Magnetisk filtreringsteknologi

Grunnleggende teori om magnetisk filtreringsenhet
Filtreringsmekanismen til den magnetiske filtreringsanordningen for store partikler i plasmastrålen er som følger:
Ved å bruke forskjellen mellom plasma og store partikler i ladning og ladning-til-masse-forhold, er det en "barriere" (enten en baffel eller en buet rørvegg) plassert mellom substratet og katodeoverflaten, som blokkerer eventuelle partikler som beveger seg i en rett linje mellom katoden og substratet, mens ionene kan avledes av magnetfeltet og passere gjennom "barrieren" til substratet.

Arbeidsprinsippet for magnetisk filtreringsenhet

I magnetfeltet er Pe<

Pe og Pi er Larmor-radiene til henholdsvis elektroner og ioner, og a er den indre diameteren til magnetfilteret.Elektronene i plasmaet påvirkes av Lorentz-kraften og spinner langs magnetfeltet aksialt, mens magnetfeltet har mindre effekt på ionenes gruppering på grunn av forskjellen mellom ionene og elektronene i Larmor-radiusen.Men når elektronbevegelsen langs aksen til den magnetiske filteranordningen, vil den tiltrekke ioner langs aksialet for rotasjonsbevegelsen på grunn av fokuset og det sterke negative elektriske feltet, og elektronhastigheten er større enn ionet, så elektronet trekker hele tiden ionet fremover, mens plasmaet alltid forblir kvasi-elektrisk nøytralt.De store partiklene er elektrisk nøytrale eller svakt negativt ladede, og kvaliteten er mye større enn ionene og elektronene, i utgangspunktet ikke påvirket av magnetfeltet og lineær bevegelse langs tregheten, og vil filtreres ut etter kollisjon med innerveggen i enhet.
Under den kombinerte funksjonen til den bøyende magnetiske feltkrumningen og gradientdrift og ione-elektronkollisjoner, kan plasmaet avledes i den magnetiske filtreringsanordningen.I De vanlige teoretiske modellene som brukes i dag er Morozov-fluksmodellen og Davidsons stive rotormodell, som har følgende fellestrekk: det er et magnetfelt som får elektronene til å bevege seg på en strengt skruelinjeformet måte.
Styrken til magnetfeltet som styrer den aksiale bevegelsen til plasmaet i den magnetiske filtreringsanordningen bør være slik at:

Mi, Vo og Z er henholdsvis ionemassen, transporthastigheten og antall ladninger.a er den indre diameteren til magnetfilteret, og e er elektronladningen.
Det skal bemerkes at noen ioner med høyere energi ikke kan bindes fullstendig av elektronstrålen.De kan nå innerveggen til magnetfilteret, noe som gjør den indre veggen til et positivt potensial, som igjen hindrer ionene i å fortsette å nå innerveggen og reduserer tapet av plasma.
I henhold til dette fenomenet kan et passende positivt forspenningstrykk påføres veggen til den magnetiske filteranordningen for å hindre kollisjon av ioner for å forbedre målionetransporteffektiviteten.

Klassifisering av magnetisk filtreringsanordning
(1) Lineær struktur.Det magnetiske feltet fungerer som en guide for ionestrålestrømmen, reduserer størrelsen på katodeflekken og andelen makroskopiske partikkelklynger, samtidig som det forsterker kollisjonene i plasmaet, gir konvertering av nøytrale partikler til ioner og reduserer antallet makroskopiske partikler. partikkelklynger, og raskt redusere antall store partikler når magnetfeltstyrken øker.Sammenlignet med den konvensjonelle multi-arc ion beleggmetoden, overvinner denne strukturerte enheten den betydelige reduksjonen i effektivitet forårsaket av andre metoder og kan sikre i det vesentlige konstant filmavsetningshastighet samtidig som den reduserer antallet store partikler med omtrent 60 %.
(2) Kurve-type struktur.Selv om strukturen har ulike former, men det grunnleggende prinsippet er det samme.Plasmaet beveger seg under den kombinerte funksjonen av magnetfelt og elektrisk felt, og magnetfeltet brukes til å begrense og kontrollere plasmaet uten å avlede bevegelse langs retningen til magnetiske kraftlinjer.Og de uladede partiklene vil bevege seg langs det lineære og separeres.Filmene fremstilt av denne strukturelle enheten har høy hardhet, lav overflateruhet, god tetthet, jevn kornstørrelse og sterk filmbasevedheft.XPS-analyse viser at overflatehardheten til ta-C-filmer belagt med denne typen enhet kan nå 56 GPa, og dermed er enheten med buet struktur den mest brukte og effektive metoden for fjerning av store partikler, men målet ionetransporteffektivitet må være ytterligere forbedret.Den 90° bøyde magnetiske filtreringsenheten er en av de mest brukte enhetene med buet struktur.Eksperimenter på overflateprofilen til Ta-C-filmer viser at overflateprofilen til 360° bøy magnetisk filtreringsanordning ikke endres mye sammenlignet med 90° bøy magnetisk filtreringsanordning, så effekten av 90° bøy magnetisk filtrering for store partikler kan i utgangspunktet være oppnådd.90° bøy magnetisk filtreringsanordning har hovedsakelig to typer strukturer: den ene er en bøyningssolenoid plassert i vakuumkammeret, og den andre er plassert ut av vakuumkammeret, og forskjellen mellom dem er bare i strukturen.Arbeidstrykket til 90° bøyd magnetisk filtreringsanordning er i størrelsesorden 10-2Pa, og den kan brukes i et bredt spekter av applikasjoner, for eksempel belegg av nitrid, oksid, amorft karbon, halvlederfilm og metall- eller ikke-metallfilm .

Effektiviteten til magnetisk filtreringsenhet
Siden ikke alle store partikler kan miste kinetisk energi ved kontinuerlige kollisjoner med veggen, vil et visst antall store partikler nå substratet gjennom rørutløpet.Derfor har en lang og smal magnetisk filtreringsanordning en høyere filtreringseffektivitet av store partikler, men på dette tidspunktet vil det øke tapet av målioner og samtidig øke kompleksiteten til strukturen.Derfor er det å sikre at den magnetiske filtreringsanordningen har utmerket fjerning av store partikler og høy effektivitet av ionetransport en nødvendig forutsetning for at multi-arc ionebeleggsteknologi skal ha et bredt brukspotensial for å avsette tynne filmer med høy ytelse.Virkemåten til den magnetiske filtreringsanordningen påvirkes av magnetfeltstyrken, bøyningsforspenningen, den mekaniske ledeplatens åpning, lysbuekildestrømmen og innfallsvinkelen for ladede partikler.Ved å angi rimelige parametere for den magnetiske filtreringsanordningen, kan filtreringseffekten av store partikler og ioneoverføringseffektiviteten til målet forbedres effektivt.