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干冰清洗用于电感线圈的自谐振频率应用-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-08-08 18:31:33 * 浏览: 0
使用升华脉冲方法进行干冰清除可去除颗粒和薄膜污染物而不会产生任何残留物。该过程中涉及的气体,即CO2和N2,是化学惰性的,因此预计不会对超导(s.c.)促进剂中使用的钌,铜,氧化铝等材料产生负面影响。由于s.c.中的高梯度腔要求表面不会增强场发射,干冰清洁过程适用于一系列有意和明确污染的钌样品。通过DC场发射扫描显微镜和光学显微镜研究清洁效果,比较清洁过程之前和之后的起始场和发射器的数量以及颗粒的数量。在没有任何干冰喷射表面损坏的情况下,实现了场的场发射和高达100MV / m的残余颗粒的急剧减少。这些初步结果鼓励我们改进和发展干冰清洁技术。用于水敏感元件的腔体,例如RF耦合器陶瓷和最终加工s.c.加速结构。目前,增强场发射(EFE)对超导加速器的结构施加了主要的高梯度限制,例如,对于TESLA九细胞腔约为25MV / m [1]。为了将其性能提高到TESLA 800 [2]所要求的35 MV / m梯度,在没有EFE的情况下,应该可靠地实现至少70 MV / m的电表面场。因此,必须开发先进的最终清洁程序,以避免颗粒表面污染,而不会造成任何新的表面损伤[1,3,4]。虽然用超纯水冲洗高压已被证明是减少空腔[4,6]和Nb样品[5]中EFE的有效技术,但干冰清洁可能具有额外的清洁潜力。此外,它避免了湿腔表面,提高了再污染的灵敏度,应该应用于陶瓷(耦合器窗口)而不会失去早期调节的好处。由于这些特性,干冰清洁被认为对于利用其功率耦合器的水平组装室的最终处理非常有吸引力。 2干冰清洁纯二氧化碳雪喷射通过其独特的机械,热和化学效应组合,可以松散并去除不同类型的表面污染物。清洁过程是局部,温和,干燥,无残留,不需要额外的清洁剂。离开喷嘴的液态二氧化碳的自发弛豫导致雪/气混合物具有45%的雪和194.3K(-78.9℃)的温度。喷射器被超音速氮气包围,超声波氮气首先提供射流的加速和聚焦,其次防止湿气凝结在被清洁物体上。清洁效果基于热机械和化学机械力。前者由三种效应产生:由于快速冷却(振动冷冻)引起的污染,由于雪晶撞击表面的高动量引起的坚韧压力和剪切力,以及在500次强烈冲洗升华后的体积增加。可以去除低至100nm的颗粒。当撞击表面的高动量雪粒子在撞击点处熔化时,会发生化学机械力。在液相中,二氧化碳是非极性化学品的良好溶剂,尤其是碳氢化合物和硅。因此,振动冻结的热效应与雪强度直接相关,而机械效应取决于射流的速度和角度,化学效应取决于晶体的动量。如果污染物和基板之间的热梯度高,则可以实现最佳的清洁效果。因此,脉冲喷射而不是连续操作可能是有用的。为了避免再污染,​​需要有效且清洁的排气系统。综上所述,二氧化碳干冰清洗的优点是:干洗工艺,无去污剂,去除颗粒和薄膜污染物,无污染残留。 3实验从高纯度钌(RRR = 300)处理直径为28mm的扁平样品,并使用标准BCP(HF:HNO 3:H 3 PO 4体积比为1:1:2)蚀刻80μm。图1:用于干燥干净扁平样品的原型设置的示意图。为了获得典型的EFE,每个测试序列都以表面处理开始nt(见3.1),即蚀刻和冲洗或有意污染腔内的颗粒,这些颗粒通常是加速结构组装过程中的环境。首先,在洁净室条件下(10,000级)通过光学显微镜检查这些样品。然后通过场发射扫描显微镜(FESM)确定它们的EFE特征(参见3.3)。在10级洁净室(见3.2)中进行干冰清洁后,再次使用FESM和光学显微镜(10级)研究清洁效果。对于实验室之间的样品转移,使用了批准的盖帽系统[5],该系统仅在洁净室或高压条件下打开。 3.1样品制备到目前为止,样品已经历了两个预备序列。对于第一个序列,使用六个样品。在TTF九室室[3]中另外蚀刻两个样品(#1和#2)20μm(BCP1:1:2),包括用超纯水彻底冲洗,但没有高压冲洗。样品#4和#5被平均尺寸为3.2μm的乳胶球和1-80μm尺寸的金属氧化物颗粒人为污染,其可分别代表手套和陶瓷。为了比较,样品#7和#0被10-65μm尺寸的不锈钢颗粒污染,这是由于螺母和螺栓的磨损造成的。在完成第一序列的测量之后,对于第二序列,将六个样品中的三个再次蚀刻10μm(BCP1:1:2)。批次被铁(lt.50μm)和铜颗粒(平均尺寸6-8μm)污染,这些颗粒发生在Con-Flat法兰附近。通过计算在每个样品上任意选择的约20mm 2的表面积,通过光学显微镜测定所得颗粒数密度。对于大于2μm的粒径,其在400 / mm 2和1100 / mm 2之间变化。 3.2干冰清洁装置使用如图1所示的原型装置进行样品的干冰清洁,该原型装置用于电子芯片的非破坏性清洁。用于清洁样品的工艺参数列于表1.表1:干冰清洁参数CO2压力55 bar N2压力8/12 bar喷射直径3 mm喷嘴和样品之间的距离为20 mm喷射方向为垂直于表面速度的样品喷射5毫米/秒3.3。田间发射扫描显微镜的所有样品的EFE特征用场发射扫描显微镜(FESM)在UHV室中在10至9mbar的压力下测量,其还包括SEM和AES用于发射体识别。根据大颗粒的数量,通过在样品的中心部分以恒定电流I = 1nA扫描10kV,即8×8mm 2或12×12mm 2的提取电压Ult来研究FE均匀性。残余表面不规则。这些U(x,y)扫描使用8709,100μm钨阳极在距离阴极表面100μm的标称距离处进行。快速高压调节可防止放电和过大电流,保持大多数发射器完好无损。为了在样品上获得大量发射器,施加的电场逐渐增加到100MV / m。然后将选定的发射器与8709,4μmW-nees一起定位以确定它们的局部FE起始场,并通过原位SEM寻找它们的形态。图2:UHV表面分析室中的FESM示意图,具有扫描电子显微镜(SEM),俄歇电子能谱(AES)和离子枪。 FESM由一组W引脚组成,而不是由步进电机和压电传感器驱动的3D样品定位系统。远程光学显微镜用于样品控制,制备室用作样品转移的加载锁。 4结果与讨论第一制备序列的结果可分为两组。在空腔中制备的样品#1和被钢颗粒污染的样品#7和#0在干冰清洁之前显示出大量的场发射点。这可以在图3的电压图中清楚地看到。至少最强的发射器与用原位SEM可见的颗粒相关联。在确认早期结果[7]到目前为止并非所有粒子都已发射。令人惊讶的是,样品#2显示出比#1更不稳定的发射体,但更多的火花可能是由于颗粒在样品表面上的粘附性降低。相比之下,样品#4 an被乳胶和金属氧化物颗粒污染的d#5在干冰清洗前的电压图中显示出很小的DC EFE,高达100MV / m。预计该结果将用于电绝缘颗粒,因为它们提供很少的场增强。因此,在干冰清洁后仅扫描强发射样品。得到的标准化发射器数量密度总结在表2中。显然,干冰清洁程序大大减少了它。应该提到的是,由于on和粒度效应,无法从地图导出局部起始场。然而,对于干冰洗涤的样品,它们被部分测量,并且发现其高于80MV / m。图3:在干冰清洁之前,在E = 100MV / m的样品#1(顶部)和#7(底部)8×8mm 2的U(x,y)的映射。这些数字给出了在标称电极间距为100μm时1nA电流所需的kV电压。由于最近的制备顺序,没有样品通过完整的测试序列,也没有FESM结果可用。然而,已经对该序列的一个样品进行了光学检查,并且在干冰清洁之前和之后的第一序列的所有六个样品。得到的图像清楚地证实并确认了清洁效果,如图4所示。干冰清洁后只有少量和小颗粒存活。此外,在该处理之后,在坩埚的表面上没有发现机械损伤。图4:在用干冰清洁之前(顶部)和之后(底部)用Fe和Cu颗粒污染的样品#5的光学显微镜图像(放大500倍)。 5结论通过用干冰清洁坩埚表面获得的第一批结果在有限数量的样品研究中非常有前途。颗粒数量和场发射器数量已显着减少。没有观察到由干冰清洁引起的表面损伤。为了证实这一成就,正在对其他类型的微粒污染进行更多测量。与已经证明的高压水冲洗颗粒污染物的强烈发射表面的比较正在准备中。将在不久的将来检查用于单孔和3孔腔室的简单清洁装置的可行性。目前正在研究干冰清洁用于水敏感组件,例如耦合器陶瓷和最终洁净室组装期间。 6参考文献[1] D. Reschke,特邀演讲,本次研讨会。 [2]编辑:R。Brinkmann,K。Fl246,ttmann,J。Rossbach,P.Schmüser,N。Walker,H。Weise,TESLA Technical Design Report,DEsy 2001-011,ECFA 2001-209,TESLA Report 2001- 23,TESLA-FEL 2001-05(2001)[3] T.Habermann,Dissertation,Universit 228,tWuppertal,WUB-DIS 98-18(1999)。 [4] P. Kneisel,B。Lewis,Proc。第7届RF传导研讨会,Gifsur Yvette,1995年10月,p。 [5]G.Müller,A。G246,hl,T.Habermann,A。Matheisen,D。Nau,D。Proch,D。Reschke,Proc。第六届欧洲杯。部分。加。 CONF。 ,斯德哥尔摩,1998年,p。 [6] B. Aune等,超导TESLA腔,物理学。 Rev.ST加速。 Beam3,092001,2000 [7] B. Bonin,Proc。第六届RF传导研讨会,CEBAF,纽波特纽斯,美国,p。 1033(1993)。科技机电有限公司定制干冰清洗方案