Teknologjia e filtrimit magnetik

Teoria bazë e pajisjes së filtrimit magnetik
Mekanizmi i filtrimit të pajisjes magnetike të filtrimit për grimcat e mëdha në rrezen e plazmës është si më poshtë:
Duke përdorur ndryshimin midis plazmës dhe grimcave të mëdha në raportin e ngarkesës dhe ngarkesës me masën, ekziston një "barrierë" (ose një defekt ose një mur tubi i lakuar) që vendoset midis substratit dhe sipërfaqes së katodës, e cila bllokon çdo grimcë që lëviz në vijë të drejtë midis katodës dhe substratit, ndërsa jonet mund të devijohen nga fusha magnetike dhe të kalojnë përmes "barrierës" në substrat.

Parimi i funksionimit të pajisjes së filtrimit magnetik

Në fushën magnetike, Pe<

Pe dhe Pi janë përkatësisht rrezet Larmor të elektroneve dhe joneve, dhe a është diametri i brendshëm i filtrit magnetik. Elektronet në plazmë ndikohen nga forca e Lorencit dhe rrotullohen përgjatë fushës magnetike në mënyrë aksiale, ndërsa fusha magnetike ka më pak efekt në grumbullimin e joneve për shkak të ndryshimit midis joneve dhe elektroneve në rrezen Larmor. Megjithatë, kur lëvizja e elektronit përgjatë boshtit të pajisjes së filtrit magnetik, ajo do të tërheqë jonet përgjatë boshtit për lëvizjen rrotulluese për shkak të fokusit të saj dhe fushës së fortë negative elektrike, dhe shpejtësia e elektronit është më e madhe se joni, kështu që elektroni vazhdimisht e tërheq jonin përpara, ndërsa plazma mbetet gjithmonë kuazi-elektrike neutrale. Grimcat e mëdha janë elektrikisht neutrale ose pak të ngarkuara negativisht, dhe cilësia është shumë më e madhe se jonet dhe elektronet, në thelb nuk ndikohen nga fusha magnetike dhe lëvizja lineare përgjatë inercisë, dhe do të filtrohen pas përplasjes me murin e brendshëm të pajisjes.
Nën funksionin e kombinuar të lakimit të fushës magnetike të përkuljes dhe zhvendosjes së gradientit dhe përplasjeve jon-elektron, plazma mund të devijohet në pajisjen e filtrimit magnetik. Modelet teorike të zakonshme që përdoren sot janë modeli i fluksit Morozov dhe modeli i rotorit të ngurtë Davidson, të cilët kanë veçorinë e mëposhtme të përbashkët: ekziston një fushë magnetike që i bën elektronet të lëvizin në një mënyrë strikte helikoidale.
Fuqia e fushës magnetike që drejton lëvizjen aksiale të plazmës në pajisjen e filtrimit magnetik duhet të jetë e tillë që:

Mi, Vo dhe Z janë përkatësisht masa e jonit, shpejtësia e transportit dhe numri i ngarkesave të mbartura. a është diametri i brendshëm i filtrit magnetik dhe e është ngarkesa e elektronit.
Duhet theksuar se disa jone me energji më të lartë nuk mund të lidhen plotësisht nga rrezja e elektroneve. Ato mund të arrijnë murin e brendshëm të filtrit magnetik, duke e bërë murin e brendshëm në një potencial pozitiv, gjë që nga ana tjetër pengon që jonet të vazhdojnë të arrijnë murin e brendshëm dhe zvogëlon humbjen e plazmës.
Sipas këtij fenomeni, një presion i përshtatshëm pozitiv i polarizimit mund të aplikohet në murin e pajisjes së filtrit magnetik për të penguar përplasjen e joneve dhe për të përmirësuar efikasitetin e transportit të joneve të synuara.

Klasifikimi i pajisjes së filtrimit magnetik
(1)Strukturë lineare. Fusha magnetike vepron si një udhëzues për rrjedhën e rrezes jonike, duke zvogëluar madhësinë e pikës së katodës dhe përqindjen e grumbujve të grimcave makroskopike, ndërkohë që intensifikon përplasjet brenda plazmës, duke nxitur shndërrimin e grimcave neutrale në jone dhe duke zvogëluar numrin e grumbujve të grimcave makroskopike, dhe duke zvogëluar me shpejtësi numrin e grimcave të mëdha ndërsa rritet forca e fushës magnetike. Krahasuar me metodën konvencionale të veshjes jonike me shumë hark, kjo pajisje e strukturuar kapërcen uljen e ndjeshme të efikasitetit të shkaktuar nga metodat e tjera dhe mund të sigurojë një shkallë depozitimi të filmit në thelb konstante, duke zvogëluar numrin e grimcave të mëdha me rreth 60%.
(2) Strukturë e tipit kurbë. Edhe pse struktura ka forma të ndryshme, parimi bazë është i njëjtë. Plazma lëviz nën funksionin e kombinuar të fushës magnetike dhe fushës elektrike, dhe fusha magnetike përdoret për të kufizuar dhe kontrolluar plazmën pa devijuar lëvizjen përgjatë drejtimit të vijave të forcës magnetike. Dhe grimcat e pangarkuara do të lëvizin përgjatë vijës lineare dhe do të ndahen. Filmat e përgatitur nga kjo pajisje strukturore kanë fortësi të lartë, vrazhdësi të ulët sipërfaqësore, dendësi të mirë, madhësi uniforme të kokrrizave dhe ngjitje të fortë të bazës së filmit. Analiza XPS tregon se fortësia sipërfaqësore e filmave ta-C të veshur me këtë lloj pajisjeje mund të arrijë 56 GPa, kështu që pajisja me strukturë të lakuar është metoda më e përdorur gjerësisht dhe efektive për heqjen e grimcave të mëdha, por efikasiteti i transportit të joneve të synuara duhet të përmirësohet më tej. Pajisja e filtrimit magnetik të përkuljes 90° është një nga pajisjet me strukturë të lakuar më të përdorura gjerësisht. Eksperimentet në profilin sipërfaqësor të filmave Ta-C tregojnë se profili sipërfaqësor i pajisjes së filtrimit magnetik të përkuljes 360° nuk ndryshon shumë krahasuar me pajisjen e filtrimit magnetik të përkuljes 90°, kështu që efekti i filtrimit magnetik të përkuljes 90° për grimcat e mëdha mund të arrihet në thelb. Pajisja e filtrimit magnetik me përkulje 90° ka kryesisht dy lloje strukturash: njëra është një solenoid me përkulje i vendosur në dhomën e vakumit dhe tjetra është vendosur jashtë dhomës së vakumit, dhe ndryshimi midis tyre është vetëm në strukturë. Presioni i punës i pajisjes së filtrimit magnetik me përkulje 90° është rreth 10-2Pa dhe mund të përdoret në një gamë të gjerë aplikimesh, të tilla si veshja e nitriteve, oksideve, karbonit amorf, filmit gjysmëpërçues dhe filmit metalik ose jometalik.

Efikasiteti i pajisjes së filtrimit magnetik
Meqenëse jo të gjitha grimcat e mëdha mund të humbasin energji kinetike në përplasje të vazhdueshme me murin, një numër i caktuar grimcash të mëdha do të arrijnë në substrat përmes daljes së tubit. Prandaj, një pajisje filtrimi magnetik e gjatë dhe e ngushtë ka një efikasitet më të lartë filtrimi të grimcave të mëdha, por në këtë kohë do të rrisë humbjen e joneve të synuara dhe në të njëjtën kohë do të rrisë kompleksitetin e strukturës. Prandaj, sigurimi që pajisja e filtrimit magnetik të ketë heqje të shkëlqyer të grimcave të mëdha dhe efikasitet të lartë të transportit të joneve është një parakusht i domosdoshëm që teknologjia e veshjes me jon me shumë hark të ketë një perspektivë të gjerë aplikimi në depozitimin e filmave të hollë me performancë të lartë. Funksionimi i pajisjes së filtrimit magnetik ndikohet nga forca e fushës magnetike, polarizimi i lakimit, hapja mekanike e defektit, rryma e burimit të harkut dhe këndi i incidencës së grimcave të ngarkuara. Duke vendosur parametra të arsyeshëm të pajisjes së filtrimit magnetik, efekti i filtrimit të grimcave të mëdha dhe efikasiteti i transferimit të joneve të objektivit mund të përmirësohen në mënyrë efektive.