива за примена во депонирањето на тенки филмови со високи перформанси. Работата на уредот за магнетна филтрација е под влијание на јачината на магнетното поле, пристрасноста на свиткувањето, отворот на механичката преграда, струјата на изворот на лакот и аголот на инциденца на наелектризирани честички. Со поставување разумни параметри на уредот за магнетна филтрација, ефектот на филтрирање на големите честички и ефикасноста на пренос на јони на целта можат ефикасно да се подобрат.