扫描控制器能量均匀性设计与研究

　　论述了应用于真空光学镀膜机的扫描控制器发展水平和现状。从理论角度出发，阐明扫描控制器的工作过程。以实际仪器仪表软硬件设计开发为基础，结合相互垂直的扫描线圈实现圆形，矩形和线形磁场分布。针对扫描负载(扫描线圈)出现的不一致的问题，以调节电子束偏转速度和控制区域圈层之间距离的方式增加软件可调参数，以电磁场对永磁场进行修正补偿，从而提高磁场能量分布的均匀性，避免电子束蒸镀面的过度集中，改善电子束蒸发源的整体性能。同时，本文设计了磁场能量分布软件，建立友好的交互界面，方便用户调解。本文最后比较能量调节前后样品蒸镀状态不同。

　　数字扫描控制器(以下简称/扫描0)是当代镀膜行业中电子枪必不可少的控制仪器。主要应用于控制箱式镀膜机中高能蒸发源电子枪的电子束轨迹。扫描通过电能向磁能的转换，控制电子束做特定轨迹的运动，使蒸发材料均匀蒸发。根据膜材不同，一般常用的有矩形，圆形和线形三种合成能量场。本文针对扫描控制器的需求分析，以双CPU为处理芯片，设计研制新型数字扫描控制器，并着重阐述调节能量均匀性的方法，对工业生产及应用有一定的指导意义。

1、扫描控制器工作原理

　　1.1、电磁偏转原理

　　垂直于电子束运动方向的磁场引起电子束运动轨迹改变，根据洛仑兹偏转原理，曲率半径与磁场强度之间存在如下关系

　　设偏转线圈的磁场是均匀的，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外，且磁场局限在宽度为a的区域中，v电子速度，U是相应的加速电压，在偏转磁场中电子轨迹为一段圆弧。可得在磁场出口处的偏转量为

　　由式(2)可知，通过改变磁场B的大小，即可以控制电子束的偏转量。同时改变两个垂直的磁场强度B，可以将电子束缚在aXa的区域内，这就是磁聚焦的原理。聚焦区域大小以电磁场强度来控制，通过改变通电线圈电流，从而控制电子束束缚区域的位置和大小。

　　1.2、螺旋式扫描圆形

　　李萨如图形原理，当一个电子同时受到X轴和Y轴上两个方向的作用时，如果XY方向频率一致，那么它将落在圆周上，这个圆周与X和Y的幅度有关。同样道理，当XY频率一致而幅度不断减小时，合成为一螺旋曲线，见图1。

图1 螺旋扫描形成原理图

　　扫描控制器就是以电磁偏转和李萨如图形原理为理论基础，设计两路独立电流源，输出频率0~200Hz可调，电流交直流可调0~3A，正负可调。扫描控制器接上负载线圈(水平方向匝数420圈，垂直方向290圈，实验所得)，电子束形成正负2cm蒸镀面。

3、结论与意义

　　本文对扫描控制器的能量场的形成进行理论阐述，同时以双CPU的硬件方式实现了螺旋磁场。针对磁场分布的不一致的现象，增加圆形系数，能量参数等，最终调节到一个均匀状态，达到一定的效果。对相应的磁场设计有一定的参考性。