Teknolojia ya kuchuja sumaku

Nadharia ya msingi ya kifaa cha kuchuja sumaku
Utaratibu wa kuchuja wa kifaa cha kuchuja sumaku kwa chembe kubwa kwenye boriti ya plasma ni kama ifuatavyo:
Kwa kutumia tofauti kati ya plasma na chembe kubwa katika chaji na uwiano wa chaji-kwa-uzito, kuna "kizuizi" (ama kizuizi au ukuta wa bomba uliopinda) kinachowekwa kati ya substrate na uso wa kathodi, ambacho huzuia chembe zozote zinazosonga katika mstari ulionyooka kati ya kathodi na substrate, huku ioni zikiweza kupotoshwa na uwanja wa sumaku na kupita kupitia "kizuizi" hadi substrate.

Kanuni ya uendeshaji wa kifaa cha kuchuja sumaku

Katika uwanja wa sumaku, Pe<

Pe na Pi ni radii ya Larmor ya elektroni na ioni mtawalia, na a ni kipenyo cha ndani cha kichujio cha sumaku. Elektroni katika plasma huathiriwa na nguvu ya Lorentz na huzunguka kwenye uwanja wa sumaku kwa mhimili, huku uwanja wa sumaku ukiwa na athari ndogo kwenye mkusanyiko wa ioni kutokana na tofauti kati ya ioni na elektroni katika radius ya Larmor. Hata hivyo, wakati mwendo wa elektroni kwenye mhimili wa kifaa cha kichujio cha sumaku, itavutia ioni kwenye mhimili kwa mwendo wa mzunguko kutokana na umakini wake na uwanja wa umeme hasi wenye nguvu, na kasi ya elektroni ni kubwa kuliko ioni, kwa hivyo elektroni huvuta ioni mbele kila wakati, huku plasma ikibaki kuwa ya kiasi fulani bila umeme. Chembe kubwa hazina umeme au zina chaji hasi kidogo, na ubora ni mkubwa zaidi kuliko ioni na elektroni, kimsingi haziathiriwi na uwanja wa sumaku na mwendo wa mstari kando ya inertia, na zitachujwa baada ya kugongana na ukuta wa ndani wa kifaa.
Chini ya kazi ya pamoja ya mkunjo wa uwanja wa sumaku unaopinda na mteremko wa gradient na mgongano wa ioni-elektroni, plasma inaweza kupotoshwa katika kifaa cha kuchuja sumaku. Katika Mifumo ya kawaida ya kinadharia inayotumika leo ni modeli ya flux ya Morozov na modeli ya rotor ngumu ya Davidson, ambayo ina sifa ifuatayo ya kawaida: kuna uwanja wa sumaku unaofanya elektroni zisogee kwa njia ya mviringo kabisa.
Nguvu ya uwanja wa sumaku unaoongoza mwendo wa mhimili wa plasma katika kifaa cha kuchuja sumaku inapaswa kuwa hivi:

Mi, Vo, na Z ni uzito wa ioni, kasi ya usafirishaji, na idadi ya chaji zinazobebwa mtawalia. a ni kipenyo cha ndani cha kichujio cha sumaku, na e ni chaji ya elektroni.
Ikumbukwe kwamba baadhi ya ioni zenye nguvu nyingi haziwezi kufungwa kikamilifu na boriti ya elektroni. Huenda zikafika kwenye ukuta wa ndani wa kichujio cha sumaku, na kufanya ukuta wa ndani uwe na uwezo chanya, ambao huzuia ioni kuendelea kufikia ukuta wa ndani na kupunguza upotevu wa plasma.
Kulingana na jambo hili, shinikizo chanya linalofaa linaweza kutumika kwenye ukuta wa kifaa cha kichujio cha sumaku ili kuzuia mgongano wa ioni ili kuboresha ufanisi wa usafirishaji wa ioni lengwa.

Uainishaji wa kifaa cha kuchuja sumaku
(1) Muundo wa mstari. Sehemu ya sumaku hufanya kazi kama mwongozo wa mtiririko wa boriti ya ioni, kupunguza ukubwa wa doa la kathodi na uwiano wa makundi ya chembe ndogo, huku ikizidisha migongano ndani ya plasma, na kusababisha ubadilishaji wa chembe zisizo na upande wowote kuwa ioni na kupunguza idadi ya makundi ya chembe ndogo, na kupunguza haraka idadi ya chembe kubwa kadri nguvu ya sehemu ya sumaku inavyoongezeka. Ikilinganishwa na mbinu ya kawaida ya mipako ya ioni zenye safu nyingi, kifaa hiki kilichopangwa kinashinda upunguzaji mkubwa wa ufanisi unaosababishwa na njia zingine na kinaweza kuhakikisha kiwango cha uwekaji wa filamu bila kikomo huku kikipunguza idadi ya chembe kubwa kwa takriban 60%.
(2) Muundo wa aina ya mkunjo. Ingawa muundo una maumbo mbalimbali, lakini kanuni ya msingi ni ile ile. Plasma husogea chini ya kazi ya pamoja ya uwanja wa sumaku na uwanja wa umeme, na uwanja wa sumaku hutumika kuzuia na kudhibiti plasma bila kupotosha mwendo kando ya mwelekeo wa mistari ya nguvu ya sumaku. Na chembe zisizochajiwa zitasogea kando ya mstari na kutenganishwa. Filamu zilizotayarishwa na kifaa hiki cha kimuundo zina ugumu mkubwa, ukali mdogo wa uso, msongamano mzuri, ukubwa sawa wa chembe, na mshikamano imara wa msingi wa filamu. Uchambuzi wa XPS unaonyesha kuwa ugumu wa uso wa filamu za ta-C zilizofunikwa na aina hii ya kifaa unaweza kufikia 56 GPa, kwa hivyo kifaa cha muundo kilichopinda ndiyo njia inayotumika sana na yenye ufanisi kwa ajili ya kuondoa chembe kubwa, lakini ufanisi wa usafirishaji wa ioni lengwa unahitaji kuboreshwa zaidi. Kifaa cha kuchuja sumaku cha 90° bend ni mojawapo ya vifaa vya muundo vilivyopinda vinavyotumika sana. Majaribio kwenye wasifu wa uso wa filamu za Ta-C yanaonyesha kuwa wasifu wa uso wa kifaa cha kuchuja sumaku cha 360° bend haubadiliki sana ikilinganishwa na kifaa cha kuchuja sumaku cha 90° bend, kwa hivyo athari ya kuchuja sumaku cha 90° bend kwa chembe kubwa inaweza kupatikana kimsingi. Kifaa cha kuchuja sumaku cha kupinda cha 90° kina aina mbili za miundo: moja ni solenoid ya kupinda iliyowekwa kwenye chumba cha utupu, na nyingine imewekwa nje ya chumba cha utupu, na tofauti kati yao iko kwenye muundo pekee. Shinikizo la kufanya kazi la kifaa cha kuchuja sumaku cha kupinda cha 90° ni katika mpangilio wa 10-2Pa, na inaweza kutumika katika matumizi mbalimbali, kama vile nitridi ya mipako, oksidi, kaboni isiyo na umbo, filamu ya semiconductor na filamu ya chuma au isiyo ya chuma.

Ufanisi wa kifaa cha kuchuja sumaku
Kwa kuwa si chembe zote kubwa zinaweza kupoteza nishati ya kinetiki katika mgongano unaoendelea na ukuta, idadi fulani ya chembe kubwa itafikia substrate kupitia njia ya kutolea nje ya bomba. Kwa hivyo, kifaa kirefu na chembamba cha kuchuja sumaku kina ufanisi mkubwa wa kuchuja wa chembe kubwa, lakini kwa wakati huu kitaongeza upotevu wa ioni lengwa na wakati huo huo kuongeza ugumu wa muundo. Kwa hivyo, kuhakikisha kwamba kifaa cha kuchuja sumaku kina uondoaji bora wa chembe kubwa na ufanisi mkubwa wa usafirishaji wa ioni ni sharti muhimu kwa teknolojia ya mipako ya ioni nyingi ili kuwa na matarajio mapana ya matumizi katika kuweka filamu nyembamba zenye utendaji wa juu. Uendeshaji wa kifaa cha kuchuja sumaku huathiriwa na nguvu ya uwanja wa sumaku, upendeleo wa kupinda, uwazi wa mitambo wa baffle, mkondo wa chanzo cha arc na pembe ya kutokea kwa chembe iliyochajiwa. Kwa kuweka vigezo vinavyofaa vya kifaa cha kuchuja sumaku, athari ya kuchuja ya chembe kubwa na ufanisi wa uhamishaji wa ioni wa lengwa inaweza kuboreshwa kwa ufanisi.