電子束蒸發(fā)技術(shù)在工業(yè)中的應用

電子束蒸發(fā)技術(shù)在工業(yè)中的應用

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)和陽極等三個主要部分組成(圖2)。燈絲與聚束極同處負的高電位(-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;改變Y線圈電流大小,電子束可作前后移動。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)和頻率的自動掃描。X,Y掃描線圈在接線時有極性要求,接反會影響束斑位置。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直接驅(qū)動,電機加電則轉(zhuǎn)動,失電則停止。多坩堝個數(shù)最多可達8個,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)射出具有初始動能的熱電子,這些熱電子受燈絲陰極和陽極之間的電場制約,按一定的匯聚角匯聚成束狀,在磁場的作用下,沿E×B的方向偏轉(zhuǎn)。到達陽極孔時,電子能量可以提高到10kV。通過陽極孔后,電子束只運行于磁場空間,在偏轉(zhuǎn)磁場的作用下,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3300～6000℃,從而使膜材熔化蒸發(fā)。由于電子束轟擊膜材時會激發(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基片上的蒸發(fā)鍍層,把這些有害電子吸收掉而設置的。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)量的關鍵。束斑大蒸發(fā)速率就會降低,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,圖3所示為一般常用位置關系。3電子槍前后蓋板及周圍薄膜的清理日常維護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,真空室清潔與否關系到鍍膜質(zhì)量的好壞,所以當進行完一次蒸發(fā)程序后,需要把電子槍前后蓋板、坩堝周圍的薄膜殘渣清除,檢查電子槍前后蓋板與坩堝之間的狹縫中是否有殘渣并清除。真空室清理干凈后,適當增添膜材。3.1燈絲的清洗當燈絲燒毀或嚴重變形或受污染而發(fā)射不足時,均應更換燈絲。更換燈絲時不得赤手抓拿,必須戴潔凈的細紗手套,用鑷子取出舊燈絲及其殘體,再用酒精棉擦凈燈絲座表面。如果燈絲架受污染嚴重,應把燈絲架全部拆解,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,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鍵,若冷卻效果不佳會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。電子槍應置于真空環(huán)境中,如長期不使用應定期將真空室抽至低真空狀態(tài)。4預測的障礙現(xiàn)象和方法根據(jù)維修經(jīng)驗總結(jié)出電子束蒸發(fā)臺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)定可靠的設備運行狀態(tài)是保證工藝質(zhì)量的關鍵,要保障設備的良好運轉(zhuǎn)需要做到以下幾點:①應熟練掌握蒸發(fā)源的結(jié)構(gòu)及工作原理,對常見故障及影響蒸發(fā)效果的因素做到心中有數(shù);②應重視蒸發(fā)源各部件的保養(yǎng)工作