Teknolohiya ng pagsasala ng magnetiko

Pangunahing teorya ng magnetic filtration device
Ang mekanismo ng pagsasala ng magnetic filtering device para sa malalaking particle sa plasma beam ay ang mga sumusunod:
Gamit ang pagkakaiba sa pagitan ng plasma at malalaking partikulo na naka-charge at ang charge-to-mass ratio, mayroong isang "hadlang" (alinman sa isang baffle o isang kurbadong dingding ng tubo) na nakalagay sa pagitan ng substrate at ng ibabaw ng cathode, na humaharang sa anumang mga partikulo na gumagalaw sa isang tuwid na linya sa pagitan ng cathode at ng substrate, habang ang mga ion ay maaaring ilihis ng magnetic field at dumaan sa "hadlang" patungo sa substrate.

Prinsipyo ng pagpapatakbo ng magnetic filtration device

Sa magnetic field, ang Pe<

Ang Pe at Pi ay ang Larmor radii ng mga electron at ion ayon sa pagkakabanggit, at ang a ay ang panloob na diyametro ng magnetic filter. Ang mga electron sa plasma ay apektado ng puwersa ng Lorentz at umiikot sa magnetic field nang pa-axial, habang ang magnetic field ay may mas kaunting epekto sa kumpol ng mga ion dahil sa pagkakaiba sa pagitan ng mga ion at electron sa Larmor radius. Gayunpaman, kapag ang electron ay gumagalaw sa axis ng magnetic filter device, ito ay aakit ng mga ion sa kahabaan ng axial para sa rotational motion dahil sa focus nito at sa malakas na negatibong electric field, at ang bilis ng electron ay mas malaki kaysa sa ion, kaya ang electron ay patuloy na humihila sa ion pasulong, habang ang plasma ay palaging nananatiling halos electrically neutral. Ang malalaking particle ay electrically neutral o bahagyang negatibong may karga, at ang kalidad ay mas malaki kaysa sa mga ion at electron, halos hindi apektado ng magnetic field at linear motion sa kahabaan ng inertia, at masasala pagkatapos ng banggaan sa panloob na dingding ng device.
Sa ilalim ng pinagsamang tungkulin ng baluktot na magnetic field curvature at gradient drift at ion-electron collisions, ang plasma ay maaaring ilihis sa magnetic filtration device. Sa mga karaniwang teoretikal na modelo na ginagamit ngayon ay ang Morozov flux model at ang Davidson rigid rotor model, na mayroong sumusunod na karaniwang katangian: mayroong magnetic field na nagpapagalaw sa mga electron sa isang mahigpit na helical na paraan.
Ang lakas ng magnetic field na gumagabay sa axial motion ng plasma sa magnetic filtration device ay dapat na ganito:

Ang Mi, Vo, at Z ay ang masa ng ion, ang bilis ng transportasyon, at ang bilang ng mga karga na dala, ayon sa pagkakabanggit. Ang a ay ang panloob na diyametro ng magnetic filter, at ang e ay ang karga ng elektron.
Dapat tandaan na ang ilang mga ion na may mas mataas na enerhiya ay hindi maaaring ganap na mahawakan ng electron beam. Maaari silang umabot sa panloob na dingding ng magnetic filter, na nagiging sanhi ng positibong potensyal ng panloob na dingding, na siya namang pumipigil sa mga ion na patuloy na makarating sa panloob na dingding at binabawasan ang pagkawala ng plasma.
Ayon sa penomenong ito, maaaring maglagay ng naaangkop na positibong presyon ng bias sa dingding ng magnetic filter device upang mapigilan ang banggaan ng mga ion at mapabuti ang target na kahusayan sa transportasyon ng ion.

Pag-uuri ng magnetic filtration device
(1) Linya ng istruktura. Ang magnetic field ay nagsisilbing gabay para sa daloy ng ion beam, na binabawasan ang laki ng cathode spot at ang proporsyon ng mga macroscopic particle cluster, habang pinapalakas ang mga banggaan sa loob ng plasma, na nag-uudyok sa conversion ng mga neutral na particle sa mga ion at binabawasan ang bilang ng mga macroscopic particle cluster, at mabilis na binabawasan ang bilang ng malalaking particle habang tumataas ang lakas ng magnetic field. Kung ikukumpara sa conventional multi-arc ion coating method, ang structured device na ito ay nakakayanan ang makabuluhang pagbawas sa kahusayan na dulot ng ibang mga pamamaraan at maaaring matiyak ang halos pare-parehong film deposition rate habang binabawasan ang bilang ng malalaking particle ng humigit-kumulang 60%.
(2) Istrukturang uri ng kurba. Bagama't ang istraktura ay may iba't ibang anyo, ang pangunahing prinsipyo ay pareho. Ang plasma ay gumagalaw sa ilalim ng pinagsamang tungkulin ng magnetic field at electric field, at ang magnetic field ay ginagamit upang limitahan at kontrolin ang plasma nang hindi inililihis ang paggalaw sa direksyon ng mga linya ng magnetic force. At ang mga hindi nakarga na particle ay kikilos sa linear at magkakahiwalay. Ang mga pelikulang inihanda ng structural device na ito ay may mataas na katigasan, mababang surface roughness, mahusay na density, pare-parehong laki ng butil, at malakas na film base adhesion. Ipinapakita ng pagsusuri ng XPS na ang katigasan ng ibabaw ng mga ta-C film na pinahiran ng ganitong uri ng device ay maaaring umabot sa 56 GPa, kaya ang curved structure device ang pinakamalawak na ginagamit at epektibong paraan para sa pag-alis ng malalaking particle, ngunit ang target na ion transport efficiency ay kailangang higit pang pagbutihin. Ang 90° bend magnetic filtration device ay isa sa pinakamalawak na ginagamit na curved structure device. Ipinapakita ng mga eksperimento sa surface profile ng mga Ta-C film na ang surface profile ng 360° bend magnetic filtration device ay hindi gaanong nagbabago kumpara sa 90° bend magnetic filtration device, kaya ang epekto ng 90° bend magnetic filtration para sa malalaking particle ay maaaring makamit. Ang 90° bend magnetic filtration device ay pangunahing may dalawang uri ng istruktura: ang isa ay isang bend solenoid na nakalagay sa vacuum chamber, at ang isa naman ay nakalagay sa labas ng vacuum chamber, at ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito ay nasa istruktura lamang. Ang working pressure ng 90° bend magnetic filtration device ay nasa order na 10-2Pa, at maaari itong gamitin sa malawak na hanay ng mga aplikasyon, tulad ng coating nitride, oxide, amorphous carbon, semiconductor film at metal o non-metal film.

Ang kahusayan ng magnetic filtration device
Dahil hindi lahat ng malalaking partikulo ay maaaring mawalan ng kinetic energy sa patuloy na pagbangga sa dingding, isang tiyak na bilang ng malalaking partikulo ang makakarating sa substrate sa pamamagitan ng tubo. Samakatuwid, ang isang mahaba at makitid na magnetic filtration device ay may mas mataas na kahusayan sa pagsasala ng malalaking partikulo, ngunit sa oras na ito ay mapapataas nito ang pagkawala ng mga target ion at kasabay nito ay mapapataas ang pagiging kumplikado ng istraktura. Samakatuwid, ang pagtiyak na ang magnetic filtration device ay may mahusay na pag-alis ng malalaking partikulo at mataas na kahusayan sa transportasyon ng ion ay isang kinakailangang kinakailangan para sa teknolohiya ng multi-arc ion coating na magkaroon ng malawak na posibilidad ng aplikasyon sa pagdedeposito ng mga high-performance thin films. Ang operasyon ng magnetic filtration device ay apektado ng lakas ng magnetic field, bend bias, mechanical baffle aperture, arc source current at charged particle incidence angle. Sa pamamagitan ng pagtatakda ng mga makatwirang parameter ng magnetic filtration device, ang epekto ng pagsasala ng malalaking partikulo at ang kahusayan ng ion transfer ng target ay maaaring epektibong mapabuti.