കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ

കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന സിദ്ധാന്തം
പ്ലാസ്മ ബീമിലെ വലിയ കണികകൾക്കുള്ള കാന്തിക ഫിൽട്ടറിംഗ് ഉപകരണത്തിന്റെ ഫിൽട്ടറിംഗ് സംവിധാനം ഇപ്രകാരമാണ്:
പ്ലാസ്മയും ചാർജുള്ള വലിയ കണികകളും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസവും ചാർജ്-ടു-മാസ് അനുപാതവും ഉപയോഗിച്ച്, അടിവസ്ത്രത്തിനും കാഥോഡ് പ്രതലത്തിനും ഇടയിൽ ഒരു "തടസ്സം" (ഒരു ബാഫിൾ അല്ലെങ്കിൽ ഒരു വളഞ്ഞ ട്യൂബ് മതിൽ) സ്ഥാപിക്കുന്നു, ഇത് കാഥോഡിനും അടിവസ്ത്രത്തിനും ഇടയിൽ നേർരേഖയിൽ ചലിക്കുന്ന ഏതൊരു കണികയെയും തടയുന്നു, അതേസമയം അയോണുകളെ കാന്തികക്ഷേത്രം വഴി വ്യതിചലിപ്പിക്കാനും "തടസ്സം" വഴി അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് കടക്കാനും കഴിയും.

കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തന തത്വം

കാന്തികക്ഷേത്രത്തിൽ, Pe<

Pe, Pi എന്നിവ യഥാക്രമം ഇലക്ട്രോണുകളുടെയും അയോണുകളുടെയും ലാർമർ ആരങ്ങളാണ്, കൂടാതെ a എന്നത് കാന്തിക ഫിൽട്ടറിന്റെ ആന്തരിക വ്യാസമാണ്. പ്ലാസ്മയിലെ ഇലക്ട്രോണുകളെ ലോറന്റ്സ് ബലം ബാധിക്കുകയും കാന്തികക്ഷേത്രത്തിലൂടെ അച്ചുതണ്ടായി കറങ്ങുകയും ചെയ്യുന്നു, അതേസമയം ലാർമർ ആരത്തിലെ അയോണുകളും ഇലക്ട്രോണുകളും തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം കാരണം കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന് അയോണുകളുടെ ക്ലസ്റ്ററിംഗിൽ സ്വാധീനം കുറവാണ്. എന്നിരുന്നാലും, കാന്തിക ഫിൽട്ടർ ഉപകരണത്തിന്റെ അച്ചുതണ്ടിലൂടെ ഇലക്ട്രോൺ നീങ്ങുമ്പോൾ, അതിന്റെ ഫോക്കസും ശക്തമായ നെഗറ്റീവ് വൈദ്യുത മണ്ഡലവും കാരണം ഭ്രമണ ചലനത്തിനായി അച്ചുതണ്ടിലൂടെ അയോണുകളെ ആകർഷിക്കും, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോൺ വേഗത അയോണിനേക്കാൾ കൂടുതലായിരിക്കും, അതിനാൽ ഇലക്ട്രോൺ നിരന്തരം അയോണിനെ മുന്നോട്ട് വലിക്കുന്നു, അതേസമയം പ്ലാസ്മ എല്ലായ്പ്പോഴും അർദ്ധ-വൈദ്യുത നിഷ്പക്ഷമായി തുടരുന്നു. വലിയ കണികകൾ വൈദ്യുതപരമായി നിഷ്പക്ഷമോ ചെറുതായി നെഗറ്റീവ് ചാർജുള്ളതോ ആണ്, കൂടാതെ ഗുണനിലവാരം അയോണുകളേക്കാളും ഇലക്ട്രോണുകളേക്കാളും വളരെ വലുതാണ്, അടിസ്ഥാനപരമായി കാന്തികക്ഷേത്രവും ജഡത്വത്തിലൂടെയുള്ള രേഖീയ ചലനവും ബാധിക്കില്ല, കൂടാതെ ഉപകരണത്തിന്റെ ആന്തരിക മതിലുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച ശേഷം ഫിൽട്ടർ ചെയ്യപ്പെടും.
വളയുന്ന കാന്തികക്ഷേത്ര വക്രത, ഗ്രേഡിയന്റ് ഡ്രിഫ്റ്റ്, അയോൺ-ഇലക്ട്രോൺ കൂട്ടിയിടികൾ എന്നിവയുടെ സംയോജിത പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിൽ, കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിൽ പ്ലാസ്മയെ വ്യതിചലിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഇന്ന് സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന സൈദ്ധാന്തിക മാതൃകകൾ മൊറോസോവ് ഫ്ലക്സ് മോഡലും ഡേവിഡ്സൺ റിജിഡ് റോട്ടർ മോഡലുമാണ്, അവയ്ക്ക് ഇനിപ്പറയുന്ന പൊതു സവിശേഷതയുണ്ട്: ഇലക്ട്രോണുകളെ കർശനമായി ഹെലിക്കൽ രീതിയിൽ ചലിപ്പിക്കുന്ന ഒരു കാന്തികക്ഷേത്രമുണ്ട്.
കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിലെ പ്ലാസ്മയുടെ അച്ചുതണ്ട് ചലനത്തെ നയിക്കുന്ന കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെ ശക്തി ഇങ്ങനെയായിരിക്കണം:

Mi, Vo, Z എന്നിവ യഥാക്രമം അയോൺ പിണ്ഡം, ഗതാഗത പ്രവേഗം, വഹിക്കുന്ന ചാർജുകളുടെ എണ്ണം എന്നിവയാണ്. a എന്നത് കാന്തിക ഫിൽട്ടറിന്റെ ആന്തരിക വ്യാസവും e എന്നത് ഇലക്ട്രോൺ ചാർജുമാണ്.
ചില ഉയർന്ന ഊർജ്ജ അയോണുകളെ ഇലക്ട്രോൺ ബീം ഉപയോഗിച്ച് പൂർണ്ണമായും ബന്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയില്ല എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. അവ കാന്തിക ഫിൽട്ടറിന്റെ ആന്തരിക ഭിത്തിയിൽ എത്തിയേക്കാം, ഇത് ആന്തരിക ഭിത്തിയെ ഒരു പോസിറ്റീവ് പൊട്ടൻഷ്യലാക്കി മാറ്റുന്നു, ഇത് അയോണുകൾ ആന്തരിക ഭിത്തിയിൽ എത്തുന്നത് തടയുകയും പ്ലാസ്മയുടെ നഷ്ടം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ഈ പ്രതിഭാസമനുസരിച്ച്, ലക്ഷ്യ അയോൺ ഗതാഗത കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് അയോണുകളുടെ കൂട്ടിയിടി തടയുന്നതിന് കാന്തിക ഫിൽട്ടർ ഉപകരണത്തിന്റെ ഭിത്തിയിൽ ഉചിതമായ പോസിറ്റീവ് ബയസ് മർദ്ദം പ്രയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ വർഗ്ഗീകരണം
(1) രേഖീയ ഘടന. കാഥോഡ് സ്പോട്ടിന്റെ വലുപ്പവും മാക്രോസ്കോപ്പിക് കണികാ ക്ലസ്റ്ററുകളുടെ അനുപാതവും കുറയ്ക്കുന്നതിനൊപ്പം, പ്ലാസ്മയ്ക്കുള്ളിലെ കൂട്ടിയിടികൾ തീവ്രമാക്കുകയും, ന്യൂട്രൽ കണങ്ങളെ അയോണുകളാക്കി മാറ്റുകയും മാക്രോസ്കോപ്പിക് കണികാ ക്ലസ്റ്ററുകളുടെ എണ്ണം കുറയ്ക്കുകയും, കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് വലിയ കണങ്ങളുടെ എണ്ണം വേഗത്തിൽ കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നതിനൊപ്പം, അയോൺ ബീം പ്രവാഹത്തിന് ഒരു വഴികാട്ടിയായി കാന്തികക്ഷേത്രം പ്രവർത്തിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത മൾട്ടി-ആർക്ക് അയോൺ കോട്ടിംഗ് രീതിയുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, ഈ ഘടനാപരമായ ഉപകരണം മറ്റ് രീതികൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന കാര്യക്ഷമതയിലെ ഗണ്യമായ കുറവിനെ മറികടക്കുന്നു, കൂടാതെ വലിയ കണങ്ങളുടെ എണ്ണം ഏകദേശം 60% കുറയ്ക്കുമ്പോൾ അടിസ്ഥാനപരമായി സ്ഥിരമായ ഫിലിം ഡിപ്പോസിഷൻ നിരക്ക് ഉറപ്പാക്കാനും കഴിയും.
(2) വക്ര-തരം ഘടന. ഘടനയ്ക്ക് വിവിധ രൂപങ്ങളുണ്ടെങ്കിലും, അടിസ്ഥാന തത്വം ഒന്നുതന്നെയാണ്. കാന്തികക്ഷേത്രത്തിന്റെയും വൈദ്യുതക്ഷേത്രത്തിന്റെയും സംയോജിത പ്രവർത്തനത്തിന് കീഴിലാണ് പ്ലാസ്മ നീങ്ങുന്നത്, കാന്തിക ബലരേഖകളുടെ ദിശയിലൂടെ ചലനം വ്യതിചലിപ്പിക്കാതെ പ്ലാസ്മയെ പരിമിതപ്പെടുത്താനും നിയന്ത്രിക്കാനും കാന്തികക്ഷേത്രം ഉപയോഗിക്കുന്നു. ചാർജ് ചെയ്യാത്ത കണികകൾ രേഖീയത്തിലൂടെ നീങ്ങുകയും വേർതിരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യും. ഈ ഘടനാപരമായ ഉപകരണം തയ്യാറാക്കിയ ഫിലിമുകൾക്ക് ഉയർന്ന കാഠിന്യം, കുറഞ്ഞ ഉപരിതല പരുക്കൻത, നല്ല സാന്ദ്രത, ഏകീകൃത ധാന്യ വലുപ്പം, ശക്തമായ ഫിലിം ബേസ് അഡീഷൻ എന്നിവയുണ്ട്. ഈ തരത്തിലുള്ള ഉപകരണം പൂശിയ ta-C ഫിലിമുകളുടെ ഉപരിതല കാഠിന്യം 56 GPa-ൽ എത്തുമെന്ന് XPS വിശകലനം കാണിക്കുന്നു, അതിനാൽ വലിയ കണികകൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനുള്ള ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നതും ഫലപ്രദവുമായ രീതിയാണ് വളഞ്ഞ ഘടന ഉപകരണം, എന്നാൽ ലക്ഷ്യ അയോൺ ഗതാഗത കാര്യക്ഷമത കൂടുതൽ മെച്ചപ്പെടുത്തേണ്ടതുണ്ട്. 90° വളവ് കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണം ഏറ്റവും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന വളഞ്ഞ ഘടന ഉപകരണങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്. Ta-C ഫിലിമുകളുടെ ഉപരിതല പ്രൊഫൈലിലെ പരീക്ഷണങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത് 90° ബെൻഡ് മാഗ്നറ്റിക് ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ 360° ബെൻഡ് മാഗ്നറ്റിക് ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ ഉപരിതല പ്രൊഫൈൽ വലിയ മാറ്റമൊന്നും വരുത്തുന്നില്ല എന്നാണ്, അതിനാൽ വലിയ കണങ്ങൾക്ക് 90° ബെൻഡ് മാഗ്നറ്റിക് ഫിൽട്രേഷന്റെ പ്രഭാവം അടിസ്ഥാനപരമായി കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. 90° ബെൻഡ് മാഗ്നറ്റിക് ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന് പ്രധാനമായും രണ്ട് തരം ഘടനകളുണ്ട്: ഒന്ന് വാക്വം ചേമ്പറിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു ബെൻഡ് സോളിനോയിഡ് ആണ്, മറ്റൊന്ന് വാക്വം ചേമ്പറിന് പുറത്ത് സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്നു, അവ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം ഘടനയിൽ മാത്രമാണ്. 90° ബെൻഡ് മാഗ്നറ്റിക് ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തന മർദ്ദം 10-2Pa ക്രമത്തിലാണ്, കൂടാതെ കോട്ടിംഗ് നൈട്രൈഡ്, ഓക്സൈഡ്, അമോർഫസ് കാർബൺ, സെമികണ്ടക്ടർ ഫിലിം, ലോഹം അല്ലെങ്കിൽ നോൺ-മെറ്റൽ ഫിലിം തുടങ്ങിയ വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് ഉപയോഗിക്കാൻ കഴിയും.

കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ കാര്യക്ഷമത
ഭിത്തിയുമായുള്ള തുടർച്ചയായ കൂട്ടിയിടികളിൽ എല്ലാ വലിയ കണികകൾക്കും ഗതികോർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടാൻ കഴിയില്ല എന്നതിനാൽ, പൈപ്പ് ഔട്ട്‌ലെറ്റ് വഴി ഒരു നിശ്ചിത എണ്ണം വലിയ കണികകൾ അടിവസ്ത്രത്തിൽ എത്തും. അതിനാൽ, നീളമുള്ളതും ഇടുങ്ങിയതുമായ ഒരു കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന് വലിയ കണങ്ങളുടെ ഉയർന്ന ഫിൽട്രേഷൻ കാര്യക്ഷമതയുണ്ട്, എന്നാൽ ഈ സമയത്ത് അത് ലക്ഷ്യ അയോണുകളുടെ നഷ്ടം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതേ സമയം ഘടനയുടെ സങ്കീർണ്ണത വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. അതിനാൽ, കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന് മികച്ച വലിയ കണിക നീക്കം ചെയ്യലും അയോൺ ഗതാഗതത്തിന്റെ ഉയർന്ന കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കുന്നത് മൾട്ടി-ആർക്ക് അയോൺ കോട്ടിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്ക് ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ള നേർത്ത ഫിലിമുകൾ നിക്ഷേപിക്കുന്നതിൽ വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യത ഉണ്ടായിരിക്കുന്നതിന് ആവശ്യമായ ഒരു മുൻവ്യവസ്ഥയാണ്. കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ പ്രവർത്തനത്തെ കാന്തികക്ഷേത്ര ശക്തി, ബെൻഡ് ബയസ്, മെക്കാനിക്കൽ ബാഫിൾ അപ്പർച്ചർ, ആർക്ക് സോഴ്‌സ് കറന്റ്, ചാർജ്ജ് ചെയ്ത കണികാ സംഭവ ആംഗിൾ എന്നിവ ബാധിക്കുന്നു. കാന്തിക ഫിൽട്രേഷൻ ഉപകരണത്തിന്റെ ന്യായമായ പാരാമീറ്ററുകൾ സജ്ജീകരിക്കുന്നതിലൂടെ, വലിയ കണങ്ങളുടെ ഫിൽട്ടറിംഗ് ഫലവും ലക്ഷ്യത്തിന്റെ അയോൺ കൈമാറ്റ കാര്യക്ഷമതയും ഫലപ്രദമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ കഴിയും.