Beim Prinzip der Elektronenstrahlabscheidung wird ein Material mit Hilfe eines Elektronenstrahls im Vakuum erhitzt und verdampft, so dass es sich als dünner Film auf einem Substrat abscheidet. Dieses Verfahren ist eine Form der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und ist besonders effektiv, da es hohe Abscheidungsraten und eine hohe Materialausnutzung bei relativ niedrigen Substrattemperaturen ermöglicht.
Ausführliche Erläuterung:
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Erzeugung des Elektronenstrahls:
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Das Verfahren beginnt mit der Erzeugung eines Elektronenstrahls in einer Elektronenkanone. Diese Kanone enthält einen Glühfaden, in der Regel aus Wolfram, der durch Durchleiten eines Hochspannungsstroms erhitzt wird. Diese Erhitzung bewirkt eine thermionische Emission, bei der Elektronen von der Oberfläche des Glühfadens freigesetzt werden. Diese Elektronen werden dann beschleunigt und mithilfe elektrischer und magnetischer Felder zu einem Strahl gebündelt.Ausbreitung und Fokussierung des Elektronenstrahls:
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Sowohl die Arbeitskammer als auch das Strahlerzeugungssystem werden evakuiert, um eine Vakuumumgebung zu schaffen. Dieses Vakuum ist entscheidend für die ungehinderte Ausbreitung des Elektronenstrahls und verhindert, dass die Elektronen mit Luftmolekülen zusammenstoßen. Der Strahl wird dann auf einen Tiegel gerichtet und fokussiert, der das zu verdampfende Material enthält.
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Erhitzen und Verdampfen des Materials:
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Wenn der Elektronenstrahl auf das Material im Tiegel trifft, wird die kinetische Energie der Elektronen auf das Material übertragen, wodurch es sich erwärmt. Je nach Material kann es zunächst schmelzen und dann verdampfen (wie bei Metallen wie Aluminium) oder direkt sublimieren (wie bei Keramik). Die Verdampfung erfolgt, weil die Energie des Strahls die Temperatur des Materials auf seinen Siedepunkt anhebt und es in Dampf verwandelt.Abscheidung von Dünnschichten:
Das verdampfte Material tritt dann aus dem Tiegel aus und lagert sich auf einem Substrat in der Vakuumkammer ab. Durch diese Abscheidung entsteht ein dünner Film auf dem Substrat. Der Prozess lässt sich sehr gut steuern, so dass die Dicke und die Gleichmäßigkeit des abgeschiedenen Films genau kontrolliert werden können.Vorteile und Anwendungen:
