Doktorarbeit_Mairoser.pdf - OPUS - Universität Augsburg

5. Inbetriebnahme und Verbesserung des Sputtersystems
des Kupferbandes bringt zwei Vorteile im Gegensatz zu dem sonst üblichen Kupferlackdraht.
Zum einen ist die Raumfüllung größer, sodass bei der gleichen Stromdichte
im Kupfer ein stärkeres Magnetfeld aufgrund des höheren Stroms erzeugt wird. Weiterhin
ist der thermische Kontakt zwischen den einzelnen Windungen deutlich besser,
da ein Flächen- anstatt eines Punktkontakts vorliegt. Somit lässt sich die Abwärme
besser abführen und ein Betrieb bei höheren Stromstärken wird möglich.
Zur Abführung der Abwärme wurden die Spulen in einem eigens entwickelten Vakuumvergussverfahren
mit der Epoxid-Vergussmasse STYCAST 2850 FT Catalyst 9
vergossen [132]. Diese Vergussmasse besitzt eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit sowie
sehr gute isolierende Eigenschaften. Weiterhin ist eine dauerhafte Temperaturbelastung
von 130 ◦ C zulässig. Durch das Vergießen wurde eine Wärmebrücke zwischen den
Kupferwindungen und den aktiv mit Wasser gekühlten Spulenkörpern hergestellt. Dazu
wurden die Ränder der 10 mm breiten Ausfräsung mit der Vergussmasse ausgefüllt.
Weiterhin wurde die oberste Lage mit demselben Material bestrichen, um einen Kurzschluss
durch gesputterte Metalle zu verhindern. Zur Kontrolle der Temperatur wurden
jeweils an die weiter vom Kühlwasserverlauf entfernten Spulen Pt-100-Messfühler
in direktem Kontakt zur Kupferwicklung aufgeklebt. Ausgelesen werden diese jeweils
mittels eines Grenzwertgebers (Newport Electronics i833-c24 [133]). Dieser ist so programmiert,
dass bei der Überschreitung von 130 ◦ C an mindestens einer der beiden
Spulen das Netzteil für den Spulenstrom (EA-PS 9300-50 von dfm-select [134]) sofort
abgeschaltet wird. Durch eine weitere externe Beschaltung wird dies auch erreicht,
falls der Kühlwasserfluss zu gering ist.
Das Helmholtz-Spulenpaar kann aus der Kammer aus- bzw. in sie eingefahren werden.
Dies ist nötig, um Filme deponieren zu können. Mit ausgefahrener Spule ist der
Fahrbereich des Probenheizers deutlich größer, wodurch größere Abstände zwischen
der Sputterquelle und dem Substrat möglich sind. Weiterhin würde das Sputter-Plasma
auch ohne ein angelegtes Magnetfeld durch die Spule beeinflusst werden. Die in
Abbildung 5.8 gezeigte Spule wurde daher über eine UHV-Lineardurchführung (LD
160 der Firma VAb [107]) ein- und ausfahrbar gemacht. Das Netzteil zur Ansteuerung
des Motors (EPH Electronics 16841112B04/3058 [135]), die zugehörige Beschaltung
und eine weitere Relais-Karte (Conrad 8fach Relaiskarte 197730 [136]) zum Schalten
per Computer sind im zweiten Elektronik-Rack (Abbildung 5.5) untergebracht.
Durch das Anbringen entsprechender Sicherheitsschalter und durch die Erweiterung
der Software wurde sichergestellt, dass trotz der nun noch zusätzlich beengten Platzverhältnisse
innerhalb der Vakuumkammer keine Kollisionen möglich sind. Das sichere
Ein- und Ausfahren, das Anlegen des Spulenstroms sowie das Auslesen der Temperatursensoren
wurde in einem Unterprogramm der Ansteuerungssoftware realisiert
(Kapitel 4.2). Um die Richtung des erzeugten Magnetfelds umkehren zu können, lässt
sich der Spulenstrom umpolen.
Die erreichbare magnetische Flussdichte wurde in Bezug auf die räumliche Ausdehnung
sowie die Stärke mittels einer Hall-Sonde (Lakeshore HGCA-3020 [137]) vermessen
(Abbildung 5.8). Abbildung 5.10 (a) zeigt die Abhängigkeit der magnetischen
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