Магнетрон что это такое: Как проверить магнетрон на исправность при помощи мультиметра

Магнетрон — Википедия. Что такое Магнетрон

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Магнетрон — это электронный прибор, генерирующий микроволны при взаимодействии потока электронов с электрической составляющей поля СВЧ в пространстве, где постоянное магнитное поле перпендикулярно постоянному электрическому полю^[1].

История

В 1912 году швейцарский физик Генрих Грейнахер изучал способы вычисления массы электрона. Он собрал установку, в которой внутрь магнита был помещен электровакуумный диод с цилиндрическим анодом вокруг стержневидного катода. Ему не удалось измерить массу электрона из-за проблем с получением достаточного уровня вакуума в лампе, однако в ходе работы были разработаны математические модели движения электронов в электрических и магнитных полях.^[2][3]

Альберт Халл (США) использовал данные модели при попытках обойти патенты Western Electric на триод. Халл планировал использовать для управления потоком электронов между катодом и анодом изменяющееся магнитное поле вместо постоянного электрического. В исследовательских лабораториях General Electric (Schenectady, New York) Халл создал лампы, переключавшие режим через изменение соотношения магнитных и электрических полей. В 1921 он предложил термин магнетрон, опубликовал несколько статей об их устройстве и получил патенты.^[4] Магнетрон Халла не был предназначен для получения высокочастотных электромагнитных волн. В 1924 чехословацкий физик А. Жачек^[5] и германский физик Эрих Хабан (Erich Habann, Йенский университет) независимо обнаружили возможность генерации магнетроном дециметровых волн (порядка 100 МГц — 1 ГГц).

В 20-е годы исследованиями в области генерирования СВЧ-колебаний с применением магнитных полей занимались также А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг (1926—1929, СССР), К. Окабе и Х. Яги (1928—1929, Япония), И. Ранци (1929, Италия).

Действующие магнетронные генераторы радиоволн были созданы независимо и почти одновременно в трёх странах: в Чехословакии (Жачек, 1924 г.), в СССР (А. А. Слуцкин и Д. С. Штейнберг, 1925 г.), в Японии (Окабе и Яги, 1927 г.).

К 1936-1937 году мощность генераторов на базе магнетрона была повышена в несколько раз (до сотен Вт на волне с длин

1.3. Магнетрон

Магнетроны
представляют собой важнейшие электронные
приборы для генераций колебаний СВЧ
большой мощности. Они применяются в
передатчиках радиолокационных станций,
в ускорителях заряженных частиц, для
высокочастотного нагрева и в других
случаях. В результате совместного
действия электрического и магнитного
полей на потоки электронов, в магнетронах
возникает генерация колебаний высокой
частоты. В настоящее время широкое
распространение получили многорезонаторные
магнетроны.

Устройство
магнетрона показано на рисунке 8. Он
представляет собой диод с анодом особой
конструкции.

Катод
в большинстве случаев применяется
оксидный, подогреваемый, с большой
площадью поверхности. На торцах катода
расположены диски, препятствующие
движению электронов вдоль оси. Анод
сделан в виде массивного медного блока.
Вакуумное пространство между анодом и
катодом называется пространством
взаимодействия.
В толще анода размещается чётное число
резонаторов, например восемь, представляющих
собой цилиндрические отверстия,
соединённые щелью с пространством
взаимодействия. Щель выполняет функцию
конденсатора. На её поверхности образуются
переменные электрические заряды, а в
самой щели возникает электрическое
поле. Индуктивностью заряда служит
цилиндрическая поверхность

отверстия,
которая эквивалентна одному витку.
Большая площадь поверхности витка
приводит к уменьшению активного
сопротивления и индуктивности. Такой
резонатор представляет собой нечто
среднее между колебательной системой
с сосредоточенными параметрами и
четвертьволновой резонансной линией.
В некоторых типах магнетронов резонаторы
делают в виде щели глубиной в четверть
волны (см. рис. 9).

Все
резонаторы магнетрона сильно связаны
друг с другом, вследствие того что
переменный магнитный поток одного
резонатора замыкается через соседние
резонаторы (см. рис. 10). Кроме того,
резонаторы соединяют друг с другом
посредством проводов, называемых
связками
(рис. 8).

Наружная
часть анода обычно делается в виде
ребристого радиатора для лучшего
охлаждения. Иногда его обдувают воздухом.
С боковых сторон к аноду припаяны медные
диски, образующие вместе с анодом баллон,
необходимый для сохранения вакуума.
Выводы от подогревателя проходят в
стеклянных трубках, спаянных с анодом.
Катод обычно подключён к одному из
выводов подогревателя.

Для
отбора энергии колебаний в один из
резонаторов вводится виток связи,
соединённый с коаксиальной линией. Её
вывод также проходит через стеклянную
трубку. Благодаря сильной связи между
резонаторами энергия отбирается от
всех резонаторов. Вместо коаксиальной
линии для вывода энергии на очень
коротких волнах используется волновод,
соединённые с резонатором через щель.
Иногда также применяют коаксиально-волноводный
вывод.

Анод
магнетрона имеет высокий положительный
потенциал относительно катода. Так как
анод служит корпусом магнетрона, то его
обычно заземляют, а катод находится под
высоким отрицательным потенциалом.
Между анодом и катодом создаётся
ускоряющее поле, силовые линии которого
расположены радиально, как в диоде с
цилиндрическими электродами. Вдоль оси
магнетрона действует сильное постоянное
магнитное поле, созданное магнитом,
между полюсами которого располагается
магнетрон.

Один
из вариантов магнитной системы показан
на рис.11. В так называемых пакетированных
магнетронах
постоянные магниты входят в конструкцию
самого магнетрона.

Рассмотрим
сначала движение электронов в магнетроне,
предполагая, что колебаний в резонаторах
нет. Для упрощения изобразим анод без
щелей (см.рис.12). Под влиянием ускоряющего
электрического поля электроны стремятся
лететь по силовым линиям, т. е. по радиусам
к аноду. Но как только они набирают

некоторую
скорость, постоянное магнитное поле,
действующее перпендикулярно электрическому
полю, начинает искривлять их траектории.
Так как скорость электронов постепенно
нарастает, то радиус этого искривления
постепенно увеличивается. Поэтому
траектория электронов будет сложной
кривой.
На рисунке 12 показаны траектории
электрона, вылетевшего из катода с
ничтожно малой начальной скоростью,
для разных значений магнитной индукции
В. Анодное напряжение при этом одно и
то же.

Если В
= 0, то электрон летит по радиусу (см.
траекторию 1 на рис.12). При магнитной
индукции, меньшей некоторого критического
значения
,
электрон попадает на анод по криволинейной
траектории 2 (см.рис.12). Критическая
магнитная индукциясоответствует более искривленной
траектории 3. В этом случае электрон
пролетает у поверхности анода, почти
касаясь её, и возвращается на катод.
Наконец, если,
то электрон ещё круче поворачивает
обратно, где-то в промежутке между анодом
и катодом (кривая 4 рис.12) и возвращается
на катод.

Магнетроны
работают при магнитной индукции,
несколько большей критической. Поэтому
электроны при отсутствии колебаний
пролетают близко к поверхности анода,
но на различных расстояниях от неё, так
как при вылете из катода они имеют
различную начальную скорость. Поскольку
движется очень большое число электронов,
то можно сказать, что вокруг катода
вращается объёмный заряд в виде кольца
— «электронное облачко» (см.рис.13).
Конечно, электроны не находятся в нём
постоянно. Ранее вылетевшие электроны
возвращаются на катод, а на их место из
катода вылетают новые электроны. Скорость
вращения электронного «облачка» зависит
от анодного напряжения, с увеличением
которого электроны пролетают около
анода с большей скоростью. Чтобы электроны
не попадали на анод, необходимо увеличивать
при этом и магнитную индукцию.

Вращающийся
электронный объёмный заряд, образованный
совместным действием постоянных
электрических и магнитных полей,
взаимодействует с переменными
электрическими полями резонаторов и
поддерживает в них колебания. Процесс
взаимодействия весьма соложен, поэтому
он будет рассмотрен лишь приближённо.

Прежде
всего, выясним вопрос о возникновении
колебаний в резонаторах. Так как все
резонаторы сильно связаны друг с другом,
то они представляют собой сложную
колебательную систему, имеющую несколько
собственных частот. Когда электронный
поток впервые начинает вращаться около
щелей резонаторов (например, при включении
анодного напряжения), то в резонаторах
появляются импульсы наведённого тока
и возникают затухающие колебания. Они
могут иметь разную фазу и частоту.
Например, если система симметрична, то
в резонаторах должны возникнуть
колебания, совпадающие по фазе. Однако
полной симметрии быть не может. Поэтому
возникают и другие колебания с фазовым
сдвигом между собой.

Основной
тип колебаний, дающий наибольшую полезную
мощность и наиболее высокий КПД, —
колебания в соседних резонаторах с
фазовым сдвигом 180º (колебания
π-вида).
На рис.14
изображены
силовые линии переменных
электрических
полей для таких колебаний и знаки
переменных потенциалов на сегментах
анода, а также направления токов,
протекающих по поверхности резонаторов.
Так как роль постоянного электрического
поля, ускоряющего электроны и дающего
им кинетическую энергию, известна, то
для упрощения это поле не показано.

Для
противофазных колебаний очень сильна
индуктивная связь между резонаторами,
за счёт того, что магнитный поток из
одного резонатора переходит в соседние
резонаторы (см. рис.10). Магнетроны, как
правило, работают с этим типом колебаний,
и приняты меры для того, чтобы такие
колебания возбуждались как можно легче.
С этой целью применяют связки, т.е.
соединяют проводами через один сегменты
анода, имеющие переменные потенциалы
одного знака. Возникающие колебания
других типов обычно быстро затухают.

Взаимодействие
электронов с переменным электрическим
полем таково, что при правильном режиме
электронный поток отдаёт полю больше
энергии, чем отбирает от него. Это именно
и нужно для превращения возникших в
резонаторе колебаний в незатухающие.
Передаче энергии от электронного потока
в резонаторы способствуют следующие
явления:

Прежде
всего, переменное электрическое поле
как бы сортирует электроны на «полезные»
и «вредные», причём «вредные» электроны
быстро удаляются из пространства
взаимодействия, возвращаясь на катод.
Рассмотрим этот процесс.

Для
электронов, движущихся по часовой
стрелке (рис.14),
электрические
поля резонаторов 1, 3… – ускоряющие, а
поля резонаторов 2, 4… – тормозящие.
Через полпериода эти поля поменяются
местами. На рисунке показаны траектории
двух электронов. Электрон А попадает
в ускоряющее поле и отбирает энергию
от резонатора, т.е. представляет собой
«вредный» электрон, но он пролетает
далеко от щели резонатора и возвращается
на катод. При наличии одного постоянного
поля этот электрон летел бы по траектории,
показанной штрихами. Но поле резонатора
1 усиливает искривление пути электрона
и увеличивает его энергию: он преодолевает
действие постоянного поля и возвращается
на катод. «Вредные» электроны бомбардируют
катод и увеличивают его нагрев. С этим
явлением в магнетронах приходится
считаться. Для того чтобы не было перекала
катода, во время работы магнетрона
обычно уменьшают напряжение накала.
Кроме того, поверхность катода необходимо
делать более прочной, чтобы предотвратить
её разрушение ударами электронов.

Более
сложным оказывается путь «полезного»
электрона Б, попавшего в тормозящее
переменное поле резонатора 2. такой
электрон отдаёт часть своей энергии
резонатору и уже не имеет энергии,
достаточной для того, чтобы вернуться
на катод. Он теряет полностью свою
энергию в какой-то точке пространства
взаимодействия, не долетев до катода,
а затем снова ускоренно летит к аноду,
и одновременно траектория его искривляется
под действием магнитного поля.

Если
в магнетроне правильно подобрано анодное
напряжение и магнитная индукция, то
время пролета «полезного» электрона
от одной щели до другой составляет
полпериода. Такой электрон, приблизившись
к щели резонатора 3, опять окажется в
тормозящем переменном поле, так как
через полпериода у этого резонатора
ускоряющее поле изменится на тормозящее.
Следовательно, электрон снова оттает
часть энергии резонатору и проделает
ещё меньший путь по направлению к катоду.
В конце концов, израсходовав значительную
часть энергии, электрон попадает на
анод. Рассмотренная траектория «полезного»
электрона, конечно, только приближённая.

«Полезные»
электроны отдают резонатору больше
энергии, чем отнимают её у резонаторов
«вредные» электроны. Действительно,
«вредный» электрон отнимает энергию
только у одного резонатора, причём этот
электрон пролетает довольно далеко от
щели, т.е. в слабом переменном поле. Он
отнимает небольшую энергию. А «полезный»
электрон отдаёт энергии двум резонаторам
и пролетает ближе к их щелям, т.е. в более
сильном переменном поле.

Передаче
энергии от электронов к резонаторам
способствует модуляция электронного
потока, напоминающая модуляцию в
двухрезонаторном клистроне. Каждый
предыдущий резонатор в магнетроне
служит модулятором для вращающегося
электронного облака, а каждый следующий
резонатор – уловителем. Однако процесс
модуляции здесь сложнее, чем в клистроне.
Электронный поток, движущийся
поступательно, подвергается скоростной
модуляции и разбивается на отдельные
сгустки (группируется). Последний процесс
совершается в пространстве дрейфа, где
нет электрического и магнитного поля.

В
магнетроне вращающийся электронный
поток также подвергается действию
переменного электрического поля данного
резонатора и за счёт этого осуществляется
модуляция скорости электронов. Но это
поле не однородное, как в клистроне.
Поэтому оно меняет не только скорость,
но и траекторию движения электронов.
Процесс усложняется тем, что происходит
в радиальном постоянном электрическом
поле, которое изменяет скорость электронов
и совместно с постоянным магнитным
полем влияет на их траекторию.

В
результате скоростной модуляции и
изменения траекторий электронов,
вращающееся электронное «облачко» из
кольцевого превращается в зубчатое.
Оно напоминает кольцо со спицами, но
без обода (рис.15). Число электронных
«спиц» равно половине числа резонаторов.
Конечно, резких переходов от этих «спиц»
к промежуткам между ними нет. «Спица»
представляет собой сгущение электронного
потока в результате скоростной модуляции
и из-за различных траекторий «полезных»
и «вредных» электронов. А между сгущениями
имеются более разреженные области.

Электронное
«облачко» при правильном режиме
магнетрона вращается с такой скоростью,
что «спицы» проходят мимо щелей в том
момент, когда там существует тормозящее
поле. Промежутки между «спицами»,
наоборот, проходят через ускоряющие
поля. В итоге происходит отдача электронным
«облачком» энергии на разогрев катода
и потеря энергии на разогрев катода и
анода от электронной бомбардировки.
Вся эта энергия потребляется от одного
источника.

Существует
следующая зависимость между числом
резонаторов N,
магнитной индукцией
В
и частотой генерируемых колебаний
f:

NB
= af,
(36)

где
а
– коэффициент, зависящий от конструкции.

А
магнитная индукция В
связана с напряжением между катодом и
анодом соотношением

(37)

где
b
– постоянная величина.

Из
формул (36) и (37) видно, что для более
высоких частот нужно иметь больше
резонаторов или увеличивать магнитную
индукцию и анодное напряжение.

Обычно
магнитная индукция составляет от 0,1 до
0,5 Тл. Для импульсной работы в дециметровом
диапазоне магнетроны строят на мощность
в десятки тысяч киловатт, а в сантиметровом
– в тысячи киловатт. В самых мощных
магнетронах анодное напряжение в
импульсе достигает десятков киловольт,
а анодный ток – сотен ампер. Магнетроны
для непрерывного режима имеют мощность
в десятки киловатт на дециметровых
волнах и в единицы киловатт — на
сантиметровых. В мощных магнетронах
применяется принудительное воздушное
или водяное охлаждение, КПД мощных
магнетронов может достигать 70% при
работе в дециметровом диапазоне, в
сантиметровом диапазоне КПД составляет
30-60%.

Помимо
магнетронов работающих на фиксированной
частоте существуют магнетроны, в которых
изменятся собственная частота резонаторов.
С этой целью для получения более коротких
волн вводят в резонаторы медные цилиндры,
которые уменьшают индуктивность, а для
получения более длинных волн –
металлические пластинки, увеличивающие
ёмкость. Такие методы дают изменение
частоты не более чем на 10-15%. Выполнение
подобных устройств представляет
известные трудности, так как находятся
эти устройства в вакууме, а управляться
должны извне.

Электронная
перестройка частоты магнетрона основана
на том, что эта частота зависит от
анодного тока. Изменение анодного тока
на 1А может дать изменение частоты до
нескольких десятков мегагерц. Но в
обычных магнетронах такая электронная
настройка не получила широкого применения.

Однако
существует особый тип магнетронов –
магнетроны,
настраиваемые напряжением (митроны),
в которых, изменяя анодное напряжение
и соответственно анодный ток, можно
получить даже двукратное изменение
частоты. Конструкция их несколько
отличается от конструкции обычных
магнетронов. Особенность этих магнетронов
в том, что анодный ток у них ограничен
за счёт ослабления эмиссии катода
(недокала катода) и имеется внешний
резонатор с низкой добротностью, т.е. с
широкой полосой частот. В непрерывном
режиме работы при изменении частоты в
два раза эти магнетроны дают выходную
мощность в единицы ватт. А при меньших
изменениях частоты (5-20%) они могут давать
мощность в десятки ватт.

Обычные
магнетроны не обладают достаточно
высокой стабильностью частоты и фазы.
Значительно более стабильные колебания
π-вида могут быть получены в так называемых
коаксиальных магнетронах (рис. 16). В
таких магнетронах снаружи анодного
блока расположен объёмный резонатор
высокой добротности. Этот внешний
резонатор имеет собственную частоту,
равную частоте колебаний π-вида
магнетрона, и связан с резонаторами
анода посредством щелей, которые сделаны
не в каждом резонаторе, а через один. В
этом случае во всех резонаторах, связанных
с внешним резонатором, получаются
колебания с одинаковой фазой, а в соседних
резонаторах колебания будут в противофазах.
Для сантиметровых волн удобен обращённый
коаксиальный магнетрон, у которого
катод и анод переставлены местами. Катод
выполнен в виде наружного цилиндра, и
с его внутренней поверхности эмитируются
электроны. Анод с резонаторами расположен
внутри катода. А внутри анода находится
высокодобротный объёмный резонатор,
служащий для стабилизации колебаний и
связанный щелями с резонаторами анодного
блока.

К новым
типам магнетронных приборов относится
ниготрон,
разработанный академиком П.Л. Капицей,
представляющий собой цилиндрический
объёмный резонатор, вдоль оси которого
действует постоянное магнитное поле.
Внутри этого резонатора расположены
коаксиально катод и анод, причём каждый
из них сделан в виде системы сегментов.
Большая добротность основного резонатора
обеспечивает высокую стабильность
частоты, КПД — до 50% в дециметровом
диапазоне волн и мощность до 100 кВт в
непрерывном режиме работы.

Магнетрон из микроволновки и СВЧ оружие

Основным элементом обычной микроволновки является магнетрон, вакуумный прибор для генерирования СВЧ-излучения. Его старшие родственники стоят во всяких радарах и системах радиолокации. Именно за счёт испускаемого им СВЧ микроволновки разогревают еду: частота подобрана так, что вызывает резонансные явления в молекулах воды, которые содержатся почти в любой пище, и те начинают разогреваться. Из-за большой мощности магнетрона нагрев оказывается весьма ощутимым, что и даёт искомый эффект.

Магнетрон из этой самой печки, понятно, можно извлечь. Выглядит он как вот такая вот забавная штуковина с мощным радиатором. Торчащий сверху штырь — собственно СВЧ-излучатель, от которого и прёт излучение. Типичная мощность — около 700-800 ватт, что, надо сказать, очень и очень дохрена много и легко вскипятит незрелые мозги (а точнее, глаза) попавшего в фокус такого излучателя. К счастью, от штыря магнетрона излучение всенаправленное и потому относительно безопасно, если не подходить слишком близко.

Если содрать радиатор, то останется довольно небольшая меднокерамическая хренька с двумя магнитами. Если же разбирать и дальше, и распилить её пополам, внутри окажется довольно любопытная ромашковидная структура. За конкретными принципами её действия и генерации там микроволн отсылаю в более специализированные источники, здесь этому уже не место.

Кстати, интересная особенность магнетрона: на накал (катод) у него идёт минус, а корпус, он же анод — заземляется. Из той же микроволновки можно полностью выдрать и питание для магнетрона — МОТ, конденсатор и диод, и, собственно, подключить — так же, как он был подключен в печке. Накальная обмотка МОТа питает накал, корпуса МОТа и магнетрона соединены, конденсатор и диод образуют шифтер, причём подключенный горячим выводом (точка соединения кондёра и диода) к одному из накальных выводов магнетрона (именно поэтому накальная обмотка у мота выполнена высоковольным проводом).

[Not a valid template] При включениях следует таки соблюдать осторожность, надолго не врубать и беречь глаза, особенно при запусках в помещениях. Если поставить наверх вывода острый кусочек металла, можно получить факел на 2.4 ГГц. Только обгорает этот вывод очень быстро.

[Not a valid template] Но просто развлекаться с магнетроном довольно скучно. Куда интереснее приспособить к нему антенну для получения более или менее направленного потока излучения. Идеальной была бы параболическая тарелка. Вот только диаметр требуется метров в пять. Чуть хуже, но тоже неплоха антенна типа «рупор», но её изготовление довольно утомительно и она оказывается изрядно громоздкой, хотя, конечно, меньше параболы. Я в итоге остановился на баночной антенне (гуглим «cantenna»), снискавшей любовь у любителей усиления вайфая. [Not a valid template] Поскольку магнетрон работает ровно на той же частоте, что и вайфай, можно просто считать банку как для вайфай-антенны. Усиление от неё не очень велико, форма потока тоже оставляет желать лучшего, но зато ей можно очень приятственно засвечивать газоразрядные приборы, кипятить глаза мышам небольшие объёмы воды, и сбрасывать соседский wifi-роутер. Кстати, в метре от банки антенны вырубается фотоаппарат. Для лучшего охлаждения поставлен кулер к магнетрону, ибо последний изрядно нагревается во время работы.

[Not a valid template] [Not a valid template] [Not a valid template]

Метки отсутствуют.

Специальные электронные приборы для СВЧ

Как работают магнетроны? — Объясни этот материал

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 октября 2019 г.

Хотите приготовить ужин за пять минут или сделать самолет безопаснее?
летать в непогоду? Тогда тебе понадобятся микроволновки. Это невидимые,
сверхэнергетические коротковолновые радиоволны, которые распространяются на
скорости света, делая важные вещи в микроволновых печах и
радарно-навигационное оборудование.
Сделать микроволновую печь легко, если у вас есть
оборудование — удобный гаджет, называемый магнетроном.Что это и
как это работает? Возьмем
пристальный взгляд!

Фото: Магнетрон с резонатором CV64, разработанный в Бирмингеме в 1942 году, был достаточно мал, чтобы поместиться внутри самолета. Подобные устройства позволили самолетам впервые использовать радиолокационную защиту. Выставка в Think Tank (музей науки в Бирмингеме, Англия). Приносим извинения за немного плохое качество изображения: экспонат находится в стеклянной витрине и его трудно сфотографировать.

Как работает магнетрон?

Изображение: Справа: один из рисунков высокоэнергетического магнетрона, разработанного в 1940-х годах Перси Спенсером, который усовершенствовал микроволновую печь, работая в Raytheon. (Я раскрасил его так, чтобы он соответствовал моему рисунку ниже.) Вы можете увидеть увеличенную версию этого рисунка и прочитать полную техническую информацию через Google Patents. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

Магнетроны ужасно сложны. Нет, правда — они ужасно
сложно! Чтобы понять, как они работают, я считаю полезным сравнить
их к двум другим вещам, которые работают аналогичным образом: телевизор старого образца
набор и флейта.

Магнетрон имеет много общего с электронно-лучевым.
(электронная) трубка, запаянная стеклянная колба, которая превращает изображение в
телевизор старого образца.Трубка — это сердце телевизора: она делает
изображение, которое вы можете увидеть, стреляя пучками электронов в экран, покрытый
в химических веществах, называемых люминофорами, поэтому они светятся и выделяют точки
света. Вы можете прочитать все об этом в нашей основной статье на
телевидение, но вот (вкратце) то, что происходит. Внутри телевизора,
есть отрицательно заряженный электрический терминал, называемый катодом
который нагревается до высокой температуры, поэтому электроны «выкипают» из него.
Они ускоряются вниз по стеклянной трубке, привлеченные положительно
заряженный терминал или анод и достигают таких высоких скоростей, что они
промчаться мимо и врезаться в люминофорный экран на конце трубки.Но
Магнетрон не имеет той же цели в жизни, что и телевизор. Вместо того, чтобы делать
изображение, он предназначен для генерации микроволн — и он делает это немного
как флейта. Флейта — это открытая труба, наполненная воздухом. Дуть поперек
верхушку правильным образом, и вы заставляете ее вибрировать в определенном
музыкальный тон (называемый его резонансной частотой), генерирующий
звук, который вы слышите, который прямо соответствует длине
труба.

Задача магнетрона — генерировать довольно короткие радиоволны.Если бы вы могли их видеть, вы могли бы легко измерить их школьной линейкой.
Обычно они не короче 1 мм (0,04 дюйма; самое короткое
деление на метрической линейке) и не более 30 см (12 дюймов;
длина типичной школьной линейки). Магнетрон делает свое дело
резонирует как флейта, когда вы накачиваете в нее электрическую энергию. Но, в отличие от
флейта, она производит электромагнитные волны вместо звуковых, поэтому
вы не можете услышать резонансную энергию, которую он производит.
(Вы также не можете увидеть эту энергию, потому что ваши глаза не чувствительны к коротковолновым, микроволновым
радиация).

Краткая история магнетронов

• 1920-е годы: американский инженер Альберт В. Халл изобретает первый магнетрон, работая в General Electric.
• 1934: Артур Л. Сэмюэл из Bell Telephone Laboratories изобретает резонаторный магнетрон.
• 1939: Два физика, Джон Рэндалл и Гарри Бут, работают в
  Университет Бирмингема, Англия, разработал гораздо более мощный
  магнетрон, который достаточно компактен, чтобы поместиться на кораблях, самолетах и
  подводные лодки.
• 1940-е: американский инженер Перси Спенсер случайно обнаруживает
  что микроволны, производимые магнетроном, обладают достаточной мощностью, чтобы нагреть
  и готовить еду.Он патентует микроволновую печь в 1950-х годах.
• 1976: исследователи Массачусетского технологического института Джордж Бекефи и Таддеус Оржеховски разрабатывают релятивистский магнетрон, который примерно в 10–100 раз больше.
  более мощный, чем резонаторный магнетрон. Они достигают мощности 900 МВт по сравнению с 10 МВт или около того, когда магнетроны резонатора были
  затем способен производить.
• 2009: исследователи из Мичиганского университета, спонсируемые ВВС США.
  объявляют о разработке более компактного магнетрона большей мощности, который может улучшить разрешающую способность радиолокационной навигации.

Фото: Внутри вашей микроволновой печи находится магнетрон, обычно сразу за панелью управления и приборной панелью справа. Если открыть дверцу, то иногда можно увидеть магнетрон и его охлаждающие ребра через перфорированную металлическую решетку, отделяющую его от основной рабочей камеры.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Статьи

Легко читаемый

• Краткая история микроволновой печи Эвана Аккермана.IEEE Spectrum, 30 сентября 2016 г. Как Перси Спенсер из Raytheon впервые применил новый способ приготовления пищи — с использованием волн.
• Андрей Хэфф и удивительный микроволновый усилитель Джека Коупленда и Андре А. Хэффа. IEEE Spectrum, 25 августа 2015 г. Изучение работы забытого персонажа из истории микроволнового излучения.
• Микроволновые печи в образе астрономических объектов. Автор Александр Геллеманс. IEEE Spectrum, 5 мая 2015 г. Как магнетроны в микроволнах создают проблемы для астрономов.
• Изобретение резонаторного магнетрона и его внедрение в Канаде и США Полом А.Рыжая. Физика в Канаде, ноябрь / декабрь 2001 г. [в ​​формате PDF] Это превосходный и краткий отчет о том, как развивались магнетроны во время Второй мировой войны в США, Великобритании и Канаде. [Архивировано через The Wayback Machine.]

Дополнительная техническая информация

• Обзор релятивистского магнетрона Дмитрия Андреева, Артема Кускова и Эдла Шамилоглу. Материя и радиация в крайностях 4, 067201 (2019). Включает большой обзор общей истории магнетронов и множество полезных ссылок.
• Исторические заметки о резонаторном магнетроне Х.А.Х. Бут и Дж. Рэндалл. Труды Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, номер 7, июль 1976 г., стр.724. Как два британских пионера разработали первые военные магнетроны.

Патенты

Работа: Иллюстрации оригинального магнетрона Артура Самуэля из его
Патент США №2063342: Устройство электронного разряда,
любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США. Как и на рисунках выше, анод окрашен в красный цвет, катод — в желтый, а
катушка, окружающая стеклянную разрядную трубку, темно-серого цвета.

Если вы хотите прочитать подробные технические описания того, как устроены магнетроны и как они работают, патенты — отличное место для начала. Их не всегда так легко понять, но описания чрезвычайно подробны и, как правило, имеют очень четкие обозначенные диаграммы. Вот несколько, с которых можно начать: вы найдете гораздо больше, если выполните поиск в USPTO (или в Google Patents), используя ключевое слово «магнетрон»:

• Патент США № 2099533: Магнетрон Дитриха Принца, Telefunken Gesellschaft, 30 июля 1935 г.Ранний немецкий дизайн магнетрона.
• Патент США № 2063342: Устройство электронного разряда, автор Артур Л. Самуэль, Bell Telephone Laboratories, 8 декабря 1936 г. Первый магнетрон с резонатором.
• Патент США №2,408,235: Высокоэффективный магнетрон, автор Перси Л. Спенсер, Raytheon Manufacturing Company, 24 сентября 1946 г. Полный текст патента Перси Спенсера на магнетрон резонатора, проиллюстрированный выше.
• Патент США № 7,906,912: Магнетрон, автор: Такеши Исии и др. Panasonic Corporation, 15 марта 2011 г.Очень подробное описание типа магнетрона, который вы найдете в современной микроволновой печи.

Магнетрон

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу, посвященную микроволновым усилителям

Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу главную страницу о микроволновых трубках

Промышленный магнетрон от СВЧ

Новинка февраля 2010 года! Щелкните здесь, чтобы перейти на нашу новую страницу истории микроволновых печей!

Магнетрон — это трубка, благодаря которой во время Второй мировой войны работал радар на сверхвысоких частотах.Изобретенный Залом Славы СВЧ Альбертом Уоллесом Халлом, член Зала Славы Перси Спенсер позже понял, как произвести дорогостоящий и трудоемкий процесс механической обработки, который британцы использовали для производства маггий С-диапазона в конце 1930-х годов. Марвин Бок отвечал за коммерциализацию Radarrange в конце 1940-х годов.

Прелесть магнетрона во время Второй мировой войны заключалась в том, что он обеспечивал высокую мощность (сотни ватт) на чрезвычайно высокой частоте (диапазон C!), Что позволяло радиолокационным системам использовать параболический отражатель в качестве антенны; этот отражатель был достаточно мал, чтобы его можно было разместить внутри носовой части самолета, за аэродинамическим обтекателем, а не за дипольным массивом, создающим сопротивление, установленным снаружи самолета.Кроме того, высокая частота магнетрона давала оператору радара гораздо более четкое изображение цели, чем то, которое дает дипольная решетка. К концу войны немцам пришлось использовать дипольные решетки на своих самолетах, потому что их радары имели верхний частотный диапазон около 200 МГц.

Магнетрон может быть источником микроволн (осциллятором) или усилителем.

Слово «магнетрон» — это портманто, объединяющее «магнит» и «электрон».

Ты такой же умный, как пятиклассник?

Приведенная ниже информация изначально была написана для пятого класса в Юджине, штат Орегон, который задавал вопрос: «Для чего нужен этот большой магнит внутри микроволновой печи?» Неизвестный редактор был вынужден «придумать» ответ, но, возможно, дал больше, чем они хотели!

Ваш вопрос хороший! Должен признаться, у меня никогда не было причин разбираться в деталях магнетрона, но я попытаюсь дать вам объяснение, которое могло бы помочь.

Вопрос: что общего у магнетрона с покемоном ? Оба они являются примерами словосочетания «портманто», когда два слова объединяются в одно новое слово. Магнетрон = магнит / электрон Покемон = карман / монстр Инженеры все время используют портмоне, хотя большинство из них даже не знают, что означает это слово!

Видл, # 13 Покемон

Во-первых, трудно поверить, что люди давно разобрались во всем этом.В конце 1930-х годов математики, затем ученые, а затем инженеры придумали очень хитроумную мысль при разработке магнетронов. Компания Raytheon участвовала в производстве устройства, его изобрели британцы, но способ его изготовления был трудоемким. Перси Спенсер придумал способ заменить дорогую механическую обработку стопкой штамповок, которая была намного, намного дешевле. Сегодня секретное изобретение, которое помогло выиграть Вторую мировую войну (создание бортовых радаров), производится в Китае для подогрева вашего обеда! Но я отвлекся…

Итак, вакуумная электроника была королем всех электрических устройств, таких как радио и телевизоры, до «эпохи транзисторов», начавшейся в 1950-х годах. Лампы, как и транзисторы, могут выполнять множество функций, таких как усилители, переключатели, экраны телевизоров и даже компьютеры (например, ENIAC, который потреблял достаточно электроэнергии, чтобы зажечь Юджин Орегон). В свое время электроника была намного грубее!

Принцип работы вакуумной трубки заключается в том, что при достаточной температуре и очень высоком напряжении (электрическом поле) электроны могут выкипать из одного металла и переходить к другому через вакуум, а не через провод.Причина, по которой телевизоры и радиоприемники должны были нагреваться, заключалась в том, что нагреватели в трубках должны были нагреваться достаточно, чтобы закипать электроны. Эта потребность в тепле противоположна транзисторам, где тепло считается самым большим врагом надежности.

Электричество и магнетизм очень взаимосвязаны. Легче всего думать о двигателях и генераторах. Хотя не все они используют постоянные магниты, все они используют взаимодействие электронов с магнитным полем.

Забавно в этом взаимодействии … когда электрон движется в одном направлении (скажем, на восток), если он встречает магнитное поле, пересекающее его путь (север-юг), он отклоняется вверх, а не в сторону! Это похоже (но не связано) с гироскопом: когда вы пытаетесь повернуть его в одном направлении, он отбивается под углом 90 градусов к прилагаемой вами силе.

Итак, переходим к магнетрону …

В «Мэгги» проводник в центре нагревается.Затем между центральным проводником и внешним проводником подается огромное постоянное напряжение (эквивалентное нескольким тысячам последовательно соединенных батареек АА!). Напряжения достаточно, чтобы действительно поранить или убить вас, так что не возитесь с частично разобранной духовкой! Напряжение повышается со 120 вольт, которое электроэнергетическая компания подает на ваши розетки, а затем преобразуется из переменного тока в постоянный (DC). Попросите своего учителя объяснить переменный и постоянный ток … в результате много-много электронов текут через вакуум от центра к внешнему проводнику концентрически.На данный момент у нас нет никакого преобразования «домашнего тока» в микроволновый ток, микроволны представляют собой форму переменного тока, но с частотой в 40 000 000 раз превышающей частоту, которую энергетическая компания отправила в ваш дом!

Эта маленькая Мэгги учится в четвертом классе и так и не научилась точить свой гигантский карандаш. Хотя она довольно хорошо плавает!

Гигантский магнит в микроволновой печи, о которой вы упомянули, расположен так, чтобы направлять экстремальное магнитное поле вверх и вниз через магнетрон (север-юг на магнитном жаргоне), в то время как электроны перемещаются из центра наружу (концентрически) .Эффект заключается в том, что магнит отклоняет электроны в сторону. Благодаря тщательному проектированию магнит может вращать электроны вокруг зазора в магнетроне, когда сила магнита равна центробежной силе вращающихся электронов. Итак, у вас есть «газ» электронов, вращающийся, как торнадо, внутри магнетрона! Прекрасная штука, но еще не источник СВЧ энергии.

Схема заимствована из Википедии, путь электрона красным

А теперь представьте, когда вы едете в машине по шоссе, и кто-то открывает одно из задних окон… и все, что вы можете услышать, это тот шум, который сводит вас с ума! Это потому, что у автомобиля резонанс на очень низкой частоте. Флейта также преобразует ветер в звук, но с гораздо более высоким тоном, потому что резонансная полость флейты намного меньше, чем внутренняя часть автомобиля. Оба примера преобразуют одну форму энергии (ветер) в другую (звук). Именно это и происходит в магнетроне! Эти маленькие камеры в структуре резонируют с определенной частотой, когда электронное облако проходит мимо них.Таким образом, одна форма энергии (электричество из розетки, которое в микроволновой печи повышается до очень высокого напряжения) преобразуется в другой (микроволны). Энергия просто снимается, вставляя провод или антенну (показана коричневым) в одну из полостей магнетрона, и энергия проходит по проводу и через волновод ко второй антенне, которая передает энергию вашей пище. Волновод — это просто полая металлическая труба, по которой энергия волны может проходить с небольшими потерями, например, когда вы говорите через трубу, а ваш друг слушает на другом конце.Действительно, есть много аналогий между микроволнами и звуковыми волнами, они на самом деле имеют очень похожий размер (длину волны), реальная разница в том, что микроволны распространяются со скоростью 1 000 000 000 футов в секунду, в то время как звук распространяется «всего» на 1000 футов в секунду!

Может быть, я дал вам слишком много, чтобы думать обо всем сразу, давайте просто упростим это. Магнит используется для вращения электронов по кругу, а полости предназначены для того, чтобы красть энергию из вращающегося облака и генерировать 2400000000 циклов радиоволн в секунду на уровне мощности, достаточном для приготовления вашего обеда.Обратите внимание, что магнит не подает немного энергии в систему (энергетическая компания и чековая книжка мамы заслуживают этого), магнит просто направляет электроны и обманом заставляет их преобразовывать их энергию во что-то, что мы можем использовать ( теплая и вкусная закуска, только в обед обязательно «прогоняй»!)

Обзор магнетронного распыления

Магнетронное распыление — это технология осаждения с использованием газовой плазмы, которая генерируется и ограничивается пространством, содержащим осаждаемый материал — «мишенью».Поверхность мишени разрушается ионами высокой энергии в плазме, а освобожденные атомы проходят через вакуумную среду и осаждаются на подложке, образуя тонкую пленку.

В типичном процессе напыления камеру сначала вакуумируют до высокого вакуума, чтобы минимизировать парциальные давления всех фоновых газов и потенциальных загрязнителей. После достижения базового давления распыляющий газ, содержащий плазму, втекает в камеру, и общее давление регулируется — обычно в диапазоне миллиТорр — с помощью системы контроля давления.

Чтобы инициировать генерацию плазмы, высокое напряжение прикладывается между катодом, обычно расположенным непосредственно за распыляемой мишенью, и анодом, обычно подключенным к камере в качестве электрического заземления. Электроны, присутствующие в распыляющем газе, ускоряются от катода, вызывая столкновения с соседними атомами распыляющего газа. Эти столкновения вызывают электростатическое отталкивание, которое «отбивает» электроны от распыляющих газов, вызывая ионизацию. Положительные атомы распыляемого газа теперь ускоряются по направлению к отрицательно заряженному катоду, что приводит к столкновениям высокой энергии с поверхностью мишени.Каждое из этих столкновений может привести к выбросу атомов на поверхности мишени в вакуумную среду с достаточной кинетической энергией, чтобы достичь поверхности подложки. Чтобы облегчить как можно больше столкновений с высокой энергией, ведущих к увеличению скорости осаждения, в качестве распыляющего газа обычно выбирают высокомолекулярный газ, такой как аргон или ксенон. Если требуется процесс реактивного распыления, газы, такие как кислород или азот, также могут подаваться в камеру во время роста пленки.Узнайте больше о реактивном напылении здесь.

Курт Дж. Лескер Компания | Руководство по оптимизации производительности магнетрона

Однородность

Повышение однородности в приложениях для распыления связано с множеством переменных. На некоторые из этих переменных влияет сам магнетрон, но многие из них связаны с конструкцией системы / камеры и динамикой потока, которые в некоторых случаях невозможно контролировать. Однако существует ряд методов, которые могут быть использованы для повышения единообразия в вашем приложении.В следующем списке примеров представлены некоторые предложения о том, какие параметры можно изменить, чтобы оказать положительное влияние на единообразие. Прежде всего важно признать тот факт, что существуют две существенно разные конфигурации осаждения, которые дадут очень разные предложения по повышению однородности. В результате мы рассмотрим их независимо.

Статическая однородность субстрата

При напылении статической подложки следующие параметры будут влиять на общую однородность покрытия;

1.Ориентация магнетрона по отношению к подложке: Магнетрон и подложка должны быть отцентрированы относительно их оси для оптимальной однородности.

2. Размер магнетрона: Мишень должна быть больше подложки для оптимальной однородности. Типичный профиль покрытия будет спадать по краям и быть наиболее однородным в центре (как на рис. 1).

Чем больше вылет на подложке, тем более равномерным будет покрытие.

3.Расстояние от источника до подложки: Если выступ от магнетрона до подложки отсутствует или ограничен из-за существующей конструкции камеры или оборудования, увеличение расстояния от источника до подложки поможет улучшить однородность. Чем дальше вы находитесь, тем больше столкновений между ионами аргона, электронами и атомами материала, что создает хаотизацию напыленной пленки, осаждающейся на подложке, и, в конечном итоге, лучшую однородность. Однако недостатком этого является то, что чем дальше вы находитесь от подложки, тем ниже будет скорость распыления.

4. Маскирование: Маскирование — это метод, который можно использовать для повышения однородности путем блокирования или предотвращения осаждения материала на определенных участках мишени на подложку. Например, скопление материала на краях мишени является типичным из-за профиля магнитного поля, расположения активной зоны эрозии и результирующего профиля потока. Вставив маскировку в центральную часть мишени, вы можете в конечном итоге сгладить профиль эрозии (см. Рисунок 2).

Вращающаяся (одна ось) однородность подложки

При нанесении покрытия на вращающуюся основу можно использовать следующие методы для повышения однородности;

1. Внеосевая или конфокальная ориентация магнетрона по отношению к подложке: Основное преимущество вращения подложки состоит в том, что вы можете использовать гораздо меньший магнетрон для достижения оптимальной однородности за счет смещения центральной линии мишени по отношению к подложке.Использование вращения одной оси подложки требуется для следующих методов;

• A. Смещение: Регулировка расстояния от центра мишени до центра подложки до смещения, сфокусированного на радиусе, позволит вам повысить однородность по всей поверхности подложки, фокусируя только половину или частичную область субстрата.
  • i. Расстояние от источника до подложки: регулировка расстояния от источника до подложки также поможет добиться однородности.

• B. Конфокальный: В конфокальной ориентации магнетрон расположен под углом к ​​радиусу подложки. Идеальные параметры для конфокального распыления следующие:
  • i. Наклон 30 градусов от оси к центру подложки радиус
  • ii. Расстояние от источника до подложки 4 дюйма

Примечание: В зависимости от конструкции камеры и динамики потока может потребоваться регулировка угла и расстояния от источника до подложки.

В конфокальной ориентации с помощью 3-дюймовых магнетронов можно добиться следующих однородностей:

При конфокальном или внеосевом распылении можно использовать несколько магнетронов для совместного распыления нескольких слоев различных материалов и / или увеличения скорости распыления одного и того же материала мишени.

Как правило, при напылении 6-дюймовой подложки можно установить до (4) четырех распыляющих катодов на расстоянии 4 дюйма от источника до подложки. Крайне важно иметь возможность регулировать источник в зависимости от расстояния до подложки и угла распыляющего катода, чтобы иметь максимальную возможность настройки однородности.

При внеосевом распылении , имея возможность регулировать смещение к подложке, угол источника и расстояние от источника к подложке, все являются критическими параметрами при наборе однородности.Ниже приведены несколько примеров того, как корректировка этих переменных оказывает значительное влияние как на однородность, так и на скорость;

Примечание: Все приведенные выше конфигурации предполагают вращение носителя по одной оси.

Что такое распыление? Магнетронное распыление?

Написано Мэттом Хьюзом, президентом компании Semicore Equipment, Inc.
Дата публикации: 24 ноября 2014 г.

Распыление — это производственный процесс осаждения тонких пленок, лежащий в основе современной промышленности полупроводников, дисководов, компакт-дисков и оптических устройств.На атомном уровне распыление — это процесс, при котором атомы выбрасываются из мишени или исходного материала, который должен быть нанесен на подложку, такую ​​как кремниевая пластина, солнечная панель или оптическое устройство, в результате бомбардировки мишени частицы высоких энергий.

Глагол «Брызгать» происходит от латинского слова Sputare, означающего «выпускать слюну с шумом». Хотя слово «брызгание» звучит забавно для тех, кто ассоциирует его с заиканием и дефектами речи, в 1970 году Питер Дж.Кларк изменил ход истории, когда разработал первую «распылительную пушку», которая катапультировала полупроводниковую промышленность, сделав возможным точное и надежное осаждение материалов на атомном уровне с использованием заряженного плазменного потока электронов и ионов в вакуумной среде.

Процесс распыления начинается, когда покрываемая подложка помещается в вакуумную камеру, содержащую инертный газ — обычно аргон — и отрицательный заряд прикладывается к исходному материалу мишени, который будет осаждаться на подложке, вызывая свечение плазмы.

Схема процесса распыления

Свободные электроны текут из отрицательно заряженного исходного материала мишени в плазменной среде, сталкиваясь с внешней электронной оболочкой атомов газа аргона, отталкивая эти электроны из-за их одинакового заряда. Атомы инертного газа становятся положительно заряженными ионами, притягиваемыми к отрицательно заряженному материалу мишени с очень высокой скоростью, которая «разбрызгивает» частицы атомного размера из исходного материала мишени из-за импульса столкновений.Эти частицы пересекают камеру вакуумного осаждения устройства для нанесения покрытия распылением и осаждаются в виде тонкой пленки материала на поверхности покрываемой подложки.

Распыление происходит только тогда, когда кинетическая энергия бомбардирующих частиц чрезвычайно высока, намного выше, чем нормальная тепловая энергия в плазменной среде «Четвертого состояния природы». Это может обеспечить гораздо более чистое и точное осаждение тонких пленок на атомном уровне, чем может быть достигнуто путем плавления исходного материала с использованием обычных тепловых энергий.

Число атомов, выброшенных или «распыленных» из мишени или исходного материала, называется выходом распыления. Мощность распыления варьируется и может контролироваться энергией и углом падения бомбардирующих ионов, относительными массами ионов и атомов мишени, а также энергией связи атомов мишени на поверхности. В устройствах для нанесения покрытий распылением широко используются несколько различных методов физического осаждения из паровой фазы, включая ионно-лучевое и ионно-вспомогательное распыление, реактивное распыление в среде газообразного кислорода, поток газа и магнетронное распыление.

Схема процесса распыления магнетрона постоянного тока

Поскольку ионы являются заряженными частицами, магнитные поля можно использовать для управления их скоростью и поведением. Джону С. Чапину приписывают изобретение первого источника планарного магнетронного распыления, патент на который был подан в 1974 году. Хотя обычное диодное распыление позволяет наносить чрезвычайно тонкие пленки вплоть до атомного масштаба, оно обычно медленное и наиболее эффективное для небольших подложек. Бомбардировка субстрата также может вызвать перегрев или повреждение покрываемого объекта.

При осаждении методом магнетронного распыления используются магниты за отрицательным катодом для захвата электронов над отрицательно заряженным материалом мишени, чтобы они не могли бомбардировать подложку, что обеспечивает более высокую скорость осаждения.

Самыми распространенными формами катодов / мишеней для магнетронного распыления являются круглые и прямоугольные. Прямоугольные магнетроны чаще всего используются в крупномасштабных «поточных» системах, где подложки линейно сканируют мишени на конвейерной ленте или носителе определенного типа.Магнетроны для кругового распыления чаще встречаются в «конфокальных» пакетных системах меньшего масштаба или станциях с одной пластиной. Узнать больше …

Реактивное распыление — это процесс добавления газа в вакуумную камеру, который претерпевает химическую реакцию перед тем, как вступить в контакт с покрываемыми материалами. Такие газы, как азот или кислород, которые обычно стабильны и инертны при нормальных условиях, становятся ионизированными и реактивными в плазменной среде в результате столкновений с высокой энергией.

Когда это происходит, газ может вступать в химическую реакцию с облаком целевого материала и образовывать молекулярное соединение, которое затем становится тонкопленочным покрытием. Например, кремниевая мишень, реактивно распыляемая газообразным кислородом, может образовывать пленку оксида кремния, а с помощью азота может образовываться пленка нитрида кремния, которая составляет основу полупроводниковой промышленности. Подробнее…

Совместное распыление — это когда два или более материала мишени одновременно распыляются в вакуумной камере и часто используется с реактивным магнетронным распылением для получения тонких пленок, которые представляют собой такие соединения, как сплавы или композиты.

Он широко используется в производстве оптического и архитектурного стекла. Используя совместное реактивное распыление двух целевых материалов, таких как кремний и титан, с двойным магнетронным распылением, можно тщательно и точно контролировать показатель преломления или эффект затенения стекла в различных областях применения, от крупномасштабных поверхностей, таких как архитектурное стекло небоскребов, до солнцезащитных очков. Он также широко используется в производстве солнечных батарей. Подробнее…

Типы источников энергии для распыления

Существует несколько различных типов источников энергии, используемых для бомбардировки материала мишени с целью распыления атомов, включая постоянное и высокочастотное распыление, импульсный постоянный ток, MF, переменный ток и недавно появившиеся методы распыления HIPIMS.

Распыление постоянным или постоянным током — это самый простой и наиболее часто используемый метод с электропроводящими материалами мишени, такими как металлы, поскольку его легко контролировать и он относительно низок в потреблении энергии. По возможности, распыление на постоянном токе может быть относительно недорогим и экономичным решением для нанесения широкого спектра декоративных металлических покрытий. Подробнее…

Однако распыление постоянным током имеет ограничения, когда речь идет о диэлектрических материалах мишени — покрытиях, которые являются непроводящими изоляционными материалами, которые могут принимать поляризованный заряд.Примеры обычных материалов для диэлектрических покрытий включают оксид алюминия, оксид кремния и оксид тантала.

Во время распыления постоянным током газ в вакуумной камере ионизируется. В результате образуются положительные ионы, которые накапливаются на поверхности мишени, придавая ей положительный заряд. Это накопление положительного заряда в диэлектрике со временем может прекратить разряд распыляющихся атомов.

Было разработано несколько методов, позволяющих чередовать или подавать импульс источника энергии для распыления, чтобы «очистить» или нейтрализовать поверхность мишени и предотвратить ее развитие положительного заряда.

RF или радиочастотное распыление меняет электрический потенциал тока на радиочастотах, чтобы избежать накопления заряда. За счет чередования тока таким образом каждая фаза цикла имеет эффект реверсирования накопления, когда ток течет непрерывно только в одном направлении. Как и в случае с магнетронным распылением постоянного тока, устройства для нанесения покрытий с высокочастотным магнетронным распылением увеличивают рост тонкой пленки за счет увеличения процента атомов мишени, которые становятся ионизированными.Подробнее…

Импульсное напыление на постоянном токе — это когда цель бомбардируется мощными скачками напряжения, чтобы очистить поверхность цели и предотвратить накопление диэлектрического заряда. Эти всплески напряжения, которые очищают поверхность цели, обычно устанавливаются в диапазоне частот от 40 до 200 кГц. Подробнее…

HIPIMS или высокомощное импульсное магнетронное распыление — это недавно развивающийся метод распыления, который также использует выбросы высокого напряжения для значительного увеличения ионизации распыляемой мишени.По сравнению с традиционными процессами распыления ионизированные атомы в системах HIPIMS имеют значительно более высокие энергии, способные создавать очень плотные тонкопленочные покрытия. Подробнее…

MF или среднечастотное напыление на переменном токе обычно используется для нанесения непроводящих тонкопленочных покрытий. Используются два катода, между которыми переключается переменный ток, который очищает целевую поверхность при каждом изменении направления тока. Подробнее…

Мэтт Хьюз — президент компании Semicore Equipment Inc, одного из ведущих мировых поставщиков высокопроизводительного оборудования для нанесения покрытий PVD, в том числе высокочастотного, постоянного и импульсного постоянного тока, HIPIMS и систем распыления переменного тока.

Что такое распыление? Видео сценарий

Как именно работает процесс распыления?

Сначала материалы покрытия помещаются на магнетрон в твердой форме, называемой мишенью. Для получения особо чистых покрытий вам нужна чистая среда с использованием только материалов по вашему выбору.

Вот почему камера вакуумируется, чтобы удалить почти каждую молекулу из камеры. Затем камера снова заполняется технологическим газом.

Выбор газа зависит от типа осаждаемого материала; Обычные технологические газы включают аргон, кислород и азот.

Теперь условия готовы для начала процесса. Отрицательный электрический потенциал прикладывается к распыляемому материалу мишени, который является катодом магнетрона, а положительный анод или земля является телом камеры.

Этот электрический потенциал заставит свободные электроны ускоряться от магнетрона. Когда эти электроны сталкиваются с атомом технологического газа, они лишают атом газа электрона, создавая положительно заряженный ион технологического газа. Положительно заряженный ион ускоряется в направлении магнетрона.

Этот ион несет с собой достаточно энергии, чтобы «сбить» или «разбрызгать» часть материала мишени магнетрона. Затем целевой материал будет собираться на поверхностях на пути, по которому направлен магнетрон. Так на вашей подложке собирается «распыленный» материал.

Свет из плазмы создается, когда ионы рекомбинируют со свободными электронами в более низкоэнергетическое состояние. Положительно заряженные ионы рекомбинируют со свободными электронами, чтобы снова создать нейтральный атом.

Свечение плазмы создается, когда ионы рекомбинируют со свободными электронами в более низкое энергетическое состояние.Когда свободный электрон рекомбинирует с ионом, он имеет напряжение; иону требуется меньшее напряжение, поэтому это «избыточное напряжение» испускается как свет. Свет — это свечение плазмы, которое наблюдается во время обработки.

Этот процесс осаждения тонкой пленки продолжается с постоянной скоростью до тех пор, пока не будет достигнута желаемая толщина и с катода не будет отключено питание.

Эта удивительная атомная реакция, известная как «распыление», делает Semicore лидером в производстве специального вакуумного оборудования.

Компания Semicore Equipment, Inc .является ведущим мировым поставщиком оборудования для напыления для электроники, оптики, солнечной энергии, медицинской, автомобильной, военной и смежных высокотехнологичных отраслей. Позвольте нашей службе поддержки ответить на любые ваши вопросы относительно « Что такое распыление? »и о том, как реализовать лучшее оборудование и методы для ваших конкретных нужд — будь то оборудование постоянного, радиочастотного, импульсного постоянного тока или HIPIMS — связавшись с нами по адресу [email protected] или позвонив по телефону 925-373-8201.

Статьи по теме

Постоянный электрический ток, обычно в диапазоне от -2 до -5 кВ, подается на материал покрытия мишени, который является катодом или точкой, в которой электроны входят в систему, известной как отрицательное смещение.Положительный заряд также прикладывается к покрываемой подложке, которая становится анодом. Электрически нейтральные атомы газа аргона сначала ионизируются, сталкиваясь с мишенью, которая выбрасывает атомы в плазму — горячее газоподобное состояние, состоящее примерно из половины ионов газа и половины электронов, излучающих видимое свечение плазмы. …. Подробнее

RF Распыление может использоваться для покрытия диэлектрических или изоляционных материалов, которые могут принимать заряд, приводящий к возникновению дуги в вакуумной камере при обычном распылении постоянным током.Однако скорость осаждения радиочастотным распылением ниже, чем скорость напыления постоянным током, и требует более высоких затрат на электроэнергию, поэтому обычно используется на меньших подложках, на которые необходимо нанести покрытие. …. Подробнее

По сравнению с обычным напылением постоянным током, искрение можно значительно уменьшить или даже устранить путем подачи импульсов постоянного напряжения в диапазоне 10–350 кГц с скважностью в диапазоне 50–90%. Импульсный электрический ток постоянного тока обычно в диапазоне нескольких сотен вольт подается на целевой материал покрытия.напряжение либо выключается, либо реверсируется с помощью короткого цикла низкого напряжения, чтобы «очистить» цель от любого накопления заряда. …. Подробнее

Путем импульсного воздействия на целевой материал покрытия короткими всплесками энергии очень высокого напряжения — длительностью ~ 100 мкс, порядка кВт⋅см-2, но с относительно короткой продолжительностью или «продолжительностью включения» менее 10% — позволяет для ионизации большой части распыленного материала мишени в плазменном облаке без перегрева мишени и других компонентов системы.Мишень имеет шанс остыть в течение преобладающего времени простоя, что приводит к низкой средней катодной мощности 1–10 кВт, что помогает поддерживать стабильность процесса. …. Подробнее

Как безопасно разобрать микроволновую печь и что делать с частями

Микроволны содержат кладезь битов для мастеров электроники, от трансформаторов для катушки Тесла до простых и надежных переключателей для ваших хобби-проектов.Но микроволновая печь тоже может быть опасной!

Микроволновые печи стали повсеместно использоваться на кухнях с 1980-х годов, но в последнее время бесстрашные мастера разбирали их, чтобы собирать детали для своих собственных проектов.Здесь есть настоящая золотая жила деталей для домашних изобретателей DIY, от мощных сверхмощных компонентов, которые можно использовать для изготовления катушки Тесла, до основных прочных деталей для всех видов хобби-проектов Arduino или домашней автоматизации Raspberry Pi.

К счастью, общая установка микроволновой печи не сильно изменилась за эти годы, что значительно упростило идентификацию и безопасное извлечение деталей.В этой статье мы расскажем, как безопасно разбирать микроволновую печь, и покажем некоторые проектные идеи, которые придумали различные изобретатели, используя эти детали.

Прежде чем мы начнем, нам нужно остановиться на трех важных моментах:

1. Микроволновые печи относятся к высоковольтным приборам , и их нельзя разбирать, пока они подключены к сети.Кроме того, цветовые обозначения проводки могут отличаться от страны к стране. Убедитесь, что вы точно знаете, на что смотрите!
2. Конденсатор высокого напряжения может вызвать смертельный удар даже после того, как микроволновая печь была отключена от сети в течение нескольких месяцев. В этой статье мы покажем вам, как безопасно разрядить эти конденсаторы, но их необходимо соблюдать.
3. Магнетрон внутри микроволновой печи может содержать оксид бериллия в своих керамических изоляторах, который может быть фатальным при попадании в легкие.Просто удалить его безопасно, но никогда не пытайтесь разбирать его. Не стоит!

Каждый раз, когда вы сознательно возитесь с большой мощностью, на ваш страх и риск и потенциально смертельны. Короче, берегитесь! Живи, чтобы повозиться в другой день! Теперь, с учетом сказанного, давайте начнем.

Приобретено в микроволновой печи

Первый шаг — найти свою микроволновую печь.У вас может быть старый, который заменили — в моем случае соседи избавлялись от своего и оставили его у нас на лестничной клетке. Стоит отметить, что такая разборка не подходит для микроволн инвертора , так как они работают иначе.

Для этой разборки не нужно много инструментов, хотя для разных конструкций микроволновых печей это может отличаться.Я счел этого достаточно:

• Отвертка Phillips с изолированной ручкой.
• Плоскогубцы с изолированными ручками.
• Сверхмощные изолированные рабочие перчатки.

Я обнаружил, что перчатки здесь служат двойной цели: они не только защищают меня, но и служат хорошим барьером между моими руками и скопившейся за годы грязью внутри ящика для микроволновой печи.Мне также было удобно поставить рядом небольшую емкость для хранения всех винтов.

Прежде чем приступить к работе, проверьте корпус, чтобы узнать, есть ли на нем полезная информация.Многие микроволновые печи имеют полные принципиальные схемы, доступные для загрузки в Интернете, которые являются отличным способом узнать о схемотехнике, поэтому обязательно записывайте любые номера моделей, которые вы найдете. Для получения дополнительной информации об изучении электроники своими руками ознакомьтесь с этим замечательным ресурсом.

В данном случае производитель любезно разместил схему внутренней электроники на задней стороне корпуса.

На всякий случай, если вам нужно напоминание об этом в ближайшее время, вам не нужно понимать немецкий, чтобы знать, что что-то с «Achtung» и «Warnung» потенциально может быть опасным!

Винт здесь, винт там

Убедитесь, что микроволновая печь отключена от сети.

Проверьте еще раз.

Я серьезно.Проверьте. Мы можем подождать.

Теперь начните с удаления всех винтов, которые вы видите на внешнем корпусе.Вы можете обнаружить, что сначала можно снять верхнюю часть корпуса с помощью винтов по краям, что дает вам достаточный доступ для сбора деталей, не разбирая их полностью, хотя в некоторые модели взломать сложнее, чем в другие.

Как только вы снимете внешний кожух, вы сможете увидеть компоненты.Хотя компоновка может отличаться, почти все микроволновые печи имеют одинаковый набор основных частей.

1. Трансформатор (обычно обозначается как MOT).
2. Конденсатор высокого напряжения.
3. Вентилятор.
4. Компактный термостат большой мощности (маленький черный круглый компонент).
5. Магнетрон.
6. Реле.
7. Передняя панель.

Самое первое, что нужно найти, — это конденсатор. В этой модели он был частью блока вентилятора, хотя это может отличаться. Ни при каких обстоятельствах не прикасайтесь к контактам конденсатора ! Если изображение выше нечеткое, это то, что вы ищете:

По возможности перед снятием конденсатора следует разрядить его.В этом случае конденсатор был заключен в блок вентилятора, поэтому его необходимо было снять перед разрядкой. Надев перчатки и придерживая изолированную ручку, с помощью отвертки или плоскогубцев замкните оба контакта конденсатора. Подержите его там несколько секунд, убедившись, что он точно касается обоих контактов. В этом случае вы можете увидеть вспышку или услышать громкий хлопок, так что будьте готовы!

.