Bei der Elektronenstrahlverdampfung, einer Form der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), wird ein fokussierter Strahl hochenergetischer Elektronen verwendet, um Ausgangsmaterialien zu erhitzen und zu verdampfen, was die Abscheidung dünner, hochreiner Schichten auf Substraten ermöglicht. Dieses Verfahren unterscheidet sich vom Sputtern, bei dem energiereiche Ionen verwendet werden, um Material von einem Target auszustoßen.
Mechanismus der Elektronenstrahlverdampfung:
Bei diesem Verfahren beschleunigt ein elektrisches Hochspannungsfeld (in der Regel bis zu 10 kV) Elektronen, die aus einem erhitzten Wolframfaden austreten. Diese Elektronen gewinnen eine hohe kinetische Energie und werden dann durch ein Magnetfeld zu einem Strahl fokussiert. Der Strahl wird auf einen Tiegel gerichtet, der das zu verdampfende Material enthält. Beim Aufprall wird die kinetische Energie der Elektronen in Wärmeenergie umgewandelt, die das Material bis zu seinem Verdampfungspunkt erhitzt.
- Einzelheiten zum Prozess:Elektronenemission:
- Strom wird durch einen Wolframfaden geleitet, was zu einer Joule-Erwärmung und Elektronenemission führt.Strahlerzeugung und -beschleunigung:
- Zwischen dem Glühfaden und dem Tiegel wird eine Hochspannung angelegt, die die emittierten Elektronen beschleunigt. Ein Magnetfeld fokussiert diese Elektronen zu einem einheitlichen Strahl.Materialverdampfung:
- Der Elektronenstrahl trifft auf das Material im Schmelztiegel, überträgt Energie und bewirkt, dass das Material verdampft oder sublimiert.Abscheidung:
Das verdampfte Material wandert durch die Vakuumkammer und lagert sich auf einem über der Quelle befindlichen Substrat ab. Das Ergebnis ist ein dünner Film, der in der Regel zwischen 5 und 250 Nanometer dick ist und die Eigenschaften des Substrats verändern kann, ohne dessen Abmessungen wesentlich zu verändern.Vorteile und Anwendungen:
Die Elektronenstrahlverdampfung eignet sich besonders gut für die Herstellung dichter, hochreiner Schichten. Es ist vielseitig und kann eine breite Palette von Materialien abscheiden, darunter Metalle, Halbleiter und einige Dielektrika. Das Verfahren kann auch für die reaktive Abscheidung angepasst werden, indem ein Partialdruck reaktiver Gase wie Sauerstoff oder Stickstoff in die Kammer eingeführt wird, was die Bildung nichtmetallischer Schichten ermöglicht.
Schlussfolgerung:
