磁場干擾EMI：瞭解並減輕交流和直流磁場

勀傑科技團隊編譯

本篇文章譯自：https://www.vibeng.com/blogs-and-case-studies/emi-interference-understanding-and-mitigating-ac-dc-emi/

直流(DC)和交流(AC)磁場會產生磁場干擾，從而降低電子顯微鏡和電子束微影設備的性能。雖然交流和直流磁場具有關聯性，但對於設備的影響不同，也有不同方式可以減少這兩種磁場干擾，其中，能同時處理直流和交流的主動消磁系統是最簡單且具成本效益的解決方案。

以下將說明什麼是直流磁場和交流磁場，以及磁場干擾如何影響各實驗室的設備。

什麼是直流磁場(DC)

直流磁場是一種不隨頻率振盪的恆定磁場。地球的磁場中自然存在直流磁場，直流電供電系統也會產生直流磁場。對於直流磁場來說，正負之間存在恆定的吸引力。工程師會根據安裝環境中的直流磁場來安置電子顯微鏡和電子束設備。

以射箭運動員來類比，他們在練習時會根據風向來調整射擊，以命中目標。只要風保持穩定，他們的射擊就能準確無誤。如果風向改變或不穩定，箭的飛行軌跡就會改變而難以保持精準。

因此，我們需要關注的是那些雖然較小但仍然顯著的直流磁場變化，以及實驗室附近的直流磁場來源。像是大型鐵磁物體：卡車、鋼鐵大門、電梯，甚至是金屬椅子，都可能導致地球磁場線彎曲而使儀器位置的直流磁場發生變化。除此之外，常見的直流磁場還包含直流供電的電氣系統，如核磁共振（NMR）光譜儀或電容器組的放電。

直流磁場如何影響電子顯微鏡或電子束光刻的性能

局部直流磁場變化會使電子顯微鏡中的電子束偏移，導致成像模糊。就如同掃描圖像時若移動紙張，也會影響圖像的呈現。而在電子束光刻技術中，直流磁場變化則會使電子束偏移，導致品質下降。

然而，直流磁場並不是唯一影響實驗室設備的因素。交流磁場也會對設備產生影響，只是影響方式不同。

什麼是交流磁場(AC)

交流磁場會在正負之間振盪，根據國家不同，可能是50、60赫茲。交流磁場的來源通常為電氣設備，如：變壓器或分電盤。在老舊建築中，交流磁場可能由錯誤接線引起，這會在電線或建築物金屬框架上產生淨電流，產生沒有明顯來源的交流磁場。

交流磁場如何干擾電子顯微鏡或電子束光刻的性能

交流磁場中的振盪電流會使電子束在50赫茲或60赫茲的頻率下來回移動，具體取決於所在地區。交流磁場干擾會在影像邊緣產生鋸齒狀的外觀，通常稱為標記或鋸齒效應，使得影像無法使用。

如何減少環境中的直流和交流磁場

有幾種方法可以減少實驗室附近的直流磁場。第一，消除磁場來源，但這通常很困難或不可能。例如，電梯或鐵路線是無法任意移除的。第二，使用磁屏蔽高導磁材料，如：MuMetal，但這可能會使項目成本增加數十萬美元，甚至數百萬美元。換句話說，這通常是過於昂貴的。因此，大多數實驗室選擇減少直流和交流磁場干擾的方法是安裝直流+交流主動消磁系統。磁場消除系統通常不會對實驗室造成干擾，且比屏蔽成本低得多。

減少交流磁場的方法也是類似作法。其中一種方法是修正錯誤接線，如地線與中性線短路、浮動地線或其他電氣問題，但直接修復接線問題極具挑戰性及侵入性，並且無法保證結果。另一種選擇是使用磁場屏蔽，在一個房間的所有牆壁、地板和天花板上安裝鋁或鋼以達成有效屏蔽。為此，屏蔽公司使用四分之一英寸的鋁板來減少對房間結構的負擔，同時還需要考慮機械、電氣和管道的穿透。這無疑是一種昂貴的方法，主動消磁系統的成本顯著低於屏蔽系統，且成功率相同。