Die Elektronenstrahlverdampfung ist ein Verfahren, bei dem die Ausgangsmaterialien bis zu dem Punkt erhitzt werden, an dem sie verdampfen.
Dazu sind in der Regel Temperaturen erforderlich, die über dem Schmelzpunkt des Materials liegen.
Refraktärmetalle wie Wolfram und Tantal beispielsweise, die einen hohen Schmelzpunkt haben, werden üblicherweise durch Elektronenstrahlverdampfung verdampft.
Der Elektronenstrahl selbst wird auf etwa 3000 °C erhitzt.
Wenn er auf das Ausgangsmaterial trifft, wird die kinetische Energie der Elektronen in Wärmeenergie umgewandelt, wodurch das Material bis zur Verdampfung erhitzt wird.
Wie hoch ist die Temperatur bei der E-Strahl-Verdampfung? (4 Schlüsselpunkte werden erklärt)
1. Erhitzung des Ausgangsmaterials
Der Prozess beinhaltet die Erhitzung des Ausgangsmaterials bis zu einem Punkt, an dem es verdampft.
Dazu sind in der Regel Temperaturen erforderlich, die über dem Schmelzpunkt des Materials liegen.
2. Erhitzung des Elektronenstrahls
Der Elektronenstrahl selbst wird auf etwa 3000 °C erhitzt.
Beim Auftreffen auf das Ausgangsmaterial wird die kinetische Energie der Elektronen in Wärmeenergie umgewandelt und das Material bis zur Verdampfung erhitzt.
3. Lokalisierte Erwärmung
Bei der Elektronenstrahlverdampfung wird ein fokussierter Elektronenstrahl verwendet, um Metalle zu erhitzen und zu verdampfen.
Die Elektronen werden in der Regel auf etwa 3000 °C erhitzt und mit einer 100 kV Gleichspannungsquelle auf das Zielmaterial beschleunigt.
Diese Methode eignet sich besonders für die Abscheidung von Materialien mit hohem Schmelzpunkt, da die Erwärmung sehr lokal in der Nähe der Beschussstelle auf der Oberfläche der Quelle erfolgt.
Diese örtliche Erwärmung verhindert eine Verunreinigung des Tiegels.
4. Hochvakuum-Umgebung
Das Verfahren erfordert eine Hochvakuumumgebung, in der Regel mit einem Druck von weniger als 10^-5 Torr, um Kollisionen von Quellenatomen mit Hintergrundgasatomen zu minimieren.
Dieses Hochvakuum ist notwendig, um angemessene Abscheidungsraten zu erzielen, wobei der Dampfdruck etwa 10 mTorr betragen muss.
Dadurch eignet sich die E-Beam-Verdampfung für Materialien, die aufgrund ihrer hohen Verdampfungstemperaturen nicht durch thermische Verdampfung verdampft werden können.
Für die Verdampfung von Platin wäre beispielsweise eine Temperatur von etwa 2000 °C erforderlich, was außerhalb des Betriebsbereichs der thermischen Verdampfung liegt, aber mit der E-Beam-Verdampfung machbar ist.
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