[go: up one dir, main page]

DE102006036461A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses Download PDF

Info

Publication number
DE102006036461A1
DE102006036461A1 DE200610036461 DE102006036461A DE102006036461A1 DE 102006036461 A1 DE102006036461 A1 DE 102006036461A1 DE 200610036461 DE200610036461 DE 200610036461 DE 102006036461 A DE102006036461 A DE 102006036461A DE 102006036461 A1 DE102006036461 A1 DE 102006036461A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
recipient
gas
magnetic field
gas flow
plasma
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE200610036461
Other languages
English (en)
Inventor
Christian Teske
Marcus Dr. Iberler
Joachim Prof. Dr. Jacoby
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Goethe Universitaet Frankfurt am Main
Original Assignee
Goethe Universitaet Frankfurt am Main
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Goethe Universitaet Frankfurt am Main filed Critical Goethe Universitaet Frankfurt am Main
Priority to DE200610036461 priority Critical patent/DE102006036461A1/de
Priority to PCT/DE2007/001370 priority patent/WO2008014780A1/de
Publication of DE102006036461A1 publication Critical patent/DE102006036461A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B37/00Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00
    • F04B37/10Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use
    • F04B37/14Pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B25/00 - F04B35/00 for special use to obtain high vacuum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3244Gas supply means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266Magnetic control means
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/54Plasma accelerators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses zwischen zumindest zwei voneinander getrennten Rezipienten, umfassend ein Rezipienten-Verbindungselement mit mindestens einer Öffnung für den Gasfluß zwischen den beiden Rezipienten, eine Einrichtung zum Erzeugen eiens elektrischen Feldes und eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, wobei die Einrichtungen so ausgestaltet sind, daß das elektrische Feld sowie das magnetische Feld in der Öffnung erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung die Bewegungsrichtung des Gasflusses, das elektrische Feld und das magnetische Feld jeweils senkrecht zueinander stehen, und in der Öffnung geladene Teilchen eines über das elektrische Feld gezündeten Plasmas in dem magnetischen Feld mit einer Lorenzkraft zur Beschleunigung parallel sowie entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Gasflusses zur Regulierung desselben beaufschlagbar sind; und ein Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses mit solch einer Vorrichtung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses zwischen zumindest zwei voneinander getrennten Rezipienten, umfassend ein Gasrezipienten-Verbindungselement mit mindestens einer Öffnung für den Gasfluß zwischen den beiden Re zipienten, eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes und eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, wobei die Einrichtungen so ausgestaltet sind, daß das elektrische Feld sowie das magnetische Feld in der Öffnung erzeugbar sind.
  • Ventile zur Steuerung oder Regulierung von Strömungen von Gasen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Dabei werden meist mechanische Lösungen verwendet, bei denen beispielsweise durch Verschrauben oder Verschieben zweier Teile eine Öffnung zwischen zwei Rezipienten oder Kammern vergrößert bzw. verkleinert werden kann. Der Querschnitt der Öffnung bestimmt die Anzahl der das Ventil durchdringenden Gasteilchen pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen den zwei ansonsten voneinander getrennten Kammern. Der Nachteil solcher mechanisch variierbarer Durchflußregelungen, wie z.B. mittels Küken, Tellerventilen oder Nadelventilen, ist deren hohe mechanische Trägheit, die sich vor allem bei Anwendungen, bei denen es auf schnelles und impulsförmiges An- und Abschalten von Gasdurchflüssen ankommt, unvorteilhaft auswirkt.
  • Zum Einkoppeln von Teilchenstrahlen jeglicher Art von einem Ultrahochvakuum(UHV)-Rezipienten in einen Rezipienten mit Gasballast sind mechanische Ventilsysteme vollkommen ungeeignet. Hierbei wird bislang auf ein sogenanntes differenzielles Pumpen zurückgegriffen, bei dem zwischen zwei Rezipienten mit unterschiedlichen Gasdrücken leistungsfähige Pumpsysteme geschaltet werden, um den korrespondierenden Druckgradienten aufrechtzuerhalten. Eine solche technisch aufwendige Vorrichtung ist mit hohen Kosten und mit einem großen Platzbedarf verbunden. Nachteilig ist auch der hohe Energieverbrauch der differenziellen Pumpstände.
  • Eine weitere Methode zur permeablen Trennung von Rezipienten basiert auf der Verwendung von sehr dünnen Metall- oder Siliziummembranen. Eine solche Membran muß dabei einerseits stabil genug sein, um einen Druckunterschied zwischen den beiden Rezipienten aushalten und aufrechterhalten zu können, andererseits aber dünn genug sein, um den Transfer einer ausreichenden Anzahl von beispielsweise hochenergetischen Partikeln vom UHV-Rezipienten in einen Target-Rezipienten mit Gasballast zu ermöglichen. Die Haltbarkeit einer solchen aufwendig hergestellten Membran ist aufgrund der Wechselwirkungen zwischen dem Teilchenstrahl und der Membran sehr kurz. Bei vorzeitigem Versagen der Membran kann es zu einem unbeabsichtigten Fluten des UHV-Rezipienten kommen. Zudem muß zum Austausch der Membran das Vakuumsystem stets geflutet und anschließend wieder abgepumpt werden.
  • Eine neue Technologie nutzt das so genannte Plasmafenster. Bei einem Plasmafenster wird innerhalb eines zylinderförmigen Durchgangssegments zwischen einem UHV-Rezipienten und einem Gasballast-Rezipienten entlang der Strömungsrichtung des Gases eine Bogenentladung gezündet. Die resultierende Temperaturerhöhung bewirkt eine Verringerung der Gasdichte in dem Durchgangssegment. Da der Gasfluß proportional zur Dichte des Mediums ist, wird der damit verbundene Gasdurchsatz im Segment um einige Größenordnungen reduziert. Der Gasdurchfluß ist desweiteren abhängig von der Temperatur des Plasmas im korrespondierenden Durchgangssegment und kann entsprechend durch Justage der Temperatur geregelt werden. Eine vollständige Unterbindung des Gasflusses ist hierbei jedoch nicht möglich, weswegen man stets auf ein UHV-Pumpsystem angewiesen bleibt. Im Gegensatz zum differenziellen Pumpen kann man sich allerdings mit wesentlich kleineren Pumpsystemen begnügen.
  • Aus der WO 00/00741 ist eine gattungsgemäße Vorrichtung in Form einer Plasmapumpe bekannt, bei der das elektrisch geladene Plasma mit Hilfe eines elektrischen Feldes von einer ersten Kammer durch Öffnungen in eine zweite Kammer befördert wird, wobei das Plasma entlang der Feldlinien eines magnetischen Hexopolfeldes durch die Öffnungen geleitet wird. Ziel der Plasmapumpe ist es, in der ersten Kammer einen außerordentlich niedrigen Gasdruck zu erreichen, und nicht einen inhärenten Gasfluß zu steuern.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zur Grunde, die gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, daß der Gasfluß zwischen den beiden Rezipienten bei möglichst kurzer Reaktionszeit steuerbar oder regelbar ist, dabei aber stets für Teilchenstrahlen grundsätzlich durchlässig bleibt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Öffnung die Bewegungsrichtung des Gasflusses, das elektrische Feld und das magnetische Feld jeweils senkrecht zueinander stehen, und
    in der Öffnung geladene Teilchen eines über das elektrische Feld gezündeten Plasmas in dem magnetischen Feld mit einer Lorenzkraft zur Beschleunigung parallel sowie entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Gasflusses zur Regulierung desselben beaufschlagbar sind.
  • Dabei kann vorgesehen sein, daß der eine Rezipient einen Gasballast und der andere Rezipient ein Ultrahochvakuum (UHV) beherbergt.
  • Erfindungsgemäß kann dabei wiederum vorgesehen sein, daß in dem Gasballast-Rezipienten zumindest ein Target für mindestens einen Teilchenstrahl, der über den UHV-Rezipienten und das Rezipienten-Verbindungselement in den Gasballast-Rezipienten gelangt, anordbar ist.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt ist, daß die Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Feldes zwei sich gegenüberliegende Elektroden umfaßt, wobei die an die Elektrode zum Erzeugen des elektrischen Feldes anzulegende Spannung vorzugsweise über eine erste Steuer- oder Regeleinheit steuerbar oder regelbar ist.
  • Dabei kann vorgesehen sein, daß die Elektroden zur Begrenzung der Öffnung des Rezipienten-Verbindungselements angeordnet sind.
  • Ausführungsform der Erfindung sind ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes zumindest einen Permantmagneten mit zwei einander gegenüberliegenden Polen und/oder zumindest einen Elektromagneten umfaßt, wobei der Elektromagnet vorzugsweise wenigstens eine elektrische Spule umfaßt, insbesondere in Kooperation mit einem sich durch das Innere der Spule erstreckenden magnetisierbaren Joch mit zwei einander gegenüberliegenden Polen.
  • Dabei kann vorgesehen sein, daß die Stromstärke durch die Spule zur Erzeugung des magnetischen Feldes über eine zweite, insbesondere mit der ersten Steuer- oder Regeleinheit ausgeführte, Steuer- oder Regeleinheit steuerbar oder regelbar ist, wobei das Magnetfeld vorzugsweise zumindest bereichsweise, insbesondere in der Umgebung des geometrischen Zentrums der Öffnung, im wesentlichen homogen ausbildbar ist.
  • Erfindungsgemäß bevorzugt ist weiterhin, daß die Pole zur Begrenzung der Öffnung des Rezipienten-Verbindungselements angeordnet sind, senkrecht zu den Elektroden, insbesondere jeweils unter Zwischenschaltung zumindest eines Isolators.
  • Ausführungsformen der Erfindung können auch gekennzeichnet sein, durch zumindest einen Sensor, insbesondere zur Erfassung der Gasdichte in zumindest einem der Rezipienten, vorzugsweise in Wirkverbindung mit der ersten und/oder zweiten Steuer- oder Regeleinheit.
  • Mit der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß das Rezipienten-Verbindungselement beidseits seiner Öffnung mit einem Rezipienten, insbesondere jeweils über einen anschraubbaren Flansch, vorzugsweise in Form eines Conflat (CF)-Flansches, verbindbar ist.
  • Auch kann vorgesehen sein, daß ein Teilchenstrahl durch einen UHV-Rezipienten und ein Rezipienten-Verbindungselement in einen Gasballast-Rezipienten, vorzugsweise auf zumindest ein Target in dem Gasballast-Rezipienten, richtbar ist.
  • Des weiteren wird vorgeschlagen, daß zwei Rezipienten-Verbindungselemente zwischen drei Rezipienten angeordnet sind.
  • Dabei kann vorgesehen sein, daß ein Teilchenstrahl durch einen UHV-Rezipienten unter Aufteilung des Teilchenstrahls in zwei Rezipienten-Verbindungselemente und zwei Gasballast-Rezipienten, vorzugsweise jeweils auf zumindest ein Target in einem Gasballast-Rezipienten, richtbar ist.
  • Mit der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung ein Plasmaventil, eine Einkoppelvorrichtung, eine Anregungsvorrichtung und/oder ein Durchgangsfenster für einen hochenergetischen Teilchenstrahl darbietet.
  • Die Erfindung liefert des weiteren ein Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses mittels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; das seinerseits weitere Kennzeichen ist, daß aufgrund einer Druckdifferenz zwischen zwei Rezipienten Gas von dem einen Rezipienten zu dem anderen Rezipienten über ein dazwischen angeordnetes Rezipienten-Verbindungselement längs einer Gasströmungsrichtung I strömt,
    zwischen zwei Elektroden des Rezipienten-Verbindungselements ein Plasma erzeugt wird, die positiv geladenen Teilchen des Plasmas sich zur Kathode und die negativ geladenen Teilchen des Plasmas sich zur Anode bewegen, so daß ein Strom J von der Anode zur Kathode fließt,
    während der Bewegung der geladenen Teilchen dieselben durch ein senkrecht auf die Stromrichtung J stehendes Magnetfeld B mit einer Lorenzkraft F beaufschlagt wurden, die der Gasströmungsrichtung I entgegenwirkt, und
    die durch die Lorenzkraft F beschleunigten geladenen Teilchen des Plasmas in Wechselwirkung mit dem Gasfluß durch Stöße kommen, wodurch der Gasfluß reguliert wird.
  • Dabei kann vorgesehen sein, daß über die Variation des Magnetfelds B der Gasfluß von dem einen Rezipienten zu dem anderen Rezipienten eingestellt wird ist, selbst die beiden Rezipienten ohne materielle Wand voneinander getrennt werden können.
  • Schließlich wird mit der Erfindung auch vorgeschlagen, daß das Magnetfeld B in Abhängigkeit von Messdaten, insbesondere der in zumindest einen der beiden Rezipienten erfaßten Gasdichte, vorzugsweise bei Verwendung eines Elektromagneten zum Erzeugen des Magnetfeldes B durch Variation der an diesen angelegten Stromstärken, geregelt wird.
  • Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zur Grunde, daß in einer Gasströmung durch Anlegen eines elektrischen Feldes ein Plasma zündbar ist, dessen geladene Bestandteile über ein zum elektrischen Feld senkrecht stehendes magnetisches Feld und die dadurch wirkende Lorenzkraft beschleunigbar ist, und zwar in die der intrinsischen Gasströmung entgegen gesetzten Richtung. Demnach wird zunächst, wie bei einem Plasmafenster, in einer Öffnung eines Gasrezipienten-Verbindungselements zwischen zwei Rezipienten mit unterschiedlichen Gasdrücken durch eine elektrische Entladung zwischen zwei Elektroden ein Plasma erzeugt. Sowohl den positiv geladenen Ionen als auch den Elektronen dieses sich bewegenden Plasmas werden dann durch ein geeignet orientiertes magnetisches Feld über die Lorenzkraft ein Impuls gegeben, der senkrecht sowohl zum elektrischen Feld als auch zum magnetischen Feld orientiert ist. So gelingt es, die Ionen sowie Elektronen des Plasmas entgegen der durch die Druckdifferenz in den beiden Rezipienten entstehenden Strömung zu beschleunigen. Der Impuls des so beschleunigten Plasmas überträgt sich durch Stöße der Ionen des Plasmas auf die strömenden Gasteilchen und kann so der Strömung entgegenwirken, selbst die Rezipienten gänzlich voneinander trennen, ohne materielle Wände. Somit stellt die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Plasmaventil (Magneto-Hydrodynamisches-Plasmaventil) dar, das auch als Einkopplungsvorrichtung fungieren kann. Zudem erfüllt es die Funktion eines Durchgangsfensters für hochenergetische Teilchenstrahlen.
  • Wird das magnetische Feld in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Hilfe einer Spule und eines Eisenkerns erzeugt, kann die Magnetfeldstärke durch Variationen des Spulenstroms eingestellt werden. Das Verstärken des Magnetfelds bewirkt eine Verstärkung der auf das Plasma wirkenden Lorenzkraft und damit eine Erhöhung des Impulses des Plasmas parallel, aber entgegengesetzt zum eigentlichen Gasfluß durch die Vorrichtung. Die Regelung der Gasströmung erfolgt also über elektrische und magnetische Felder, was eine hohe Regelungsschnelligkeit der Steuerung sicherstellt, da die Reaktionszeit auf externe Steuersignale sehr kurz ist, selbst im Bereich von μs liegt. Ist das Magnetfeld ausreichend stark und die Strömung der Gasteilchen ausreichend schwach, gelingt es bei geeigneter Feldstärke sogar, die Strömung völlig zu unterbinden. Dies gelingt nämlich genau dann, wenn die durch das Magnetfeld auf das Plasma übertragene Energie genauso groß ist wie die kinetische Energie der Gasteilchen. Damit sind die beiden Rezipienten mit unterschiedlichen Druckbereichen ohne materielle Wände voneinander getrennt, wie bereits erwähnt.
  • Die Erfindungsgemäße Vorrichtung kann demnach in der Hochvakuumtechnik, insbesondere zur Trennung von Rezipienten unterschiedlicher Gasdrücke, als schnell schaltbares Ventilsystem beispielsweise für den Beschleunigerbereich, als Koppelfenster insbesondere für hochenergetische Teilchenstrahlen, zum Anregen von Excimer-Lasern oder zur Anregung von VUV-Emittern (Vakuum-Ultraviolett-Emittern) genutzt werden.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
  • 1 eine Teillängsschnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 2 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1;
  • 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung von 1;
  • 4 eine Explosionsdarstellung des Teils von 3;
  • 5 eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung von 1, angeschlossen an zwei Rezipienten; und
  • 6 eine Explosionsansicht zweier erfindungsgemäßer Vorrichtungen von 1 und drei damit verbindbare Rezipienten.
  • 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form eines Gasrezipienten-Verbindungselements 1. Das Gasrezipienten-Verbindungselement 1 verbindet zwei Rezipienten 2 und 3 über Flansche 4 mit Hilfe von Schrauben 5 und Muttern 6. Mittels einer Anode 7 und einer Kathode 8 ist im Innern des Gasrezipienten-Verbindungselements 1 bei Strömung eines Gases (nicht gezeigt) dadurch über eine Gasentladung ein Plasma 9 zündbar. Die Anode 7 und die Kathode 8 fungieren gleichzeitig als begrenzende Flächen des Gasrezipienten-Verbindungselements 1. Eine stromdurchflossene Spule 10 dient dem Erzeugen eines Magnetfelds, das mit Hilfe eines Eisenjochs 11 über zwei magnetische Pole 12, in 1 in der Bildebene vor- und hinter dem Plasma 9, übertragen wird.
  • 2 zeigt das Gasrezipienten-Verbindungselement 1 in einer räumlichen Darstellung zur Verdeutlichung der Position der beiden magnetischen Pole 12, wobei die beiden Rezipienten 2 und 3 nicht dargestellt sind. Die der Anode 7 gegenüberliegende Kathode 8 ist in dieser Figur ebenso nicht zu sehen, läßt sich jedoch als Bodenfläche einer Öffnung 13 im Flansch 4 erahnen. Die Elektroden darstellende Anode 7 und Kathode 8 sind jeweils über einen elektrischen Isolator 14 mechanisch mit einem magnetischen Pol 12 verbunden, aber galvanisch von den magnetischen Polen 12 derart getrennt, daß nur die Öffnung 13 zwischen den beiden Re zipienten 2 und 3 verbleibt. Zudem sind elektrische Anschlüsse 15 zu der Spule 10 auf dem Eisenjoch 11 vorgesehen.
  • In 3 ist das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Plasmaventil 1 veranschaulicht. 4 verdeutlicht als Explosionszeichnung von 3 hierbei lediglich die Anordnung der Anode 7, der Kathode 8, der magnetischen Pole 12 und der Isolationsschicht 14, wobei die Elektroden 7, 8 parallel zueinander und senkrecht zu den Polen 12 verlaufen. Das Plasma 9 wird danach beim Durchströmen der Öffnung 13 von einem Gas aus einem Rezipienten 2 in den anderen Rezipienten 3 durch eine Gasentladung zwischen den zwei Elektroden 7 und 8 gezündet. Die positiv geladenen Ionen (nicht gezeigt) des Plasmas 9 werden dabei von der Kathode 8 angezogen, während die Elektronen (nicht gezeigt) von der Anode 7 angezogen werden, und sowohl die Ionen als auch die Elektronen bewegen sich dabei im Magnetfeld B der Pole 12. Genauer gesagt bewegen sich die positiven Ionenrümpfe als Strom J in Richtung der Kathode 8, und das senkrecht zur Bewegungsrichtung J stehende Magnetfeld B läßt eine Kraft F auf die geladenen Teilchen wirken, nämlich die so genannte Lorenzkraft:
    F → = ∫dV J → × B →, mit dV als dem Differential des Volumens V des Plasmas 9.
  • Die Lorenzkraft F wirkt demnach senkrecht zur Bewegungsrichtung J der Ionen und senkrecht zur Richtung des Magnetfelds B.
  • Sind also das elektrische und magnetische Feld sowie die inhärente Strömung J des Gases durch das Plasmaventil 1 orthogonal zueinander ausgerichtet, so läßt sich bei geeigneter Polung des elektrischen und magnetischen Feldes durch die Lorenzkraft F ein Impuls auf die Ionen des Plasmas 9 übertragen, der der eigentlichen Richtung der Strömung I des Gases von dem Rezipienten mit dem höheren Druck, z.B. von dem Rezipienten 2, zu dem Rezipienten mit dem niedrigeren Druck, z.B. dem Rezipienten 3, entgegen wirkt. Ist das Magnetfeld B stark genug, so läßt sich bei geeigneter Dichte des Plasmas 9 die Strömung des Gases selbst vollständig aufhalten. Physikalisch ist dies genau dann erreicht, wenn der durch die Lorenzkraft F induzierte Impuls genauso groß ist wie der Impuls der strömenden Gasteilchen, der durch die Druckdifferenz zwischen den beiden Rezipienten 2, 3 und die Querschnittsfläche der Öffnung 13 gegeben ist.
  • Wird der Strom durch die Spule 10, die zusammen mit dem Eisenjoch 11 und den Polen 12 einen Elektromagneten bildet, reduziert, so verringert sich in gleichem Maße die Feldstärke des Magnetfelds B, das auf das Plasma 9 einwirkt. Die Lorenzkraft F verringert sich daher und somit auch der Impuls der Ionen im Plasma 9. Ist der Impuls der Ionen im Plasma 9 kleiner als der Impuls der strömenden Gasteilchen, so verbleibt eine Strömung von dem Rezipienten 2 zu dem Rezipienten 3, die der Impulsdifferenz der strömenden Gasteilchen und der Ionen direkt proportional ist.
  • So gelingt es, mit Hilfe des als Plasmaventil ausgebildeten Gasrezipienten-Verbindungselements 1 den Gasfluß zwischen den beiden Rezipienten 2, 3 schnell, effizient und genau über den an die Anschlüsse 15 angelegten Strom, also den Spulenstrom, zu steuern. Um die hohe Geschwindigkeit dieser Regelung möglichst effizient zu nutzen, kann die Steuerung des Spulenstroms und der Elektrodenspannung einem Mikroprozessor (nicht gezeigt) überlassen werden. Dieser Prozessor kann aufgrund von Sensordaten (Sensor ebenfalls nicht gezeigt) den Gasfluß von dem einen Rezipienten zu dem anderen Rezipienten mit hoher Geschwindigkeit steuern.
  • Da ein Plasma 9 eine ähnliche Dichte wie Gas hat, kann ein hochenergetischer Ionenstrahl (nicht gezeigt) die Öffnung 13 des Plasmaventils praktisch ungehindert durchlaufen.
  • Die 5 und 6 zeigen in einer räumlichen Darstellung mögliche Konfigurationen zum Anschließen eines erfindungsgemäßen Gasrezipienten-Verbindungselements 1 an verschiedene Rezipienten 2 und 3.
  • Beispielsweise kann ein hochenergetischer Teilchenstrahl 16 durch eine Leitung 17 mit einer Beschleunigerstruktur 18 in einen UHV-Rezipienten, hier Rezipient 3, gelangen. Der Teilchenstrahl 16 kann anschließend durch ein Gasrezipienten-Verbindungselemente 1 in einen Rezipienten mit einem Gasballast, hier Rezipient 2, geleitet werden, in dem sich ein Target (nicht gezeigt) für den Teilschenstrahl 16 befindet, wie in 5 dargestellt. Alternativ kann aber der Teilchenstrahl 16 auch in dem UHV-Rezipienten 3 aufgeteilt werden, so daß ein erster Teilchenstrahl zu einem ersten Gasballast-Rezipienten 2 und ein zweiter Teilchenstrahl zu einem zweiten Gasballast-Rezipienten 2 gelangt, wie 6 zu entnehmen ist.
  • Mit Hilfe jeder als Plasmaventil ausgebildeten Gasrezipienten-Verbindungselements 1 ist es bei den Einsatzbeispielen der 5 und 6 möglich, den für das jeweilige Target notwendigen Gasdruck aufrechtzuerhalten, ohne das UHV der Beschleunigerstruktur 18 zu verschlechtern.
  • Die in der vorstehenden Beschreibung, den anliegenden Ansprüchen sowie der zugefügten Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
  • 1
    Gasrezipient-Verbindungselement/Plasmaventil
    2
    Rezipient A
    3
    Rezipient B
    4
    Flansch
    5
    Schraube
    6
    Mutter
    7
    Anode/Elektrode
    8
    Kathode/Elektrode
    9
    Plasma
    10
    Spule
    11
    Eisenjoch
    12
    magnetischer Pol
    13
    Öffnung/Transferelement
    14
    Isolator
    15
    elektrische Anschlüsse der Spule
    16
    Teilchenstrahl
    17
    Teilchenstrahlzuleitung
    18
    Beschleunigerstruktur
    B
    Magnetfeld
    F
    Lorenzkraft
    J
    Ionenstrom
    I
    Gasstrom

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Steuerung eines Gasflusses zwischen zumindest zwei voneinander getrennten Rezipienten (2, 3), umfassend ein Rezipienten-Verbindungselement (1) mit mindestens einer Öffnung (13) für den Gasfluß zwischen den beiden Rezipienten (2, 3), eine Einrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Feldes und eine Einrichtung zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, wobei die Einrichtungen so ausgestaltet sind, daß das elektrische Feld sowie das magnetische Feld in der Öffnung (13) erzeugbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öffnung (13) die Bewegungsrichtung des Gasflusses, das elektrische Feld und das magnetische Feld jeweils senkrecht zueinander stehen, und in der Öffnung (13) geladene Teilchen eines über das elektrische Feld gezündeten Plasmas (9) in dem magnetischen Feld mit einer Lorenzkraft zur Beschleunigung parallel sowie entgegengesetzt der Bewegungsrichtung des Gasflusses zur Regulierung desselben beaufschlagbar sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Rezipient (2) einen Gasballast und der andere Rezipient (3) ein Ultrahochvakuum (UHV) beherbergt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gasballast-Rezipienten (2) zumindest ein Target für mindestens einen Teilchenstrahl (16), der über den UHV-Rezipienten (3) und das Rezipienten-Verbindungselement (1) in den Gasballast-Rezipienten (2) gelangt, anordbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des elektrischen Feldes zwei sich gegenüberliegende Elektroden (7, 8) umfaßt, wobei die an die Elektroden (7, 8) zum Erzeugen des elektrischen Feldes anzulegende Spannung vorzugsweise über eine erste Steuer- oder Regeleinheit steuerbar oder regelbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (7, 8) zur Begrenzung der Öffnung (13) des Rezipienten-Verbindungselements (1) angeordnet sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldes zumindest einen Permantmagneten mit zwei einander gegenüberliegenden Polen (12) und/oder zumindest einen Elektromagneten umfaßt, wobei der Elektromagnet vorzugsweise wenigstens eine elektrische Spule (10) umfaßt, insbesondere in Kooperation mit einem sich durch das Innere der Spule erstreckenden magnetisierbaren Joch (11) mit zwei einander gegenüberliegenden Polen (12).
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromstärke durch die Spule (10) zur Erzeugung des magnetischen Feldes über eine zweite, insbesondere mit der ersten Steuer- oder Regeleinheit ausgeführte, Steuer- oder Regeleinheit steuerbar oder regelbar ist, wobei das Magnetfeld vorzugsweise zumindest bereichsweise, insbesondere in der Umgebung des geometrischen Zentrums der Öffnung, im wesentlichen homogen ausbildbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (12) zur Begrenzung der Öffnung (13) des Rezipienten-Verbindungselements (1) angeordnet sind, senkrecht zu den Elektroden (7, 8), insbesondere jeweils unter Zwischenschaltung zumindest eines Isolators (14).
  9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Sensor, insbesondere zur Erfassung der Gasdichte in zumindest einem der Rezipienten (2, 3), vorzugsweise in Wirkverbindung mit der ersten und/oder zweiten Steuer- oder Regeleinheit.
  10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rezipienten-Verbindungselement (1) beidseits seiner Öffnung (13) mit einem Rezipienten (2, 3), insbesondere jeweils über einen anschraubbaren Flansch (4), vorzugsweise in Form eines Conflat(CF)-Flansches (4), verbindbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilchenstrahl (16) durch einen UHV-Rezipienten (3) und ein Rezipienten-Verbindungselement (1) in einen Gasballast-Rezipienten (2), vorzugsweise auf zumindest ein Target in dem Gasballast-Rezipienten (2), richtbar ist.
  12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rezipienten-Verbindungselemente (1) zwischen drei Rezipienten (2, 3) angeordnet sind.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teilchenstrahl (16) durch einen UHV-Rezipienten (3) unter Aufteilung des Teilchenstrahls (16) in zwei Rezipienten-Verbindungselemente (1) und zwei Gasballast-Rezipienten (2), vorzugsweise jeweils auf zumindest ein Target in einem Gasballast-Rezipienten (2), richtbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Plasmaventil (1), eine Einkoppelvorrichtung, eine Anregungsvorrichtung und/oder ein Durchgangsfenster für einen hochenergetischen Teilchenstrahl (16) darbietet.
  15. Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses mittels einer Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund einer Druckdifferenz zwischen zwei Rezipienten (2, 3) Gas von dem einen Rezipienten (2) zu dem anderen Rezipienten (3) über ein dazwischen angeordnetes Rezipienten-Verbindungselement (1) längs einer Gasströmungsrichtung I strömt, zwischen zwei Elektroden des Rezipienten-Verbindungselements (1) ein Plasma (9) erzeugt wird, die positiv geladenen Teilchen des Plasmas (9) sich zur Kathode (8) und die negativ geladenen Teilchen des Plasmas (9) sich zur Anode (7) bewegen, so daß ein Strom J von der Anode (7) zur Kathode (8) fließt, während der Bewegung der geladenen Teilchen dieselben durch ein senkrecht auf die Stromrichtung J stehendes Magnetfeld B mit einer Lorenzkraft F beaufschlagt wurden, die der Gasströmungsrichtung I entgegenwirkt, und die durch die Lorenzkraft F beschleunigten geladenen Teilchen des Plasmas (9) in Wechselwirkung mit dem Gasfluß durch Stöße kommen, wodurch der Gasfluß reguliert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß über die Variation des Magnetfelds B der Gasfluß von dem einen Rezipienten (2) zu dem anderen Rezipienten (3) eingestellt wird, und die beiden Rezipienten ohne materielle Wand voneinander getrennt werden können.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld B in Abhängigkeit von Messdaten, insbesondere der in zumindest einen der beiden Rezipienten (2, 3) erfaßten Gasdichte, vorzugsweise bei Verwendung eines Elektromagneten zum Erzeugen des Magnetfeldes B durch Variation der an diesen angelegten Stromstärken, geregelt wird.
DE200610036461 2006-08-04 2006-08-04 Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses Withdrawn DE102006036461A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610036461 DE102006036461A1 (de) 2006-08-04 2006-08-04 Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses
PCT/DE2007/001370 WO2008014780A1 (de) 2006-08-04 2007-08-01 Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines gasflusses

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200610036461 DE102006036461A1 (de) 2006-08-04 2006-08-04 Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102006036461A1 true DE102006036461A1 (de) 2008-02-21

Family

ID=38662703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200610036461 Withdrawn DE102006036461A1 (de) 2006-08-04 2006-08-04 Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102006036461A1 (de)
WO (1) WO2008014780A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105051252B (zh) * 2013-03-15 2017-11-24 东丽株式会社 等离子体cvd装置及等离子体cvd方法
CN114189972A (zh) * 2021-12-02 2022-03-15 华中科技大学 一种稳定等离子体放电装置、控制方法和系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3241490A (en) * 1961-07-03 1966-03-22 Commissariat Energie Atomique Method and device for pumping a gas
DE19810922A1 (de) * 1998-03-13 1999-09-30 Karlsruhe Forschzent Gastargetfenster
WO2000000741A1 (en) * 1998-06-29 2000-01-06 Tokyo Electron Limited Plasma vacuum pumping cell
US20030122492A1 (en) * 2000-04-13 2003-07-03 Dandl Raphael A. Stand alone plasma vacuum pump

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7147441B2 (en) * 2000-12-20 2006-12-12 Board Of Trustees Of The University Of Arkansas, N.A. Microfluidics and small volume mixing based on redox magnetohydrodynamics methods
US6824363B2 (en) * 2001-12-31 2004-11-30 Tokyo Electron Limited Linear inductive plasma pump for process reactors
US20060045755A1 (en) * 2004-08-24 2006-03-02 Dell Products L.P. Information handling system including AC electromagnetic pump cooling apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3241490A (en) * 1961-07-03 1966-03-22 Commissariat Energie Atomique Method and device for pumping a gas
DE19810922A1 (de) * 1998-03-13 1999-09-30 Karlsruhe Forschzent Gastargetfenster
WO2000000741A1 (en) * 1998-06-29 2000-01-06 Tokyo Electron Limited Plasma vacuum pumping cell
US20030122492A1 (en) * 2000-04-13 2003-07-03 Dandl Raphael A. Stand alone plasma vacuum pump

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008014780A1 (de) 2008-02-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0588992B1 (de) Vorrichtung zur plasmaunterstützten bearbeitung von substraten
DE69828904T3 (de) Plasmabehandlungsgerät mit rotierenden magneten
DE3206882C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen von Material unter Vakuum
EP2339203B1 (de) Dämpfereinrichtung für ein zweirad
EP2795657B1 (de) Vorrichtung zum erzeugen eines hohlkathodenbogenentladungsplasmas
DE60105856T2 (de) Bogenverdampfer mit intensiver magnetführung für grossflächige targets
EP2753907B1 (de) Lonisations - vakuummesszelle
DE102014226039A1 (de) Ionisierungseinrichtung und Massenspektrometer damit
DE2633778A1 (de) Ionentriebwerk
WO2008125397A1 (de) Vakuum lichtbogenverdampfungsquelle, sowie eine lichtbogenverdampfungskammer mit einer vakuum lichtbogenverdampfungsquelle
EP0461525A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Substraten mittels einer Magnetronkatode
DE112009001457T5 (de) Sputter-Vorrichtung
DE1153463B (de) Plasmaerzeuger zur Erzeugung eines kontinuierlichen Plasmastrahls
DE60021167T2 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Plasma mit hoher Dichte
WO2001027964A2 (de) Elektronenstossionenquelle
DE2433781A1 (de) Quelle zur erzeugung von elektronen
DE102006036461A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Gasflusses
DE112008004247T5 (de) Lichtbogenverdampfer und Verfahren zum Betreiben des Verdampfers
DE3837487A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum aetzen von substraten mit einer magnetfeldunterstuetzten niederdruck-entladung
DE1233955B (de) Ionenquelle
DE1238120B (de) Ioneneinspritzvorrichtung fuer Geraete zur Erzeugung eines Hochtemperatur-Plasmas
DE10243406A1 (de) Plasmaquelle
DE1100188B (de) Ionenquelle
DE1027804B (de) Elektronenstrahlerzeugungssystem mit Ionenfalle
DE10050301B4 (de) Verfahren zum Ablösen einer gasförmigen laminaren Grenzschicht von schnelllaufendem Material

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8130 Withdrawal
8165 Unexamined publication of following application revoked