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勀杰科技團隊編譯

本篇文章譯自：https://www.vibeng.com/blogs-and-case-studies/emi-interference-understanding-and-mitigating-ac-dc-emi/

直流(DC)和交流(AC)磁場會產(chǎn)生磁場干擾，從而降低電子顯微鏡和電子束微影設(shè)備的性能。雖然交流和直流磁場具有關(guān)聯(lián)性，但對于設(shè)備的影響不同，也有不同方式可以減少這兩種磁場干擾，其中，能同時處理直流和交流的主動消磁系統(tǒng)是最簡單且具成本效益的解決方案。

以下將說明什麼是直流磁場和交流磁場，以及磁場干擾如何影響各實驗室的設(shè)備。

什麼是直流磁場(DC)

直流磁場是一種不隨頻率振盪的恆定磁場。地球的磁場中自然存在直流磁場，直流電供電系統(tǒng)也會產(chǎn)生直流磁場。對于直流磁場來說，正負(fù)之間存在恆定的吸引力。工程師會根據(jù)安裝環(huán)境中的直流磁場來安置電子顯微鏡和電子束設(shè)備。

以射箭運動員來類比，他們在練習(xí)時會根據(jù)風(fēng)向來調(diào)整射擊，以命中目標(biāo)。只要風(fēng)保持穩(wěn)定，他們的射擊就能準(zhǔn)確無誤。如果風(fēng)向改變或不穩(wěn)定，箭的飛行軌跡就會改變而難以保持精準(zhǔn)。

因此，我們需要關(guān)注的是那些雖然較小但仍然顯著的直流磁場變化，以及實驗室附近的直流磁場來源。像是大型鐵磁物體：卡車、鋼鐵大門、電梯，甚至是金屬椅子，都可能導(dǎo)致地球磁場線彎曲而使儀器位置的直流磁場發(fā)生變化。除此之外，常見的直流磁場還包含直流供電的電氣系統(tǒng)，如核磁共振（NMR）光譜儀或電容器組的放電。

直流磁場如何影響電子顯微鏡或電子束光刻的性能

局部直流磁場變化會使電子顯微鏡中的電子束偏移，導(dǎo)致成像模煳。就如同掃描圖像時若移動紙張，也會影響圖像的呈現(xiàn)。而在電子束光刻技術(shù)中，直流磁場變化則會使電子束偏移，導(dǎo)致品質(zhì)下降。

然而，直流磁場并不是唯一影響實驗室設(shè)備的因素。交流磁場也會對設(shè)備產(chǎn)生影響，只是影響方式不同。

什麼是交流磁場(AC)

交流磁場會在正負(fù)之間振盪，根據(jù)國家不同，可能是50、60赫茲。交流磁場的來源通常為電氣設(shè)備，如：變壓器或分電盤。在老舊建筑中，交流磁場可能由錯誤接線引起，這會在電線或建筑物金屬框架上產(chǎn)生淨(jìng)電流，產(chǎn)生沒有明顯來源的交流磁場。

交流磁場如何干擾電子顯微鏡或電子束光刻的性能

交流磁場中的振盪電流會使電子束在50赫茲或60赫茲的頻率下來回移動，具體取決于所在地區(qū)。交流磁場干擾會在影像邊緣產(chǎn)生鋸齒狀的外觀，通常稱為標(biāo)記或鋸齒效應(yīng)，使得影像無法使用。

如何減少環(huán)境中的直流和交流磁場

有幾種方法可以減少實驗室附近的直流磁場。第一，消除磁場來源，但這通常很困難或不可能。例如，電梯或鐵路線是無法任意移除的。第二，使用磁屏蔽高導(dǎo)磁材料，如：MuMetal，但這可能會使項目成本增加數(shù)十萬美元，甚至數(shù)百萬美元。換句話說，這通常是過于昂貴的。因此，大多數(shù)實驗室選擇減少直流和交流磁場干擾的方法是安裝直流+交流主動消磁系統(tǒng)。磁場消除系統(tǒng)通常不會對實驗室造成干擾，且比屏蔽成本低得多。

減少交流磁場的方法也是類似作法。其中一種方法是修正錯誤接線，如地線與中性線短路、浮動地線或其他電氣問題，但直接修復(fù)接線問題極具挑戰(zhàn)性及侵入性，并且無法保證結(jié)果。另一種選擇是使用磁場屏蔽，在一個房間的所有牆壁、地板和天花板上安裝鋁或鋼以達(dá)成有效屏蔽。為此，屏蔽公司使用四分之一英寸的鋁板來減少對房間結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，同時還需要考慮機械、電氣和管道的穿透。這無疑是一種昂貴的方法，主動消磁系統(tǒng)的成本顯著低于屏蔽系統(tǒng)，且成功率相同。