Wytwarzanie cienkich warstw antyemisyjnych TiN na powierzchniach elementów mocy mikrofalowej i ich charakterystyka

• Autorzy: Lorkiewicz J. , Kula J. , Klimasz M. , Pszona S. , Sobczak J.

Warianty tytułu

EN

Thin anti-multipactor TiN layers coating on RF power components and their characteristics

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zjawiska elektronowej emisji wtórnej oraz multipaktoringu stanowią często poważne zagrożenie dla prawidłowej pracy mikrofalowych elementów mocy, takich jak klistrony, magnetrony, falowody i sprzęgacze. Z multipaktoringiem wiążą się efekty silnego wzrostu prądu elektronów wtórnych ze ścian układu próżniowego, desorpcji gazów powierzchniowych, lokalnego grzania powierzchni i powstania naprężeń cieplnych, które w przypadku izolacyjnych komponentów ceramicznych mogą doprowadzić do zniszczeń mechanicznych. Jednym ze środków zabezpieczających układy mocy wysokiej częstotliwości przed efektami multipaktoringu są pokrycia cienkimi warstwami materiałów o grubości rzędu kilku nanometrów, charakteryzujących się niską wartością wpółczynnika wtórnej emisji elektronowej SEY (ang. secondary ). Z uwagi na niską wartość SEY, jak również stabilność w polu mikrofalowym oraz w podwyższonej temperaturze związkiem często stosowanym do wykonywania tego typu pokryć jest azotek tytanu. Warstwy antyemisyjne TiN uzyskuje się obecnie dwiema metodami: metodą rozpylania katodowego oraz metodą naparowania tytanem w atmosferze rozrzedzonego amoniaku. Praca dotyczy zastosowania metody naparowania do wytwarzania warstw antyemisyjnych na ceramicznych lub metalowych powierzchniach elementów sprzęgaczy w ramach realizacji projektu badawczego Tesla Test Facility (TTF)/XFEL, realizowanego w Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) w Hamburgu oraz w Instytucie Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana (IPJ) w Świerku. Artykuł zawiera opis procedury nakładania warstw Tin oraz typowych wyników pomiarów SEY i składu chemicznego mierzonego metodą XPS.

EN

The performance of such RF power components as klystrons, magnetrons, wave-guides and couplers is often limited by secondary electron emission and multipacting. The latter results in the rise of secondary electron yield (SEY), residual gas desorption, local heating and thermal stresses which, particularly in ceramic elements, may lead to cracking. Surface coating with several nm thick films of low SEY materials is one of the most important anti-multipactor remedies. TiN surface layers are largely preferred for multipactor suppression due to their low secondary emission on the one hand and good stability in RF electromagnetic fields and in high temperatures on the other. Anti-multipactor TiN layers are usually reached using two methods: reactive magnetron sputtering or titanium evaporation in ammonia. This paper deals with TiN protective layers generation on ceramic or metal surfaces of RF couplers using evaporation technique developed within the frames of Tesla Test Facility (TTF)/XFEL project carried out in Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) in Hamburg and in The Soltan Institute for Nuclear Studies (SINS) at Świerk. The article describes the basics of the coating procedure, results of SEY coefficients measurements and XPS studies on TiN coated surfaces.

Słowa kluczowe

PL

azotek tytanu (TiN); technika PVD; technika mikrofalowa

EN

titanium nitride; PVD; RF technique

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. 31, nr 4
• Strony: 1068--1073
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Lorkiewicz J.

autor

Kula J.

autor

Klimasz M.

autor

Pszona S.

autor

Sobczak J.

• Instytut Problemów Jądrowych im. Andrzeja Sołtana, Świerk-Otwock,

Bibliografia

• [1] Padamsee H., Knobloch J., Hays T.: RF Superconductivity for accelerators. Wiley Series in Beam Physics and Accelerator Technology, New York (1998).
• [2] Campisi I. E.: Fundamental power couplers for superconducting cavities. 10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Ibaraki, Japan, September 6th-11th 2001 (2003) 132-143.
• [3] Krawczyk F. L.: Status of multipacting simulation capabilities for SCRF applications.10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Ibaraki, Japan, September 6th-11th 2001 (2003) 108-114.
• [4] Lorkiewicz J., Brinkmann A., Dwersteg B., Kostin D., Moeller W-D., Layalan M.: Anti-multpactor TiN coating of RF Power Components for TESLA at DESY, TESLA 2004-02 (2004) 1-40.
• [5] Lorkiewicz J., Brinkmann A., Dwersteg B., Kostin D., Moeller W-D., Layalan M.: Surface TiN coating of TESLA Coplers at DESY as an antimultipactor remedy. 10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Ibaraki, Japan, September 6th-11th 2001 (2003) 448-452.
• [6] Lorkiewicz J., Kula J., Pszona S.: Antimultipactor TiN coating of RF components by using evaporation metod. Report SINS 30/X, Świerk (2004).
• [7] Lorkiewicz J., Kula J., Pszona S., Sobczak J., Biliński A.: Sublimation TiN coating of RF Power Components. Int. Confernce on Research and Applications of Plasmas, Plasma2007, Greifwad, Germany, October 16th-19th, AIP Conf. Proceedings Vol. 993 (2008) 411-414.
• [8] Lorkiewicz J., Biliński A., Fadina T., Kula J., Pszona S., Sobczak J., Yu Z.: Characteristics of TiN antimultipactor layers reached by titanium vapor deposition on alumina coupler windows. 11th International Workshop on RF Superconductivity, SRF 2003, Luebeck-Travemuende,Germany, September 8th-12th, published by DESY on CD (2004) ThP31.
• [9] Maissel R. I., Glang R.: Handbook of thin film technology. McGraw-Hill, NewYork (1970).
• [10] Dushman S.: Scientific foundation of vacuum techniques. John Wiley & Sons, New York (1962).
• [11] Michizono S., Kinabara A., Saito Y., Yamaguchi S., Anami S., Matuda N.: TiN film coatings on alumina radio frequency windows. Joural of Vacuum Science and Technology A10 (4) (1992) 1180-1184.
• [12] Kijima Y., Mitsunobu S., Furuya T.: The secondary electron yield of the material for the KEKB superconducting cavity input coupler. 10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Ibaraki, Japan, September 6th-11th 2001 (2003) 560-564.
• [13] Dwersteg B., Kostin D., Layalan M., Martens C., Moeller W.-D.: TESLA RF power couplers development at DESY. 10th Workshop on RF Superconductivity, Tsukuba, Ibaraki, Japan, September 6th-11th 2001 (2003) 443-447.
• [14] Brinkmann A., Lengkeit M., Lorkiewicz J.: TiN coating of RF components for the European XFEL. 14th International Conference on RF Superconductivity, SRF09, Berlin-Dresden, Germany, September 20th-25th 2009 (2009) THPP0O37.
• [15] Treado T., Einarson S.: Power couplers for the ILC. 22nd Particle Accelerator Conference, PAC07, Albuquerque, New Mexico, USA, June 25th- 29th 2007 (2007) THIBKI02.