Пристрій і спосіб для приведення в стан левітації деякої кількості провідникового матеріалу

1. Пристрій для приведення в стан левітації деякої кількості провідникового матеріалу, який складається з двох котушок, першої котушки і другої котушки, для тримання матеріалу в стані левітації з використанням перемінного електричного струму в котушці, який відрізняється тим, що обидві котушки поміщені в вакуумну камеру, в якій тиск складає щонайвище 10-3 мілібар, під час використання обидві котушки генерують перемінне електромагнітне поле, при цьому перемінні електромагнітні поля першої і другої котушок протидіють одне одному, причому котушки обертаються і/або зміщаються разом таким чином, щоб змінити напрямок центральної лінії котушок; всередині котушок поміщена трубка з непровідникового матеріалу таким чином, що під час використання трубка відділяє котушки від провідникового матеріалу, і при цьому перша і друга котушки розміщені таким чином, що провідниковий матеріал, який тримають в стані левітації між першою котушкою і другою котушкою, випаровується, і випарений матеріал тече вздовж напрямку центральної лінії котушок всередині трубки з непровідникового матеріалу до підкладки, на яку наносять покриття. 2 (19) 1 3 Винахід відноситься до пристрою для приведення в стан левітації деякої кількості провідникового матеріалу, який складається з котушок для тримання матеріалу в стані левітації з використанням перемінного електричного струму в котушках. Також винахід відноситься до способу генерування деякої кількості провідникового матеріалу, що левітують, з використанням пристрою. Левітація провідникового матеріалу відома осадженням фізичної пари, технологією покривання підкладки шаром матеріалу, що конденсується з парової фази на підкладку в вакуумній камері. Звичайно такий матеріал тримають в тиглі і нагрівають в тому тиглі, щоб розплавити і випарувати. Однак багато енергії втрачають через те, що тигель треба охолоджувати. Часто випаровуємий матеріал атакує тигель. З цих причин була розроблена електромагнітна левітація, така як описана в WO 03/071000 A1. При електромагнітній левітації деяку кількість провідникового матеріалу тримають в плаваючому стані над котушкою, в яку подають перемінний електричний струм. З причини перемінного електричного струму в котушці генерується перемінне електромагнітне поле. Електромагнітне поле прикладає направлену вверх силу на провідниковий матеріал. Ця електромагнітна сила врівноважує гравітаційну силу, що діє на провідниковий матеріал для того, щоб тримати провідниковий матеріал в стані левітації. Оскільки магнітна сила варіюється залежно від відстані до котушки, провідниковий матеріал триматимуть в стані левітації (або в плаваючому стані) над котушкою на відстані, що залежить від струму в котушці і маси провідникового матеріалу. Також електричний струм дає електричну енергію для нагріву провідникового матеріалу, так що він плавиться і в решті решт випаровується. Випаровуємий матеріал використовують для покриття підкладок, таких як смуга матеріалу. Вищеописаний пристрій має той недолік, що перемінний електричний струм створює як левітаційну силу, так і теплову енергію для даної кількості провідникового матеріалу. Коли треба нагріти матеріал до вищої температури, наприклад тому, що матеріал має вищу температуру плавлення і випаровування, або тому, що потрібна вища швидкість випаровування, треба посилити струм. Однак тоді одночасно збільшується левітаційна сила електромагнітного поля, результатом чого є те, що матеріал плаває над котушкою на більшій відстані від неї. На цій відстані електромагнітне поле слабше, результатом чого є те, що сила нагріву для матеріалу менша, ніж це передбачали. Задачею винаходу є створити вдосконалений пристрій для приведення в стан левітації та нагріву деякої кількості провідникового матеріалу Ще одною задачею винаходу є створити вдосконалений пристрій для приведення в стан левітації деякої кількості провідникового матеріалу, причому даним пристроєм можливо керувати тепловою силою для нагріву матеріалу. Ще одною ціллю винаходу є розробка способу генерування деякої кількості провідникового мате 89792 4 ріалу, з використанням якого можливо керувати випаровуванням провідникового матеріалу. Одну або більше з цих цілей досягають пристроєм для приведення в стан левітації деякої кількості провідникового матеріалу, який складається з котушок для тримання матеріалу в стані левітації з використанням перемінного електричного струму в котушках, при чому пристрій складається з двох котушок, першої котушки і другої котушки, під час використання обидві котушки генерують перемінне електромагнітне поле, при цьому перемінні електромагнітні поля першої і другої котушок протидіють одне іншому, і при цьому перша і друга котушки розміщені так, що провідниковий матеріал, який тримають в стані левітації між першою котушкою і другою котушкою, випаровується. Використання двох котушок робить можливим створення двох електромагнітних полів, так що провідниковий матеріал триматиметься в стані левітації в стійкому положенні між двома котушками. З причини протидіючої сили перемінних магнітних полів в двох котушках провідниковий матеріал не може рухатися в сторону від котушок. Оскільки тепер провідниковий матеріал тримається на місці, можливо генерувати більший струм, а таким чином створювати вищу температуру в провідниковому матеріалі. В результаті цього швидкість випаровування провідникового матеріалу достатньо висока для того, щоби покривати підкладку з економічно вигідною швидкістю. Часто через нагрів провідниковий матеріал плавиться раніше, ніж він випаровується, але деякі матеріали сублімуються раніше, ніж вони розплавлюються. Переважно котушки мають в цілому єдину центральну лінію. Коли котушки мають єдину центральну лінію, провідниковий матеріал захоплений між двома електромагнітними полями найкращим можливим способом. Коли вісі котушок відносно зміщені або заключають кут, провідниковий матеріал має тенденцію витікати з простору між котушками, коли провідниковий матеріал плавиться, і втрачатися для випаровування. В переважному варіанті/втіленні винаходу котушки мають обмотки, всі з яких - в цілому замкнуті контури. Таким чином магнітні поля, що генеруються котушками, в цілому симетрично розміщатимуться навколо вісі кожної котушки. Таким чином провідниковий матеріал зосереджений в просторі між котушками, а коли провідниковий матеріал розплавиться, він матиме симетричну форму, що відповідатиме симетрії в магнітному полі. В першому переважному варіанті кожна котушка має окреме джерело живлення. Коли кожна котушка має окреме джерело живлення, величину струму можна незалежно міняти для кожної котушки і таким чином можна міняти підйомну силу і силу нагріву, як і відстань між котушками. Недоліком є те, що треба дуже добре контролювати перемінне поле котушок. В другому переважному варіанті котушки з'єднані і мають єдине джерело живлення. При цьому 5 немає проблеми з фазами магнітних полів, бо використовують один струм, але важче створювати котушки, тому що вони з'єднані і відстань не може бути змінена після того, як котушки будуть намотані, а силу нагріву і підйомну силу неможливо міняти незалежно одну від іншої. Для цього останнього переважного варіанта здійснення, переважно котушки намотані в протилежних напрямках. Через те що струм тече у тому ж самому напрямку через обмотки, у катушках утворюються протидіючі магнітні поля. В переважному варіанті перша котушка розміщена в цілому над другою котушкою. Тоді сила ваги, що діє на провідниковий матеріал в стані левітації, буде в цілому направлена вздовж тієї ж лінії, що і магнітні поля обмоток. Таким чином сили будуть добре врівноважені. Переважно перша котушка має ту ж або меншу кількість обмоток, ніж друга котушка. Тому магнітне поле другої (нижньої) котушки сильніше, ніж магнітне поле першої (верхньої) котушки, і таким чином протидіє силі ваги і тримає провідниковий матеріал приблизно на половині відстані між першою і другою котушками. В переважному варіанті перша і друга котушки дзеркально симетричні. З такою конфігурацією котушок котушками можна маніпулювати так, як це пояснено нижче. В другому варіанті винаходу представлено спосіб генерації деякої кількості левітуючого провідникового матеріалу в стані левітації з використанням пристрою, як це обговорено вище, при цьому провідниковий матеріал захоплений між електромагнітними полями, створеними двома котушками так, щоби випаровуватися з причини нагрівання струмом і частотою в котушках. Захоплення провідникового матеріалу між двома котушками робить можливим генерувати достатню силу нагріву в провідниковому матеріалі при рості струму, так що провідниковий матеріал випаровується з швидкістю, яка достатньо велика для того, щоби покрити підкладку економічно вигідним способом. В відомому пристрої, в якому використовували тільки одну котушку, більшість провідникових матеріалів не було можливо нагрівати до температури, достатньо високої для генерування економічно вигідних для покривання підкладок швидкостей випаровування. Переважно випаровуємий провідниковий матеріал направляють в цілому вздовж напрямку вісі котушок для покривання підкладки. Між котушками і провідниковим матеріалом використовують ізоляційні засоби, такі як канал або трубка; таким способом випаровуємий матеріал може бути направлений до покриваємої підкладки, не конденсуючись на деталях пристрою. В переважному варіанті котушками оперують разом так, щоб направляти випаровуємий провідниковий матеріал з одним або більше ступенем свободи. Це можливо тепер, коли провідниковий матеріал захоплений між котушками і не може залишити об'єднані магнітні поля котушок. Оперуванням котушками, наприклад обертанням, випаровуємий провідниковий матеріал може бути направлений в іншому напрямку, що робить наба 89792 6 гато легшим покривання однієї або більше підкладок, присутніх в вакуумній камері. Переважно котушками оперують з шістьома ступенями свободи. Таким чином котушки можуть рухатися в трьох напрямках і обертатися навколо двох горизонтальних вісей і однієї вертикальної вісі. При переважному способі сила електромагнітних полів в двох котушках така, що захоплений між електромагнітними полями провідниковий матеріал силою направляють до вісі котушок. Це особливо корисно, коли випаровуємий матеріал треба направити до підкладки, яка знаходиться не точно над котушками. Тепер можливо маніпулювати котушками і направляти випаровуємий матеріал в усіх напрямках для покривання підкладок в вакуумній камері. Винахід буде пояснений з посиланнями на супроводжуючу фігуру. Фіг. показує схематичним чином дві котушки в винаході із захопленим провідниковим матеріалом в поперечному перерізі. Показані перша котушка 1 і друга котушка 2, при чому кожна котушка складається з трьох обмоток 1a, 1b, 1c і 2а, 2b, 2с. Кожна з котушок 1 і 2 створює електромагнітне поле, при цьому поле котушки 1 протидіє полю котушки 2 так, що електромагнітне поле, яке утворюється в результаті, захоплює провідниковий матеріал 3, який поміщений між котушками. Електромагнітні поля показані лініями електромагнітних полів 4. Як показано на фігурі, через те, що електромагнітні поля протидіють одне іншому, найсильніше поле знаходиться між двома котушками. Це має той ефект, що провідниковий матеріал, який показаний тут розплавленою каплею, силою направляють до центральної лінії 5 симетричних котушок. Більше того, це значить, що капля не може вислизнути назовні з котушок, а тому в обмотках котушок може бути згенерований великий струм, результатом чого буде велика сила нагріву котушок. Таким чином капля буде нагріта до високої температури і швидко випарується. Швидкість випаровування (пере-)/нагрітого провідникового матеріалу висока, а швидкість покривання підкладки економічно приваблива. Зрозуміло, що можуть бути використані більше двох котушок, і що обмотки можуть бути круглими, але також вони можуть мати іншу форму, переважно вісьово симетричну. Наприклад, обмотки можуть бути квадратними. Замість трьох обмоток для кожної котушки, можливо використовувати менше або більше обмоток, а кількість обмоток може різнитися в кожній котушці. Коли дві котушки не з'єднані, в кожній котушці може бути використана різна величина струму. Випаровуємий матеріал головним чином тектиме в напрямку центральної лінії 5, при тому, що канал або трубка з непровідникового матеріалу буде поміщена між котушками і каплею (не показана). Цей канал запобігає створенню електричної дуги і забрудненню вакуумної камери. Згідно з винаходом пристрій робить можливим маніпулювати котушками разом так, що міняється напрямок вісі. Таким чином можливо покривати підкладку не 7 89792 тільки знизу, або зверху, але і з боків. Також можливо зміщати котушки разом в трьох напрямках. З причини того, що провідниковий матеріал захоплений між двома котушками, матеріал залишатиметься між котушками і випаровуватиметься перед, протягом і після маніпуляції. Зрозуміло, що для фізичного осадження пари згідно з цим винаходом котушки і провідниковий Комп’ютерна верстка А. Крулевський 8 -3 матеріал тримають під тиском щонайвище 10 міллібар. Використовуємі перемінний електричний струм і частота повинні бути достатньо високими для того, щоби нагрівати і випаровувати використовуємий провідниковий матеріал. Вони залежать від типу провідникового матеріалу і потрібної швидкості нанесення покриття. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601