Magnit filtrlash qurilmasining asosiy nazariyasi
Plazma nuridagi katta zarrachalar uchun magnit filtrlash moslamasining filtrlash mexanizmi quyidagicha:
Plazma va yirik zarrachalar orasidagi zaryad va zaryad-massa nisbati farqidan foydalanib, substrat va katod yuzasi o'rtasida "to'siq" (to'siq yoki egri naycha devori) mavjud bo'lib, u katod va substrat o'rtasida to'g'ri chiziqda harakatlanadigan har qanday zarrachalarni to'sib qo'yadi, ionlar esa magnit maydon tomonidan chetga burilib, "to'siq" orqali substratga o'tishi mumkin.
Magnit filtrlash qurilmasining ishlash printsipi
Magnit maydonida Pe<
Pe va Pi mos ravishda elektronlar va ionlarning Larmor radiuslari, a esa magnit filtrning ichki diametri. Plazmadagi elektronlar Lorentz kuchidan ta'sirlanadi va magnit maydon bo'ylab o'q bo'ylab aylanadi, magnit maydon esa Larmor radiusidagi ionlar va elektronlar orasidagi farq tufayli ionlarning klasterlanishiga kamroq ta'sir qiladi. Biroq, elektron magnit filtr qurilmasining o'qi bo'ylab harakatlanganda, u fokus va kuchli manfiy elektr maydoni tufayli aylanish harakati uchun o'q bo'ylab ionlarni tortadi va elektron tezligi iondan kattaroq bo'ladi, shuning uchun elektron doimiy ravishda ionni oldinga tortadi, plazma esa har doim kvazi-elektr neytral bo'lib qoladi. Katta zarralar elektr neytral yoki ozgina manfiy zaryadlangan va sifati ionlar va elektronlardan ancha katta, asosan magnit maydon va inersiya bo'ylab chiziqli harakatga ta'sir qilmaydi va qurilmaning ichki devori bilan to'qnashgandan so'ng filtrlanadi.
Bükme magnit maydoni egriligi va gradient siljishi hamda ion-elektron to'qnashuvlarining birgalikdagi funktsiyasi ostida plazma magnit filtrlash moslamasida og'ishi mumkin. Bugungi kunda qo'llaniladigan keng tarqalgan nazariy modellar Morozov oqim modeli va Devidson qattiq rotor modeli bo'lib, ular quyidagi umumiy xususiyatga ega: elektronlarni qat'iy spiral shaklida harakatlantiradigan magnit maydon mavjud.
Magnit filtrlash moslamasida plazmaning o'q bo'ylab harakatini boshqaradigan magnit maydonning kuchi quyidagicha bo'lishi kerak:
Mi, Vo va Z mos ravishda ion massasi, tashish tezligi va tashilgan zaryadlar sonidir. a magnit filtrning ichki diametri va e elektron zaryadidir.
Shuni ta'kidlash kerakki, ba'zi yuqori energiyali ionlar elektron nuri bilan to'liq bog'lana olmaydi. Ular magnit filtrning ichki devoriga yetib borishi mumkin, bu esa ichki devorni musbat potensialga aylantiradi, bu esa o'z navbatida ionlarning ichki devorga yetib borishini to'xtatadi va plazma yo'qotilishini kamaytiradi.
Ushbu hodisaga ko'ra, maqsadli ionlarni tashish samaradorligini oshirish uchun ionlarning to'qnashuvini oldini olish maqsadida magnit filtr qurilmasining devoriga tegishli musbat bosim qo'llanilishi mumkin.
Magnit filtrlash moslamasining tasnifi
(1) Chiziqli struktura. Magnit maydon ion nurlari oqimi uchun yo'naltiruvchi vazifasini bajaradi, katod nuqtasining hajmini va makroskopik zarrachalar klasterlarining ulushini kamaytiradi, plazma ichidagi to'qnashuvlarni kuchaytiradi, neytral zarrachalarning ionlarga aylanishini rag'batlantiradi va makroskopik zarrachalar klasterlari sonini kamaytiradi va magnit maydon kuchi oshgani sayin yirik zarrachalar sonini tezda kamaytiradi. An'anaviy ko'p yoyli ion qoplama usuli bilan taqqoslaganda, ushbu tuzilgan qurilma boshqa usullar tufayli samaradorlikning sezilarli darajada pasayishini bartaraf etadi va yirik zarrachalar sonini taxminan 60% ga kamaytirgan holda, asosan doimiy plyonka cho'kish tezligini ta'minlashi mumkin.
(2) Egri tipdagi struktura. Struktura turli shakllarga ega bo'lsa-da, asosiy printsip bir xil. Plazma magnit maydon va elektr maydonlarining birgalikdagi funktsiyasi ostida harakatlanadi va magnit maydon plazmani magnit kuch chiziqlari yo'nalishi bo'ylab harakatni o'zgartirmasdan cheklash va boshqarish uchun ishlatiladi. Zaryadlanmagan zarrachalar esa chiziqli bo'ylab harakatlanadi va ajralib chiqadi. Ushbu strukturaviy qurilma tomonidan tayyorlangan plyonkalar yuqori qattiqlik, past sirt pürüzlülüğü, yaxshi zichlik, bir xil don hajmi va kuchli plyonka asosiga yopishishga ega. XPS tahlili shuni ko'rsatadiki, ushbu turdagi qurilma bilan qoplangan ta-C plyonkalarining sirt qattiqligi 56 GPa ga yetishi mumkin, shuning uchun egri strukturaviy qurilma katta zarrachalarni olib tashlash uchun eng keng tarqalgan va samarali usul hisoblanadi, ammo maqsadli ionlarni tashish samaradorligini yanada yaxshilash kerak. 90° egri magnit filtrlash moslamasi eng keng tarqalgan egri strukturaviy qurilmalaridan biridir. Ta-C plyonkalarining sirt profili bo'yicha o'tkazilgan tajribalar shuni ko'rsatadiki, 360° egiluvchi magnit filtrlash moslamasining sirt profili 90° egiluvchi magnit filtrlash moslamasiga nisbatan unchalik o'zgarmaydi, shuning uchun katta zarrachalar uchun 90° egiluvchi magnit filtrlash effektiga asosan erishish mumkin. 90° egiluvchi magnit filtrlash moslamasi asosan ikki turdagi tuzilishga ega: biri vakuum kamerasiga joylashtirilgan egiluvchi solenoid, ikkinchisi esa vakuum kamerasidan tashqariga joylashtirilgan va ular orasidagi farq faqat tuzilishda. 90° egiluvchi magnit filtrlash moslamasining ish bosimi 10-2Pa tartibida bo'lib, u qoplama nitridi, oksid, amorf uglerod, yarimo'tkazgich plyonka va metall yoki metall bo'lmagan plyonka kabi keng ko'lamli dasturlarda qo'llanilishi mumkin.
Magnit filtrlash qurilmasining samaradorligi
Barcha yirik zarrachalar devor bilan uzluksiz to'qnashuvda kinetik energiyani yo'qota olmasligi sababli, ma'lum miqdordagi yirik zarrachalar quvur chiqish teshigi orqali substratga yetib boradi. Shuning uchun, uzun va tor magnit filtrlash moslamasi katta zarrachalarni filtrlash samaradorligini yuqoriroq qiladi, ammo bu vaqtda u nishon ionlarining yo'qolishini oshiradi va shu bilan birga strukturaning murakkabligini oshiradi. Shuning uchun, magnit filtrlash moslamasining katta zarrachalarni mukammal olib tashlash va ionlarni tashishning yuqori samaradorligiga ega bo'lishini ta'minlash ko'p yoyli ion qoplama texnologiyasining yuqori samarali yupqa plyonkalarni yotqizishda keng qo'llanilishi uchun zarur shartdir. Magnit filtrlash moslamasining ishlashiga magnit maydon kuchi, egilish moyilligi, mexanik to'siq teshigi, yoy manbai oqimi va zaryadlangan zarrachalar tushish burchagi ta'sir qiladi. Magnit filtrlash moslamasining oqilona parametrlarini o'rnatish orqali katta zarrachalarning filtrlash effekti va nishonning ion uzatish samaradorligini samarali ravishda yaxshilash mumkin.
Nashr vaqti: 2022-yil 8-noyabr