آثار التدريع الكهرومغناطيسي في بيئة مختبر الفحص المجهري الإلكتروني (الجزء 3): مقارنة عدة طرق لتحسين البيئة الكهرومغناطيسية

لا تؤثر بيئة معمل الفحص المجهري الإلكتروني بشكل مباشر على المجهر الإلكتروني نفسه، ولكنها تؤثر بدلاً من ذلك على جودة التصوير والأداء العام للمجهر. أثناء تشغيل المجهر الإلكتروني، يحتاج شعاع الإلكترون الدقيق إلى الانتقال في بيئة عالية الفراغ، ليغطي مسافة 0.7 متر (لتعليب SEإلكترون Microscope) إلى أكثر من 2 متر (لإرسال TElectron Microscope). على طول المسار، يمكن أن تتسبب العوامل الخارجية مثل المجالات المغناطيسية والاهتزازات الأرضية والضوضاء في الهواء وتدفقات الهواء في انحراف شعاع الإلكترون عن المسار المقصود، مما يؤدي إلى تدهور جودة التصوير. ولذلك، لا بد من تلبية متطلبات محددة للبيئة المحيطة.

يتضمن التدريع الكهرومغناطيسي السلبي منخفض التردد في المقام الأول طريقتين، تختلفان في مادة التدريع المستخدمة: تستخدم إحدى الطرق مواد عالية النفاذية (مثل الفولاذ، وفولاذ السيليكون، وسبائك المعادن المتعددة)، والطريقة الأخرى تستخدم مواد عالية التوصيل(مثل النحاس والألومنيوم). وعلى الرغم من اختلاف مبادئ العمل في هاتين الطريقتين، إلا أنهما يحققان تخفيضًا فعالاً للمجالات المغناطيسية البيئية.

أ. تعمل طريقة المواد عالية النفاذية ، والمعروفة أيضًا باسم طريقة تحويل الدائرة المغناطيسية، عن طريق إحاطة مساحة محدودة (المنطقة أ) بمواد عالية النفاذية. عندما تكون قوة المجال المغناطيسي البيئي هي Ho، فإن الإحجام المغناطيسي للمادة عالية النفاذية يكون أصغر بكثير من الهواء (فولاذ Q195 الشائع لديه نفاذية 4000، ويتراوح فولاذ السيليكون من 8000 إلى 12000، والسبائك المعدنية ذات نفاذية 24000، في حين أن الهواء له قيمة تقريبية 1). بتطبيق قانون أوم، عندما تكون Rs أصغر بكثير من Ro، تنخفض شدة المجال المغناطيسي داخل الفضاء المغلق (المنطقة A) إلى Hi، مما يؤدي إلى إزالة المغناطيسية (انظر الشكل 1 والشكل 2، حيث يمثل Ri مقاومة الهواء داخل الفضاء A، وRs يمثل إحجام مادة التدريع). داخل مادة التدريع، تخضع المجالات المغناطيسية للاهتزاز وتبدد الطاقة المغناطيسية كحرارة تحت تأثير المجال المغناطيسي.

نظرًا لأن فولاذ السيليكون وسبائك المعدن تظهر تباينًا في النفاذية ولا يمكن طرقها أو ثنيها أو لحامها أثناء البناء (على الرغم من أن المعالجة الحرارية من الناحية النظرية يمكن أن تحسن هذه الخصائص، إلا أنها غير عملية بالنسبة للمنتجات الثابتة الكبيرة)، فإن أدائها الفعال هو خفضت بشكل ملحوظ. ومع ذلك، لا يزال من الممكن استخدامها لأغراض تكميلية أو تعزيزية في بعض المناطق الخاصة دون طرق أو ثني أو لحام.

تعد المواد عالية النفاذية باهظة الثمن، لذلك لا يتم استخدامها بشكل عام على نطاق واسع في حماية المجهر الإلكتروني ولا يتم رؤيتها إلا في عدد قليل من المناطق المحددة (مثل فجوات الأبواب، وفتحات الدليل الموجي، وما إلى ذلك).

ترتبط فعالية طريقة تحويل الدائرة المغناطيسية بشكل خطي تقريبًا بسمك مادة التدريع، والتي يمكن أن تكون رقيقة بشكل لا نهائي من الناحية النظرية.

ب. طريقة المواد عالية التوصيل، والمعروفة أيضًا باسم طريقة المجال المغناطيسي المستحث، تعمل عن طريق إحاطة مساحة محدودة بمواد عالية الموصلية. يعمل المجال المغناطيسي البيئي على مادة التدريع من خلال مكون المجال الكهربائي، مما يؤدي إلى قوة دافعة كهربائية، والتي بدورها تولد تيارًا مستحثًا ومجالًا مغناطيسيًا مستحثًا. استنادًا إلى المبادئ الأساسية للكهرومغناطيسية، فإن هذا المجال المغناطيسي المستحث متساوٍ في الحجم (أصغر قليلاً بسبب المقاومة) ومعاكس في الاتجاه للمجال المغناطيسي الأصلي (مع تأخر طفيف في الطور). وبالتالي، يتم مقاومة المجال المغناطيسي داخل الفضاء المحدود وإضعافه، مما يؤدي إلى إزالة المغناطيسية.

يمكن الحصول على مزيد من الفهم لطريقة المجال المغناطيسي المستحث من خلال النظر في تشغيل المحرك التعريفي ثلاثي الطور، والذي يوفر نظرة ثاقبة لمبادئ عمل المجالات المغناطيسية المستحثة. من المهم ملاحظة أن محرك القفص السنجابي غير المتزامن لا يمكنه تحقيق المجال المغناطيسي الدوار (50 هرتز × 60 ثانية = 3000 دورة في الدقيقة) لأن قضبان القفص السنجابي لا يمكنها قطع الخطوط المغناطيسية، وبالتالي تمنع توليد التيارات المستحثة والمجالات المغناطيسية المستحثة والقوة الدافعة. .

إن فعالية طريقة المجال المغناطيسي المستحث مستقلة عن سمك مادة التدريع ضمن نطاق معين.

ج. الخصائص المشتركة لكلا الطريقتين: مطلوب لحام اختراق كامل، ويجب ألا يقل ارتفاع خط اللحام عن سمك مادة التدريع. يجب الانتباه إلى تصميم الفتحات بمقاييس مختلفة ومنافذ الدليل الموجي. إن نجاح التصميم/الإنتاج سيؤثر بشكل كبير على فعالية التدريع (تطبيق نظرية "الحلقة الأضعف" على التدريع). ومن المهم أيضًا ملاحظة أن اهتزاز المجهر الإلكتروني في غرفة التدريع يجب ألا يتجاوز اهتزاز البيئة المحيطة (كانت هناك حالات اجتاز فيها المجال المغناطيسي الفحص ولكن الاهتزاز زاد مقارنة بالمجال الأصلي مما تسبب في عدم الامتثال ).

من مبادئ العمل الأساسية، من الواضح أن كلاً من طريقة تحويل الدائرة المغناطيسية وطريقة المجال المغناطيسي المستحث غير فعالين في مجالات التيار المستمر. كما أنها غير فعالة عمومًا في المجالات القريبة من التيار المباشر (في مثل هذه الحالات، يكون مزيل المغناطيسية النشط ضروريًا لتحسين التداخل الكهرومغناطيسي القريب من التيار المستمر).

Aï¼قارن بين الطريقتين في جدول:

بعد التحليل الدقيق، تعد طريقة تحويل الدائرة المغناطيسية أكثر فائدة. يتميز جهاز إزالة المغناطيسية السلبي منخفض التردد بمزايا مثل الحجم الصغير، وخفة الوزن، والتكلفة المنخفضة، وعدم التأثير على البيئة، وإمكانية التثبيت بعد الشراء.

ومع ذلك، هناك نقطة مهمة يجب ملاحظتها وهي أن التدريع المغناطيسي غالبًا ما يكون مشروعًا "مؤتمنًا عليه"، مما يعني أنه غالبًا ما يتضمن أنظمة الكهرباء والمياه وتكييف الهواء والإضاءة والشبكات، بالإضافة إلى المراقبة، أثناء عملية البناء. لذلك، إذا كانت هناك حاجة لإعادة التصميم، فإنها توفر نسبة أداء أعلى من حيث التكلفة.

بشكل عام، يتمتع التدريع المغناطيسي السلبي بفعالية أفضل من أدوات إزالة المغناطيسية، ولكن نظرًا للأسباب المذكورة أعلاه، قد تظل أدوات إزالة المغناطيسية هي الخيار الوحيد في بعض البيئات.

بالنسبة إلى المجهر الإلكتروني الماسح، فإن الفرق بين هذه الطرق ليس كبيرًا. ومع ذلك، بالنسبة إلى المجهر الإلكتروني النافذ، فمن المستحسن استخدام التدريع المغناطيسي قدر الإمكان، حيث أن متطلبات المجالات المغناطيسية أعلى عمومًا مقارنة بـ المجهر الإلكتروني الماسح.