磁场干扰EMI：瞭解并减轻交流和直流磁场

2024-09-19

直流(DC)和交流(AC)磁场会产生磁场干扰，从而降低电子显微镜和电子束微影设备的性能。虽然交流和直流磁场具有关联性，但对于设备的影响不同，也有不同方式可以减少这两种磁场干扰，其中，能同时处理直流和交流的主动消磁系统是最简单且具成本效益的解决方案。

以下将说明什麽是直流磁场和交流磁场，以及磁场干扰如何影响各实验室的设备。

什麽是直流磁场(DC)

直流磁场是一种不随频率振盪的恆定磁场。地球的磁场中自然存在直流磁场，直流电供电系统也会产生直流磁场。对于直流磁场来说，正负之间存在恆定的吸引力。工程师会根据安装环境中的直流磁场来安置电子显微镜和电子束设备。

以射箭运动员来类比，他们在练习时会根据风向来调整射击，以命中目标。只要风保持稳定，他们的射击就能准确无误。如果风向改变或不稳定，箭的飞行轨迹就会改变而难以保持精准。

因此，我们需要关注的是那些虽然较小但仍然显着的直流磁场变化，以及实验室附近的直流磁场来源。像是大型铁磁物体：卡车、钢铁大门、电梯，甚至是金属椅子，都可能导致地球磁场线弯曲而使仪器位置的直流磁场发生变化。除此之外，常见的直流磁场还包含直流供电的电气系统，如核磁共振（NMR）光谱仪或电容器组的放电。

直流磁场如何影响电子显微镜或电子束光刻的性能

局部直流磁场变化会使电子显微镜中的电子束偏移，导致成像模煳。就如同扫描图像时若移动纸张，也会影响图像的呈现。而在电子束光刻技术中，直流磁场变化则会使电子束偏移，导致品质下降。

然而，直流磁场并不是唯一影响实验室设备的因素。交流磁场也会对设备产生影响，只是影响方式不同。

什麽是交流磁场(AC)

交流磁场会在正负之间振盪，根据国家不同，可能是50、60赫兹。交流磁场的来源通常为电气设备，如：变压器或分电盘。在老旧建筑中，交流磁场可能由错误接线引起，这会在电线或建筑物金属框架上产生淨电流，产生没有明显来源的交流磁场。

磁場干擾EMI：瞭解並減輕交流和直流磁場

交流磁场如何干扰电子显微镜或电子束光刻的性能

交流磁场中的振盪电流会使电子束在50赫兹或60赫兹的频率下来回移动，具体取决于所在地区。交流磁场干扰会在影像边缘产生锯齿状的外观，通常称为标记或锯齿效应，使得影像无法使用。

磁場干擾EMI：瞭解並減輕交流和直流磁場

如何减少环境中的直流和交流磁场

有几种方法可以减少实验室附近的直流磁场。第一，消除磁场来源，但这通常很困难或不可能。例如，电梯或铁路线是无法任意移除的。第二，使用磁屏蔽高导磁材料，如：MuMetal，但这可能会使项目成本增加数十万美元，甚至数百万美元。换句话说，这通常是过于昂贵的。因此，大多数实验室选择减少直流和交流磁场干扰的方法是安装直流+交流主动消磁系统。磁场消除系统通常不会对实验室造成干扰，且比屏蔽成本低得多。

减少交流磁场的方法也是类似作法。其中一种方法是修正错误接线，如地线与中性线短路、浮动地线或其他电气问题，但直接修復接线问题极具挑战性及侵入性，并且无法保证结果。另一种选择是使用磁场屏蔽，在一个房间的所有牆壁、地板和天花板上安装铝或钢以达成有效屏蔽。为此，屏蔽公司使用四分之一英寸的铝板来减少对房间结构的负担，同时还需要考虑机械、电气和管道的穿透。这无疑是一种昂贵的方法，主动消磁系统的成本显着低于屏蔽系统，且成功率相同。

磁場干擾EMI：瞭解並減輕交流和直流磁場