電子束蒸發(fā)技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

電子束蒸發(fā)技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用

0要的薄膜方法電子束蒸發(fā)是目前真空解析技術(shù)中最成熟、最重要的蒸發(fā)方法。電子束蒸發(fā)是將膜材放入水冷銅坩堝中,直接利用電子束加熱,使膜材中的原子或分子從表面汽化逸出后入射到基片表面凝結(jié)成膜1蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)和工作原理e型電子束蒸發(fā)源所發(fā)射的電子軌跡與“e”相似,故有“e”型束源之稱,簡(jiǎn)稱e型槍1.1燈絲與聚束極的組成電子槍采用屏蔽式結(jié)構(gòu),由燈絲(陰極),聚束極(或稱束成型極,W-極)和陽極等三個(gè)主要部分組成(圖2)。燈絲與聚束極同處負(fù)的高電位(-10kV),陽極(包括坩堝)處于低電位。燈絲和聚束極與地之間由高純陶瓷絕緣隔離。電子槍陽極電壓一般為6～10kV,陰極(燈絲)電壓一般為AC3V,電流0～60A可調(diào)。1.2x、y線圈接收點(diǎn)X,Y偏轉(zhuǎn)線圈采用銅線繞制。改變X線圈電流大小,電子束可作左右移動(dòng);改變Y線圈電流大小,電子束可作前后移動(dòng)。通過調(diào)整X,Y線圈電流大小,可使束斑射于膜料的所需位置上。通常使Y線圈偏轉(zhuǎn)電流為零,調(diào)整X線圈電流,使束斑位于坩堝中心位置。若再給X,Y線圈加上交變電流,則電子束可在膜料上作不同幅度(圓或其他形狀)和頻率的自動(dòng)掃描。X,Y掃描線圈在接線時(shí)有極性要求,接反會(huì)影響束斑位置。X,Y掃描電流一般為±2A可調(diào),掃描頻率為10～250Hz。1.3位置控制坩堝由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),電機(jī)加電則轉(zhuǎn)動(dòng),失電則停止。多坩堝個(gè)數(shù)最多可達(dá)8個(gè),坩堝轉(zhuǎn)速可以隨意調(diào)節(jié),坩堝位置選擇采用光耦控制。坩堝需要單獨(dú)的冷卻水,以確保坩堝及密封膠圈不受損壞。1.4電子束偏轉(zhuǎn)電子電子槍陽極燈絲加熱后發(fā)射出具有初始動(dòng)能的熱電子,這些熱電子受燈絲陰極和陽極之間的電場(chǎng)制約,按一定的匯聚角匯聚成束狀,在磁場(chǎng)的作用下,沿E×B的方向偏轉(zhuǎn)。到達(dá)陽極孔時(shí),電子能量可以提高到10kV。通過陽極孔后,電子束只運(yùn)行于磁場(chǎng)空間,在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,電子束偏轉(zhuǎn)270°之后入射到坩堝內(nèi)的膜材上,實(shí)現(xiàn)電-熱能轉(zhuǎn)換。在電子束轟擊區(qū)域內(nèi),膜材的表面溫度高達(dá)3300～6000℃,從而使膜材熔化蒸發(fā)。由于電子束轟擊膜材時(shí)會(huì)激發(fā)出很多散射電子,例如反射電子、背散射電子和二次電子等。圖1中的收集極就是為了保護(hù)基片上的蒸發(fā)鍍層,把這些有害電子吸收掉而設(shè)置的。2影響反滲透質(zhì)量的因素束斑的大小是影響蒸發(fā)速率的主要因素,而蒸發(fā)速率又是影響鍍膜質(zhì)量的關(guān)鍵。束斑大蒸發(fā)速率就會(huì)降低,而束斑太小膜材容易飛濺。束斑的大小與燈絲位于聚束極孔中的位置密切相關(guān),圖3所示為一般常用位置關(guān)系。3電子槍前后蓋板及周圍薄膜的清理日常維護(hù)的好壞在很大程度上影響工藝的可靠性和一致性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),真空室清潔與否關(guān)系到鍍膜質(zhì)量的好壞,所以當(dāng)進(jìn)行完一次蒸發(fā)程序后,需要把電子槍前后蓋板、坩堝周圍的薄膜殘?jiān)宄?檢查電子槍前后蓋板與坩堝之間的狹縫中是否有殘?jiān)⑶宄?。真空室清理干凈?適當(dāng)增添膜材。3.1燈絲的清洗當(dāng)燈絲燒毀或嚴(yán)重變形或受污染而發(fā)射不足時(shí),均應(yīng)更換燈絲。更換燈絲時(shí)不得赤手抓拿,必須戴潔凈的細(xì)紗手套,用鑷子取出舊燈絲及其殘?bào)w,再用酒精棉擦凈燈絲座表面。如果燈絲架受污染嚴(yán)重,應(yīng)把燈絲架全部拆解,各金屬部件用金相砂紙打磨干凈,絕緣陶瓷部件用強(qiáng)酸浸泡1h以上,組裝前各部件用酒精擦拭干凈。安裝新燈絲時(shí),要保證燈絲在燈絲室中的位置均勻,并使兩只燈絲腿插到底,然后緊固。如果電子槍需重新裝配,要保證兩燈絲座有1mm的間距及兩燈絲腿后接觸面平行。3.2冷卻水管路冷卻水是保證不損壞坩堝和密封膠圈等部件的關(guān)鍵,若冷卻效果不佳會(huì)影響到真空室的真空度,從而影響到鍍膜的均勻性。為避免管路結(jié)水垢保證好的冷卻效果,冷卻水管路要加裝過濾器或要用高純水,并且要有足夠的水流量。電子槍應(yīng)置于真空環(huán)境中,如長(zhǎng)期不使用應(yīng)定期將真空室抽至低真空狀態(tài)。4預(yù)測(cè)的障礙現(xiàn)象和方法根據(jù)維修經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出電子束蒸發(fā)臺(tái)的常見故障及解決方法如表1所示。5蒸發(fā)源的保養(yǎng)及質(zhì)量控制穩(wěn)定可靠的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是保證工藝質(zhì)量的關(guān)鍵,要保障設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)需要做到以下幾點(diǎn):①應(yīng)熟練掌握蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)及工作原理,對(duì)常見故障及影響蒸發(fā)效果的因素做到心中有數(shù);②應(yīng)重視蒸發(fā)源各部件的保養(yǎng)工作