用于生产计算机芯片的光刻机的电机功率提高了5倍

　　革命性的超导磁体板设计与分析
　　在集成电路(计算机芯片)的生产中，持续的创新是保持竞争力的关键。一个主要目标是提高光刻机的生产力，这部分取决于它们的电磁马达。TU/e机械工程系的博士生巴特·库尔米斯(Bart Koolmees)专注于为这些电机开发一种超导替代品。他的工作表明，这样的设计可以将电机的功率提高超过500%，他还设计了一些主要技术挑战的解决方案:隔热和超导线圈的完整性。他将于12月9日进行论文答辩。
　　在光刻机中，掩模上的图像被多次投射到具有感光层的晶片上。图像不会立刻投射，而是像影印机一样，用光的小缝隙扫描。精确的电磁电机用于扫描和反转过程中同步移动掩模和晶片。通过优化当前的电机设计，可以提高电机的加速以提高生产率。正如库尔米斯所建议的那样，使用超导体极大地改变了设计，向前迈进了一大步。
　　＂高温＂超导(HTS)材料在90k(-183℃)以下温度下电阻为零;它们能传导的最大电流随温度的降低而增大。电流密度为100.000 A/mm2到600.000 A/mm2在4 K到20 K(-269℃到-253℃)的温度范围内是可行的，而在室温下，最先进的铜电机线圈的电流密度为35 A/mm2。对于第一个演示器设计，Koolmees建议将一台电机的一半替换为超导替代，以增加电机内部的磁场强度。
　　提高5倍
　　由于4 K(-269℃)的冷却效率在0.04%到0.14%之间，库尔米斯设计了一种高效的隔热材料，以最大限度地减少冷却效果。这种绝缘将通过两个半电机之间;为了保持电机效率，它应该有最小的厚度。库尔米斯开发了两种厚度为5毫米的保温设计，这两种设计都能保持近300度的温差，同时要求1.5米x2.5米面积的冷却能力小于1瓦。他还分析了支持和固定的超导线圈热损失温度4K，显示热传导低于0.5 W。这些热负荷足够低，商业上可用的封闭式循环冷却器足以消除它们。
　　为电机应用而设计的超导线圈经历了高机械负荷，了解机械故障是否可以防止是很重要的。Koolmees进行了深入分析，计算了主要荷载情况下的机械载荷。这表明，正确的制造方法可以防止超导线圈的失效。
　　库尔米斯的研究表明，与目前最先进的电磁电机相比，超导磁铁板可以将磁场强度提高5倍以上。此外，他对主要技术挑战的解决方案使这种磁铁板的可行性非常有可能。
　　来源: Eindhoven University of Technology