非平衡磁控溅射系统离子束流磁镜效应模型

为了研究非平衡磁控溅射沉积系统的等离子体特性，采用常规磁控溅射靶和同轴约束磁场构成非平衡磁控溅射沉积系统.在放电空间不同的轴向位置，Ar放电，02Pa和150V偏压条件下，采用圆形平面离子收集电极，测量不同约束磁场条件下的饱和离子束流密度.研究结果表明，在同轴磁场作用下，收集电极的离子束流密度能达到饱和值9mA/cm2左右，有利于在沉积薄膜的过程中产生离子轰击效应.根据磁流体理论分析了同轴约束磁场形成的磁镜效应和对放电过程的影响机理.实验与模型计算结果的比较表明，模型从理论上表达了同轴磁场约束对非平衡磁控溅射等离子体特性的影响规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射 磁镜     

非平衡磁控溅射沉积系统伏安特性模型研究

非平衡磁控溅射沉积系统的伏安特性对阴极溅射和薄膜沉积过程具有重要的影响.通过分析在常规磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对于放电过程的影响，根据蔡尔得定律研究了非平衡磁场对磁控溅射沉积系统伏安特性影响的基本规律；根据模型和实验数据的对比证明模型正确表达了非平衡磁控溅射沉积系统中非平衡磁场对伏安特性影响的规律. 关键词： 等离子体 金属薄膜/非磁性 磁控溅射     

磁约束磁控溅射源的磁场设计

磁控溅射镀膜机中的磁场分布对靶材利用率有着重要影响。为了提高磁控溅射源的靶材利用率,设计组抛弃了传统的"跑道环"形式的磁场设计理念,而是将永磁体或电磁体分置溅射靶的两侧,使其在溅射靶表面上方产生磁约束(磁镜)磁场。本设计使用有限元分析方法对磁场进行仿真计算,通过模拟磁场计算结果和实测结果的比较,验证有限元方法的可靠性。Ansys有限元分析软件对磁场分布进行仿真模拟,大大简化了计算并缩短了设计周期。通过实验验证,磁约束磁场大大提高了靶材的利用率。     

关于电磁感应法测量载流圆线圈轴线上磁场分布的研究

利用毕奥-萨伐尔定律求解载流导线所产生的磁场分布是电磁学中一个非常重要的问题。由于载流圆线圈上的所取的电流元■在轴线上某点处所产生的磁感应强度■方向的取向是三维空间的取向,导致学生对此普遍认为比较抽象,对计算结果难以理解。本文以载流圆线圈轴线上磁场分布为例,通过电磁感应法测量磁场的实验方法测量载流圆线圈轴线上的磁场,实验测量所得的数据图表能够将载流圆线圈轴线上磁分布特点形象的描绘出来,并且实验结果很好的验证了由毕奥-萨伐尔定律求解得到的载流圆线圈轴线上磁感应强度公式,此应用在实践教学中将新的实验技术与电磁学理论相结合的教学模式,使抽象的物理概念和公式变得更加具体化、形象化,也收到了良好的教学效果。     

非平衡磁控溅射系统磁场的半解析法

应用电磁场分析中的一种新方法——半解析法,对一种典型的非平衡磁控溅射系统进行了磁场分析. 结果表明,应用半解析法计算,求解变量少、方法简单,而且计算精度高,该方法相对于等效源法有严密的理论依据,标量位函数的表达式为级数解析式,有利于场强的计算,更有利于优化设计. 关键词： 非平衡磁控溅射 半解析法 标量磁位 磁场强度     

同轴磁场对非平衡磁控溅射系统放电特性的影响

采用激励电流可以调整的电磁线圈来激发非平衡磁场,调整约束磁场和放电空间等离子体状态。实验结果表明调整非平衡磁场显著影响系统的放电特性,使放电特性偏离常规的磁控溅射系统放电特性,增强了等离子体的引出效果。在Ar放电的条件下,详细研究了溅射系统的工作伏安特性随不同的工作气体、气压和溅射功率的变化规律。根据蔡尔得公式,讨论了非平衡磁场对于磁控溅射系统中放电特性的影响规律。     

非平衡磁控溅射系统磁场的半解析法

应用电磁场分析中的一种新方法——半解析法，对一种典型的非平衡磁控溅射系统进行了磁场分析. 结果表明，应用半解析法计算,求解变量少、方法简单，而且计算精度高，该方法相对于等效源法有严密的理论依据，标量位函数的表达式为级数解析式，有利于场强的计算，更有利于优化设计.     

电子成像均匀约束磁场的产生及测试分析

为增加离子与原子碰撞成像系统中探测电子的立体角，设计了一约束电子的复合型亥姆霍兹线圈装置.对复合型亥姆霍兹线圈的磁场分布进行了理论计算和分析，并对制作的复合型亥姆赫兹线圈产生的磁场进行了实验测量，得出磁场的均匀性好于±0.6%. 关键词： 亥姆霍兹线圈 磁场分布 磁场均匀性     

托卡马克聚变堆中环向磁场超导线圈的磁弹性弯曲与稳定性

本文针对托卡马克装置中超导载流磁体的磁弹性弯曲与稳定性问题，运用Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ定律和曲梁弯曲理论，给出了其环向磁场的超导载流线圈结构在自身电流产生的磁力作用下的磁弹性力学模型。所得到的控制方程反映了磁场与线圈变形之间的非线性耦合作用，全面描述了结构的轴向拉伸、绕轴扭转、面内弯曲和面外弯曲等各种变形模式。本文采用半解析半数值方法对控制方程进行了定量求解，获得了有关线圈形变和内力分布的定量结果。通过其面外弯曲变形与外加电流的非线性关系，应用Ｓｏｕｔｈｗｅｌ图，给出了线圈在磁弹性相互作用下发生磁弹性失稳的临界电流值，并讨论了临界电流随环向磁场线圈个数变化的规律     

基于OpenFOAM的磁流体求解器的开发和应用

基于计算流体力学平台OpenFOAM,本文开发了一套可压缩磁流体求解器,并将其应用于二维和三维的跨音速束流模拟.该求解器对OpenFOAM自带的密度基中心差分黎曼求解器rhoCentralFoam进行了修改,植入一个隐式压力分离算法用以控制磁场散度误差并保证模拟结果的数值精度.本文对此求解器进行了检测,证明了它的收敛阶在1—2之间,并将其应用到强激光等离子体的磁流体模拟.利用该求解器,本文讨论了外加均匀轴向磁场对激光等离子体喷流的影响,发现了喷嘴和结节位置与热压比开方之间的线性关系.本文还分析了电容线圈中产生的非均匀磁场对激光等离子体喷流的影响.初步模拟结果表明,当线圈中心磁场相同时,小尺寸线圈产生的磁场会加快喷嘴和结节的形成,等效的均匀轴向磁场更大.此模拟结果可以作为我们将来的磁化喷流实验的参考.同时,这样物理结果表明该磁流体求解器适合做面向激光等离子体实验的工程计算,可以应对构型比较复杂的场合.     

5 kVA高温超导变压器双饼线圈不同有限元模型对比分析

本文基于5 kVA 高温超导变压器的高压绕组双饼线圈, 运用有限元软件, 完成了均质化建模. 相比于全模型, 采用均质化模型不仅不影响计算精度, 而且大大减少了计算时间, 同时能够快速有效地计算出双饼线圈的磁场分布、 电流密度分布以及线圈交流损耗. 为了验证双饼线圈有限元计算模型的正确性, 本文进行了 H 方程全模型、H 方程均质化模型、T-A 方程全模型及T-A 方程均质化模型下的对比仿真分析. 仿真结果的一致性表明了双饼线圈有限元计算模型的正确性. 本文为后续基于T-A 方程下高温超导变压器均质化模型的研究提供了参考.     

一种新型等离子体磁控溅射镀膜电源设计

磁控溅射镀膜电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌靶和锡靶溅射处理装置的技术要求,研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度5~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、在脉冲电流最大幅值约150 A的磁控溅射镀膜电源,分别给出了该电源在铌靶负载和锡靶负载下的实验结果。设计上采用高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路方法,解决了高功率磁控溅射在重复频率工作下有时不能成功溅射粒子、电离时刻不一致、溅射起弧打火靶面中毒、溅射效率低等问题,降低了磁控溅射装置内气体的工作气压,实现低气压溅射镀膜,提高了靶材的溅射效率,减小薄膜表面粗糙度。通过大量实验论证,该电源达到了理想的溅射效果,满足了指标要求。     

Experimental study on Ti N coated racetrack-type ceramic pipe

Ti N film was coated on the internal surface of a racetrack-type ceramic pipe by three different methods:radio-frequency sputtering, DC sputtering and DC magnetron sputtering. The deposition rates of Ti N film under different coating methods were compared. The highest deposition rate was 156 nm/h, which was obtained by magnetron sputtering coating. Based on AFM, SEM and XPS test results, the properties of Ti N film, such as film roughness and surface morphology, were analyzed. Furthermore, the deposition rates were studied with two different cathode types, Ti wires and Ti plate. According to the SEM test results, the deposition rate of Ti N/Ti film was about 800 nm/h with Ti plate cathode by DC magnetron sputtering. Using Ti plate cathode rather than Ti wire cathode can greatly improve the film deposition rate.     

磁控溅射材料沉积速率的定标方法的研究

介绍了一种利用磁控溅射制备多层膜速率的定标方法。用高精度磁控溅射镀膜设备在同一块基片上先后镀制了两种周期的多层膜,用X射线衍射仪对其进行掠入射衍射测量,测量数据经线性拟合,可同时求得两种多层膜的周期,进而得到镀膜速率。与常用的定标方法相比,该方法不仅可以得到与常用定标方法相同的实验结果,而且提高了工作效率。     

SERS spectra of pyridine adsorbed on nickel film prepared by magnetron sputtering

As a repeating well and cheaper enhancement substrate, the nickel film was fabricated with magnetron sputtering coating instrument. Surface enhanced Raman spectra (SERS) of pyridine adsorbed on this nickel film are compared with the experimental values of gaseous pyridine, the theoretical value of pyridine solution listed in other literatures and our method is better than electro-chemical etching electrode method for large scale preparation. The enhancement factor of the nickel film is calculated and the result indicates that magnetron sputtering coating technology is feasible for obtaining good SERS active surface.     

Study of physicochemical and biological properties of calcium phosphate coatings prepared by RF magnetron sputtering of silicon-substituted hydroxyapatite

Coatings based on pure silicon and silicon-substituted hydroxyapatite were grown by RF magnetron sputtering. The coating surface morphology, phase and elemental composition were studied by scanning electron microscopy, energy-dispersive X-ray analysis, and infrared spectroscopy. It was found that coatings are X-ray-amorphous, their elemental composition being controlled by the sputtered target composition. The distribution of elements over the coating surface is homogeneous. Medical and biological properties of coatings were studied in vivo and in vitro. Osteogenic properties of coatings were studied. Coatings grown by sputtering of a stoichiometric hydroxyapatite target are biocompatible without osteoinductive activity. The introduction of silicate ions into the hydroxyapatite structure that forms an electrode target significantly enhances the in vivo effect of CaP magnetron coatings on the osteogenic activity and stromal bone-marrow stem cells.     

基于截断区域特征函数展开法的金属管材电涡流检测线圈阻抗解析模型

针对金属管材电涡流检测线圈阻抗的理论计算问题,通过施加磁绝缘边界条件, 应用分离变量法和Cheng矩阵法建立了内穿式和外穿式线圈阻抗解析模型.因模型含有与虚宗量Bessel函数有关的积分, 通过研究函数特性,提出基于高斯积分算法的数值计算方法.以铜管管壁减薄为例进行仿真研究,并与Dodd模型、 有限元模型进行了对比.比较表明,三种方法的仿真结果基本一致,验证了所建立模型的正确性.与传统的Dodd模型、 有限元模型相比,所建立的模型具有效率高、精度调整方便等优点.     

Analysis of the Mo/Mo Nanocrystalline Optical Coating Obtained with the Aid of Simultaneous Deposition and Ion Sputtering

Structure, optical properties, and resistance to sputtering are studied for a reflecting Mo-coating that is fabricated using magnetron deposition with simultaneous low-energy ion sputtering at the deposition rate that is higher than the etching rate. A Mo-polycrystalline mirror is used as a substrate. It is shown that the coating exhibits textured nanocrystalline structure with a relatively low spread of crystallite sizes and high resistance to sputtering. It is also demonstrated that the spectral reflection coefficient of such a Mo-coating differs from the spectral reflection coefficient of polycrystalline and single-crystalline Mo and the difference results from the effect of the structure of coating on its optical properties. A theoretical model of the coating formation is proposed.