चुंबकीय गाळण यंत्राचा मूलभूत सिद्धांत
प्लाझ्मा बीममधील मोठ्या कणांसाठी चुंबकीय फिल्टरिंग उपकरणाची फिल्टरिंग यंत्रणा खालीलप्रमाणे आहे:
प्लाझ्मा आणि मोठ्या कणांमधील चार्ज आणि चार्ज-टू-मास गुणोत्तरातील फरकाचा वापर करून, सबस्ट्रेट आणि कॅथोडच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान एक "अडथळा" (एकतर बॅफल किंवा वक्र नळीची भिंत) ठेवला जातो, जो कॅथोड आणि सबस्ट्रेट दरम्यान सरळ रेषेत जाणाऱ्या कोणत्याही कणांना रोखतो, तर आयन चुंबकीय क्षेत्रामुळे विचलित होऊन "अडथळ्या"मधून सबस्ट्रेटकडे जाऊ शकतात.
चुंबकीय गाळण यंत्राचे कार्यतत्त्व
चुंबकीय क्षेत्रात, Pe<
Pe आणि Pi या अनुक्रमे इलेक्ट्रॉन आणि आयन यांच्या लार्मर त्रिज्या आहेत, आणि a हा चुंबकीय फिल्टरचा आतील व्यास आहे. प्लाझ्मामधील इलेक्ट्रॉन लॉरेंट्झ बलामुळे प्रभावित होतात आणि चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने अक्षीयपणे फिरतात, तर आयन आणि इलेक्ट्रॉन यांच्या लार्मर त्रिज्येतील फरकामुळे चुंबकीय क्षेत्राचा आयनांच्या समूहीकरणावर कमी परिणाम होतो. तथापि, जेव्हा इलेक्ट्रॉन चुंबकीय फिल्टर उपकरणाच्या अक्षावर फिरतात, तेव्हा ते त्यांच्या केंद्रीकरणामुळे आणि तीव्र ऋण विद्युत क्षेत्रामुळे आयनांना अक्षाच्या दिशेने आकर्षित करतात, आणि इलेक्ट्रॉनचा वेग आयनपेक्षा जास्त असतो, त्यामुळे इलेक्ट्रॉन सतत आयनांना पुढे खेचतात, तर प्लाझ्मा नेहमी अर्ध-विद्युतदृष्ट्या उदासीन राहतो. मोठे कण विद्युतदृष्ट्या उदासीन किंवा किंचित ऋणभारित असतात, आणि त्यांची संख्या आयन आणि इलेक्ट्रॉनपेक्षा खूप जास्त असते, ते मूलतः चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावाखाली येत नाहीत आणि जडत्वानुसार रेषीय गतीने फिरतात, आणि उपकरणाच्या आतील भिंतीला धडकल्यानंतर गाळून टाकले जातात.
चुंबकीय क्षेत्राची वक्रता आणि प्रवणता अपवहन तसेच आयन-इलेक्ट्रॉन टक्कर यांच्या एकत्रित कार्यामुळे, चुंबकीय गाळण उपकरणामध्ये प्लाझ्मा विचलित केला जाऊ शकतो. आज वापरल्या जाणाऱ्या सामान्य सैद्धांतिक मॉडेल्समध्ये मोरोझोव्ह फ्लक्स मॉडेल आणि डेव्हिडसन रिजिड रोटर मॉडेल यांचा समावेश होतो, ज्यांचे खालील सामान्य वैशिष्ट्य आहे: एक चुंबकीय क्षेत्र असते जे इलेक्ट्रॉन्सना काटेकोरपणे सर्पिलाकार पद्धतीने फिरण्यास भाग पाडते.
चुंबकीय गाळण उपकरणामध्ये प्लाझ्माच्या अक्षीय गतीला मार्गदर्शन करणाऱ्या चुंबकीय क्षेत्राची शक्ती अशी असावी की:
Mi, Vo, आणि Z हे अनुक्रमे आयनचे वस्तुमान, वहन वेग आणि वाहून नेलेल्या प्रभारांची संख्या आहेत. a हा चुंबकीय फिल्टरचा आतील व्यास आहे आणि e हा इलेक्ट्रॉनचा प्रभार आहे.
हे लक्षात घेतले पाहिजे की काही उच्च ऊर्जेचे आयन इलेक्ट्रॉन बीमद्वारे पूर्णपणे बांधले जाऊ शकत नाहीत. ते चुंबकीय फिल्टरच्या आतील भिंतीपर्यंत पोहोचू शकतात, ज्यामुळे आतील भिंत धन विभवावर येते, आणि यामुळे आयनांना आतील भिंतीपर्यंत पोहोचणे थांबते व प्लाझ्माचा होणारा ऱ्हास कमी होतो.
या घटनेनुसार, आयनांची टक्कर रोखण्यासाठी आणि लक्ष्य आयन वहन कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी चुंबकीय फिल्टर उपकरणाच्या भिंतीवर योग्य सकारात्मक बायस दाब लागू केला जाऊ शकतो.
चुंबकीय गाळण उपकरणांचे वर्गीकरण
(१) रेषीय रचना. चुंबकीय क्षेत्र आयन बीमच्या प्रवाहासाठी मार्गदर्शक म्हणून काम करते, ज्यामुळे कॅथोड स्पॉटचा आकार आणि स्थूल कण समूहांचे प्रमाण कमी होते, त्याच वेळी प्लाझ्मामधील टक्कर तीव्र होते, उदासीन कणांचे आयनांमध्ये रूपांतर होण्यास चालना मिळते आणि स्थूल कण समूहांची संख्या कमी होते, आणि चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता वाढल्याने मोठ्या कणांची संख्या वेगाने कमी होते. पारंपरिक मल्टी-आर्क आयन कोटिंग पद्धतीच्या तुलनेत, हे संरचित उपकरण इतर पद्धतींमुळे होणारी कार्यक्षमतेतील लक्षणीय घट दूर करते आणि मोठ्या कणांची संख्या सुमारे ६०% ने कमी करूनही फिल्म जमा होण्याचा दर मूलतः स्थिर ठेवू शकते.
(२) वक्र-प्रकारची रचना. या रचनेची विविध रूपे असली तरी, मूलभूत तत्त्व एकच आहे. प्लाझ्मा चुंबकीय क्षेत्र आणि विद्युत क्षेत्राच्या एकत्रित कार्यामुळे गतिमान होतो, आणि चुंबकीय बलरेषांच्या दिशेने होणारी गती विचलित न करता प्लाझ्माला मर्यादित ठेवण्यासाठी व नियंत्रित करण्यासाठी चुंबकीय क्षेत्राचा वापर केला जातो. आणि अनावेशित कण सरळ रेषेत गतिमान होऊन वेगळे होतात. या संरचनात्मक उपकरणाद्वारे तयार केलेल्या फिल्म्समध्ये उच्च कठीणता, कमी पृष्ठभागीय खडबडपणा, चांगली घनता, एकसमान कण आकार आणि फिल्म-बेसचे मजबूत आसंजन असते. एक्सपीएस (XPS) विश्लेषणातून असे दिसून येते की, या प्रकारच्या उपकरणाने लेपित केलेल्या ta-C फिल्म्सची पृष्ठभागीय कठीणता ५६ GPa पर्यंत पोहोचू शकते, त्यामुळे वक्र रचना असलेले उपकरण हे मोठे कण काढून टाकण्यासाठी सर्वात जास्त वापरली जाणारी आणि प्रभावी पद्धत आहे, परंतु लक्ष्यित आयन वहन कार्यक्षमतेत आणखी सुधारणा करणे आवश्यक आहे. ९०° वाकलेले चुंबकीय गाळण उपकरण हे सर्वात जास्त वापरल्या जाणाऱ्या वक्र रचना उपकरणांपैकी एक आहे. Ta-C फिल्म्सच्या पृष्ठभागाच्या रचनेवरील प्रयोगांवरून असे दिसून येते की, ९०° बेंड मॅग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिव्हाइसच्या तुलनेत ३६०° बेंड मॅग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिव्हाइसच्या पृष्ठभागाच्या रचनेत फारसा बदल होत नाही, त्यामुळे मोठ्या कणांसाठी ९०° बेंड मॅग्नेटिक फिल्ट्रेशनचा परिणाम मूलभूतपणे साध्य करता येतो. ९०° बेंड मॅग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिव्हाइसच्या मुख्यत्वे दोन प्रकारच्या रचना आहेत: एक म्हणजे व्हॅक्यूम चेंबरमध्ये ठेवलेला बेंड सोलेनोइड आणि दुसरी म्हणजे व्हॅक्यूम चेंबरच्या बाहेर ठेवलेला सोलेनोइड, आणि त्यांच्यातील फरक केवळ रचनेत असतो. ९०° बेंड मॅग्नेटिक फिल्ट्रेशन डिव्हाइसचा कार्यकारी दाब १०⁻² Pa च्या श्रेणीत असतो आणि त्याचा उपयोग नायट्राइड, ऑक्साइड, अमॉर्फस कार्बन, सेमीकंडक्टर फिल्म आणि धातू किंवा अधातू फिल्मच्या कोटिंगसारख्या विस्तृत अनुप्रयोगांमध्ये केला जाऊ शकतो.
चुंबकीय गाळण उपकरणाची कार्यक्षमता
सर्वच मोठे कण भिंतीशी सतत टक्कर होऊन आपली गतिज ऊर्जा गमावू शकत नसल्यामुळे, काही मोठे कण पाईपच्या आउटलेटमधून सब्सट्रेटपर्यंत पोहोचतात. त्यामुळे, लांब आणि अरुंद चुंबकीय गाळण उपकरणाची मोठ्या कणांची गाळण कार्यक्षमता जास्त असते, परंतु यावेळी ते लक्ष्य आयनांचे नुकसान वाढवते आणि त्याच वेळी संरचनेची गुंतागुंत वाढवते. म्हणून, उच्च कार्यक्षमतेचे पातळ थर जमा करण्यासाठी मल्टी-आर्क आयन कोटिंग तंत्रज्ञानाला व्यापक अनुप्रयोग मिळण्याकरिता, चुंबकीय गाळण उपकरणामध्ये मोठ्या कणांना उत्कृष्टपणे काढून टाकण्याची आणि आयन वहनाची उच्च कार्यक्षमता असणे ही एक आवश्यक पूर्वअट आहे. चुंबकीय गाळण उपकरणाचे कार्य चुंबकीय क्षेत्राची तीव्रता, बेंड बायस, मेकॅनिकल बॅफल ॲपर्चर, आर्क सोर्स करंट आणि चार्ज्ड पार्टिकल इन्सिडन्स अँगल या घटकांवर अवलंबून असते. चुंबकीय गाळण उपकरणाचे पॅरामीटर्स योग्य प्रकारे सेट करून, मोठ्या कणांचा गाळण प्रभाव आणि लक्ष्याची आयन वहन कार्यक्षमता प्रभावीपणे सुधारली जाऊ शकते.
पोस्ट करण्याची वेळ: नोव्हेंबर-०८-२०२२