चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको आधारभूत सिद्धान्त
प्लाज्मा बीममा ठूला कणहरूको लागि चुम्बकीय फिल्टरिङ उपकरणको फिल्टरिङ संयन्त्र निम्नानुसार छ:
प्लाज्मा र चार्जमा रहेका ठूला कणहरू र चार्ज-टु-मास अनुपात बीचको भिन्नता प्रयोग गरेर, सब्सट्रेट र क्याथोड सतहको बीचमा "अवरोध" (या त बाफल वा घुमाउरो ट्यूब भित्ता) राखिएको हुन्छ, जसले क्याथोड र सब्सट्रेट बीचको सिधा रेखामा सर्ने कुनै पनि कणहरूलाई रोक्छ, जबकि आयनहरू चुम्बकीय क्षेत्रद्वारा विचलित हुन सक्छन् र "अवरोध" मार्फत सब्सट्रेटमा जान सक्छन्।
चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको कार्य सिद्धान्त
चुम्बकीय क्षेत्रमा, Pe<
Pe र Pi क्रमशः इलेक्ट्रोन र आयनहरूको लार्मोर त्रिज्या हुन्, र a चुम्बकीय फिल्टरको भित्री व्यास हो। प्लाज्मामा रहेका इलेक्ट्रोनहरू लोरेन्ट्ज बलबाट प्रभावित हुन्छन् र चुम्बकीय क्षेत्र अक्षीय रूपमा घुम्छन्, जबकि लार्मोर त्रिज्यामा आयनहरू र इलेक्ट्रोनहरू बीचको भिन्नताको कारणले चुम्बकीय क्षेत्रले आयनहरूको समूहमा कम प्रभाव पार्छ। यद्यपि, चुम्बकीय फिल्टर उपकरणको अक्षको साथ इलेक्ट्रोन चाल गर्दा, यसको फोकस र बलियो नकारात्मक विद्युत क्षेत्रको कारणले गर्दा यसले अक्षीय साथ आयनहरूलाई घुमाउने गतिको लागि आकर्षित गर्नेछ, र इलेक्ट्रोन गति आयन भन्दा बढी हुन्छ, त्यसैले इलेक्ट्रोनले निरन्तर आयनलाई अगाडि तान्छ, जबकि प्लाज्मा सधैं अर्ध-विद्युतीय रूपमा तटस्थ रहन्छ। ठूला कणहरू विद्युतीय रूपमा तटस्थ वा थोरै नकारात्मक रूपमा चार्ज गरिएका हुन्छन्, र गुणस्तर आयनहरू र इलेक्ट्रोनहरू भन्दा धेरै ठूलो हुन्छ, मूल रूपमा चुम्बकीय क्षेत्र र जडत्वको साथ रेखीय गतिबाट प्रभावित हुँदैन, र उपकरणको भित्री पर्खालसँग टक्कर पछि फिल्टर गरिनेछ।
झुकाउने चुम्बकीय क्षेत्र वक्रता र ग्रेडियन्ट ड्रिफ्ट र आयन-इलेक्ट्रोन टक्करहरूको संयुक्त कार्य अन्तर्गत, चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणमा प्लाज्मालाई विचलित गर्न सकिन्छ। आज प्रयोग हुने सामान्य सैद्धान्तिक मोडेलहरू मोरोजोभ फ्लक्स मोडेल र डेभिडसन कठोर रोटर मोडेल हुन्, जसमा निम्न सामान्य विशेषताहरू छन्: त्यहाँ एक चुम्बकीय क्षेत्र छ जसले इलेक्ट्रोनहरूलाई कडा रूपमा पेचदार तरिकाले सार्न बनाउँछ।
चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणमा प्लाज्माको अक्षीय गतिलाई निर्देशित गर्ने चुम्बकीय क्षेत्रको बल यस्तो हुनुपर्छ:
Mi, Vo, र Z क्रमशः आयन पिण्ड, परिवहन वेग, र बोकेको चार्जको संख्या हुन्। a चुम्बकीय फिल्टरको भित्री व्यास हो, र e इलेक्ट्रोन चार्ज हो।
यो कुरा ध्यान दिनुपर्छ कि केही उच्च ऊर्जा आयनहरू इलेक्ट्रोन बीमद्वारा पूर्ण रूपमा बाँध्न सकिँदैन। तिनीहरू चुम्बकीय फिल्टरको भित्री पर्खालमा पुग्न सक्छन्, जसले गर्दा भित्री पर्खाल सकारात्मक क्षमतामा हुन्छ, जसले गर्दा आयनहरूलाई भित्री पर्खालमा पुग्न जारी राख्नबाट रोक्छ र प्लाज्माको क्षति कम गर्छ।
यस घटना अनुसार, लक्षित आयन परिवहन दक्षता सुधार गर्न आयनहरूको टक्करलाई रोक्न चुम्बकीय फिल्टर उपकरणको भित्तामा उपयुक्त सकारात्मक पूर्वाग्रह दबाब लागू गर्न सकिन्छ।
चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको वर्गीकरण
(१) रैखिक संरचना। चुम्बकीय क्षेत्रले आयन बीम प्रवाहको लागि मार्गदर्शकको रूपमा काम गर्दछ, क्याथोड स्पटको आकार र म्याक्रोस्कोपिक कण क्लस्टरहरूको अनुपात घटाउँछ, जबकि प्लाज्मा भित्रको टक्करहरूलाई तीव्र बनाउँछ, तटस्थ कणहरूलाई आयनहरूमा रूपान्तरण गर्न र म्याक्रोस्कोपिक कण क्लस्टरहरूको संख्या घटाउँछ, र चुम्बकीय क्षेत्र शक्ति बढ्दै जाँदा ठूला कणहरूको संख्या द्रुत रूपमा घटाउँछ। परम्परागत बहु-आर्क आयन कोटिंग विधिको तुलनामा, यो संरचित उपकरणले अन्य विधिहरूले गर्दा हुने दक्षतामा भएको उल्लेखनीय कमीलाई पार गर्छ र ठूला कणहरूको संख्या लगभग ६०% ले घटाउँदै अनिवार्य रूपमा स्थिर फिल्म निक्षेप दर सुनिश्चित गर्न सक्छ।
(२) वक्र-प्रकारको संरचना। संरचनाका विभिन्न रूपहरू भए पनि, आधारभूत सिद्धान्त एउटै हो। प्लाज्मा चुम्बकीय क्षेत्र र विद्युतीय क्षेत्रको संयुक्त कार्य अन्तर्गत सर्छ, र चुम्बकीय क्षेत्र चुम्बकीय बल रेखाहरूको दिशामा गति विचलित नगरी प्लाज्मालाई सीमित गर्न र नियन्त्रण गर्न प्रयोग गरिन्छ। र चार्ज नगरिएका कणहरू रेखीय रूपमा सर्नेछन् र अलग हुनेछन्। यस संरचनात्मक उपकरणद्वारा तयार पारिएका फिल्महरूमा उच्च कठोरता, कम सतह खुरदरापन, राम्रो घनत्व, एकसमान अन्न आकार, र बलियो फिल्म आधार आसंजन हुन्छ। XPS विश्लेषणले देखाउँछ कि यस प्रकारको उपकरणसँग लेपित ta-C फिल्महरूको सतह कठोरता 56 GPa पुग्न सक्छ, यसरी वक्र संरचना उपकरण ठूला कण हटाउनको लागि सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने र प्रभावकारी विधि हो, तर लक्ष्य आयन यातायात दक्षतालाई अझ सुधार गर्न आवश्यक छ। 90° मोड चुम्बकीय निस्पंदन उपकरण सबैभन्दा व्यापक रूपमा प्रयोग हुने वक्र संरचना उपकरणहरू मध्ये एक हो। Ta-C फिल्महरूको सतह प्रोफाइलमा गरिएका प्रयोगहरूले देखाउँछन् कि ३६०° बेन्ड चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको सतह प्रोफाइल ९०° बेन्ड चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको तुलनामा धेरै परिवर्तन हुँदैन, त्यसैले ठूला कणहरूको लागि ९०° बेन्ड चुम्बकीय निस्पंदनको प्रभाव मूल रूपमा प्राप्त गर्न सकिन्छ। ९०° बेन्ड चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणमा मुख्यतया दुई प्रकारका संरचनाहरू हुन्छन्: एउटा भ्याकुम चेम्बरमा राखिएको बेन्ड सोलेनोइड हो, र अर्को भ्याकुम चेम्बरबाट बाहिर राखिएको हुन्छ, र तिनीहरू बीचको भिन्नता संरचनामा मात्र हुन्छ। ९०° बेन्ड चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको काम गर्ने दबाब १०-२Pa को क्रममा हुन्छ, र यसलाई कोटिंग नाइट्राइड, अक्साइड, आकारहीन कार्बन, अर्धचालक फिल्म र धातु वा गैर-धातु फिल्म जस्ता विस्तृत दायरामा प्रयोग गर्न सकिन्छ।
चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको दक्षता
सबै ठूला कणहरूले भित्तासँग निरन्तर टक्कर हुँदा गतिज ऊर्जा गुमाउन नसक्ने भएकोले, निश्चित संख्यामा ठूला कणहरू पाइप आउटलेट मार्फत सब्सट्रेटमा पुग्नेछन्। त्यसकारण, लामो र साँघुरो चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणमा ठूला कणहरूको निस्पंदन दक्षता उच्च हुन्छ, तर यस समयमा यसले लक्ष्य आयनहरूको क्षति बढाउनेछ र एकै समयमा संरचनाको जटिलता बढाउनेछ। त्यसकारण, चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणमा उत्कृष्ट ठूला कण हटाउने र आयन यातायातको उच्च दक्षता सुनिश्चित गर्नु बहु-आर्क आयन कोटिंग प्रविधिको लागि उच्च प्रदर्शन पातलो फिल्महरू जम्मा गर्न व्यापक अनुप्रयोग सम्भावनाको लागि आवश्यक पूर्वशर्त हो। चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको सञ्चालन चुम्बकीय क्षेत्र शक्ति, बेन्ड बायस, मेकानिकल बाफल एपर्चर, आर्क स्रोत वर्तमान र चार्ज गरिएको कण घटना कोणबाट प्रभावित हुन्छ। चुम्बकीय निस्पंदन उपकरणको उचित प्यारामिटरहरू सेट गरेर, ठूला कणहरूको फिल्टरिंग प्रभाव र लक्ष्यको आयन स्थानान्तरण दक्षता प्रभावकारी रूपमा सुधार गर्न सकिन्छ।
पोस्ट समय: नोभेम्बर-०८-२०२२