Die Elektronenstrahlverdampfung (E-Beam) ist ein Verfahren der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), bei dem ein fokussierter Elektronenstrahl zum Erhitzen und Verdampfen des Ausgangsmaterials in einer Vakuumumgebung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird eine dünne Schicht auf ein Substrat aufgebracht.
Was ist der Prozess der Elektronenstrahlverdampfung? Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Prinzip des Verfahrens
Erzeugung des Elektronenstrahls: Der Prozess beginnt mit der Erzeugung eines Elektronenstrahls aus einer erhitzten Wolframwendel. Dieser Glühfaden wird mit einer Hochspannung von typischerweise 5 bis 10 kV beaufschlagt. Diese hohe Spannung bewirkt aufgrund der hohen Temperaturen eine thermionische Emission von Elektronen.
Fokussierung und Lenkung des Strahls: Die emittierten Elektronen werden dann entweder mit Hilfe von Permanentmagneten oder elektromagnetischen Feldern fokussiert und auf das Zielmaterial gelenkt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Strahl für eine effiziente Erwärmung genau auf die gewünschte Stelle gerichtet wird.
2. Verdampfung des Materials
Erhitzung des Quellmaterials: Der fokussierte Elektronenstrahl trifft auf das Ausgangsmaterial, z. B. Metallkügelchen wie Gold, die in einem wassergekühlten Tiegel platziert sind. Die Energie des Strahls wird auf das Material übertragen und erhitzt es auf sehr hohe Temperaturen.
Verdampfung: Wenn das Material seine Verdampfungstemperatur erreicht, gewinnen seine Oberflächenatome genügend Energie, um die Bindungskräfte zu überwinden und die Oberfläche zu verlassen, wobei sie zu Dampf werden. Dieser Dampf strömt dann durch die Vakuumkammer.
3. Abscheidung auf dem Substrat
Transport des Dampfes: Die verdampften Partikel wandern durch das Vakuum und lagern sich auf einem Substrat ab, das sich oberhalb des Ausgangsmaterials befindet. Der Abstand zwischen der Quelle und dem Substrat beträgt in der Regel zwischen 300 mm und 1 Meter.
Bildung eines Dünnfilms: Das abgeschiedene Material bildet auf dem Substrat einen dünnen Film mit einer Dicke von etwa 5 bis 250 Nanometern. Dieser Dünnfilm kann die Eigenschaften des Substrats erheblich verändern, ohne dessen Maßhaltigkeit zu beeinträchtigen.
4. Vorteile und Kontrolle
Hohe Temperaturen und schnelle Abscheidungsraten: Die E-Beam-Verdampfung erlaubt sehr hohe Temperaturen, was schnelle Abscheidungsraten und die Verdampfung einer breiten Palette von Materialien ermöglicht.
Kontrollierbarkeit und Reproduzierbarkeit: Das Verfahren ist in hohem Maße steuerbar und wiederholbar und gewährleistet gleichbleibende Schichteigenschaften. Außerdem kann es mit einer Ionenquelle kombiniert werden, um die Leistungsmerkmale der Dünnschicht zu verbessern.
5. Vorbereitung und Sicherheit
Verwendung eines Shutters: Vor der eigentlichen Abscheidung wird eine Blende über dem Tiegel angebracht, um eine vorzeitige Abscheidung zu verhindern. Dadurch wird sichergestellt, dass das Substrat erst dann dem Dampf ausgesetzt wird, wenn der Abscheidungsprozess beginnen kann.
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