Bei der Elektronenstrahlabscheidung handelt es sich um ein hochentwickeltes Verfahren zur Herstellung dünner Schichten durch Erhitzen und Verdampfen von Materialien in einem Vakuum. Dieses Verfahren ist eine Art der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) und ist aufgrund seiner hohen Abscheidungsraten und Materialausnutzung bei relativ niedrigen Substrattemperaturen sehr effektiv.
Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Erzeugung des Elektronenstrahls
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 mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern zu einem Strahl gebündelt.
2. Ausbreitung und Fokussierung des Elektronenstrahls
Sowohl die Arbeitskammer als auch das Strahlerzeugungssystem werden evakuiert, um eine Vakuumumgebung zu schaffen. Dieses Vakuum ist notwendig, damit sich der Elektronenstrahl ungehindert ausbreiten kann und die Elektronen nicht mit Luftmolekülen zusammenstoßen. Der Strahl wird dann auf einen Tiegel gerichtet und fokussiert, der das zu verdampfende Material enthält.
3. Erhitzung und Verdampfung des Materials
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 zuerst schmelzen und dann verdampfen (wie Metalle, z. B. Aluminium) oder direkt sublimieren (wie Keramiken). Die Verdampfung erfolgt, weil die Energie des Strahls die Temperatur des Materials auf seinen Siedepunkt anhebt und es in Dampf verwandelt.
4. Abscheidung von Dünnschichten
Das verdampfte Material verlässt dann den Tiegel und lagert sich auf einem in der Vakuumkammer befindlichen Substrat ab. Durch diese Abscheidung entsteht ein dünner Film auf dem Substrat. Der Prozess ist sehr gut steuerbar, so dass die Dicke und die Gleichmäßigkeit des abgeschiedenen Films genau kontrolliert werden können.
5. Vorteile und Anwendungen
Die Vorteile der Elektronenstrahlabscheidung liegen in den hohen Abscheideraten von 0,1 bis 100 μm/min und in der Möglichkeit, Materialien bei niedrigeren Substrattemperaturen abzuscheiden als bei anderen Verfahren wie der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD). Dadurch eignet es sich für eine Vielzahl von Anwendungen, darunter die Halbleiterherstellung, die Mikroelektronik und die Herstellung von Schutzschichten in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
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