Das Grundprinzip der Elektronenstrahlverdampfung besteht darin, dass ein Ausgangsmaterial mit Hilfe eines intensiven Elektronenstrahls erhitzt und verdampft wird, das sich dann als dünner, hochreiner Film auf einem Substrat abscheidet.
Dieses Verfahren ist eine Form der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und eignet sich besonders für die Herstellung dünner Schichten, die die Abmessungen des Substrats nicht wesentlich verändern.
5 wichtige Punkte erklärt
1. Aufbau und Komponenten
Das Verfahren beginnt in einer Vakuumkammer, die notwendig ist, um zu verhindern, dass das aufgedampfte Material mit Luftmolekülen reagiert.
Im Inneren der Kammer befinden sich drei Hauptkomponenten:
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Die Elektronenstrahlquelle: Dabei handelt es sich in der Regel um einen Wolframglühfaden, der auf über 2.000 Grad Celsius erhitzt wird. Die Hitze bewirkt, dass Elektronen aus dem Glühfaden emittiert werden.
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Tiegel: Er enthält das Ausgangsmaterial und ist so positioniert, dass er den Elektronenstrahl aufnimmt. Der Tiegel kann aus Materialien wie Kupfer, Wolfram oder technischer Keramik bestehen, je nach den Temperaturanforderungen des Ausgangsmaterials. Er wird kontinuierlich mit Wasser gekühlt, um ein Schmelzen und eine Verunreinigung des Ausgangsmaterials zu verhindern.
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Magnetisches Feld: Magnete in der Nähe der Elektronenstrahlquelle erzeugen ein Magnetfeld, das die emittierten Elektronen zu einem auf den Tiegel gerichteten Strahl bündelt.
2. Verdampfungsprozess
Der durch das Magnetfeld fokussierte Elektronenstrahl trifft auf das Ausgangsmaterial im Tiegel.
Die Energie der Elektronen wird auf das Material übertragen, wodurch es sich erhitzt und verdampft.
Die verdampften Partikel steigen im Vakuum auf und lagern sich auf einem Substrat ab, das sich über dem Ausgangsmaterial befindet.
Das Ergebnis ist eine dünne Schicht, die in der Regel zwischen 5 und 250 Nanometer dick ist.
3. Kontrolle und Überwachung
Die Dicke der abgeschiedenen Schicht wird in Echtzeit mit einem Quarzkristallmonitor überwacht.
Sobald die gewünschte Schichtdicke erreicht ist, wird der Elektronenstrahl abgeschaltet, und das System leitet eine Kühl- und Entlüftungssequenz ein, um den Vakuumdruck abzubauen.
4. Multi-Material-Beschichtung
Viele E-Beam-Verdampfungssysteme sind mit mehreren Tiegeln ausgestattet, so dass verschiedene Materialien nacheinander abgeschieden werden können, ohne dass das System belüftet werden muss.
Auf diese Weise lassen sich mehrschichtige Beschichtungen herstellen, was die Vielseitigkeit des Prozesses erhöht.
5. Reaktive Abscheidung
Durch Einleiten eines Partialdrucks reaktiver Gase wie Sauerstoff oder Stickstoff in die Kammer während der Verdampfung können nichtmetallische Schichten reaktiv abgeschieden werden.
Dadurch erweitert sich die Palette der Materialien, die mit dieser Technik verarbeitet werden können.
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