נידוף באמצעות קרן אלקטרונים

נידוף באמצעות קרן אלקטרוניםאנגלית: Electron-beam physical vapor deposition,‏ EBPVD) הוא תהליך בו אנודת מטרה מופצצת עם קרן אלקטרונים הנפלטת על ידי פילם טונגסטן טעון תחת ואקום גבוה. קרן האלקטרונים גורמת לאטומים מהמטרה לעבור למצב גזי. אטומים אלה מתבדלים לצורה מוצקה, ומצפים את כל תא הוואקום (בהתאם לקווי הראייה) בשכבה דקה של חומר האנודה.

מבואעריכה

ציפוי שכבות דקות הוא תהליך המיושם בתעשיית המוליכים למחצה לגידול חומרים אלקטרוניים, בתעשייה האווירית ליצירת ציפויים תרמיים וכימיים כדי להגן על משטחים מפני תנאי סביבה, באופטיקה כדי להקנות את התכונות הרפלקטיביות והמעבירות הרצויות למצע, ובמקומות נוספים. ניתן לסווג באופן כללי את הנידוף לפיזי (PVD) וכימי (CVD). ב-CVD, גידול השכבה מתרחש בטמפרטורות גבוהות, מה שמוביל ליצירת מוצרים גזיים מאכלים, והוא עלול להותיר זיהומים בשכבה. ניתן לבצע את תהליך ה-PVD בטמפרטורות נמוכות יותר וללא כימיקלים מאכלים, אך קצבי הנידוף בדרך כלל נמוכים יותר. נידוף פיזי של קרן אלקטרונים, לעומת זאת, מניב קצב גבוה שבין 0.1 ל-100 מיקרומטר / דקה בטמפרטורות מצע נמוכות יחסית, עם יעילות גבוהה. התרשים של מערכת EBPVD מוצג באיור 1.

 
איור 1. סטאפ אלקטרומגנטי. חומר המטרה מוחזק בפוטנציאל חיובי ביחס לחוט הלהט. כדי להימנע מאינטראקציות כימיות בין הלהט לבין חומר המטיל, הוא נשמר מחוץ לטווח הראייה. נעשה שימוש בשדה מגנטי כדי לכוון את קרן האלקטרונים ממקורו למיקום המטרה. ניתן להשתמש בשדה חשמלי נוסף כדי לכוון את הקרן מעל פני המטרה המאפשר חימום אחיד.

תהליך הציפויעריכה

במערכת EBPVD, יש לפנות את תא הוואקום ללחץ נמוך כדי לאפשר מעבר אלקטרונים מתותח האלקטרונים לחומר המטרה, שיכול להיות בצורה של מטיל או מוט.[1] ניתן להשתמש בו זמנית במספר חומרי אידוי ותותחי אלקטרונים במערכת EBPVD יחידה, שלכל אחד מהם הספק שבין עשרות למאות קילוואט. קרני אלקטרונים יכולות להיווצר על ידי פליטה תרמית, פליטת FEG או בשיטת קשת האנודה. קרן האלקטרונים שנוצרת מואצת לאנרגיה קינטית גבוהה ומופנית כלפי חומר האידוי. עם פגיעה בחומר האידוי, האלקטרונים יאבדו את האנרגיה שלהם במהירות רבה.[2] האנרגיה הקינטית של האלקטרונים מומרת לצורות אנרגיה אחרות באמצעות אינטראקציות עם חומר האידוי. האנרגיה התרמית המופקת מחממת את חומר האידוי וגורם לו להנתך או להמריא. ברגע שהטמפרטורה ורמת הוואקום גבוהים מספיק, ייווצרו אדים. לאחר מכן ניתן להשתמש באדים המתקבלים לציפוי משטחים. מתח ההאצה יכול להיות בין 3 ל-40 קילו וולט. כאשר המתח הוא 20–25 קילו וולט וזרם הקרן הוא כמה אמפר, ניתן להמיר 85% מהאנרגיה הקינטית של האלקטרון לאנרגיה תרמית. חלק מאנרגיית האלקטרונים נאבדת באמצעות ייצור קרני רנטגן ופליטת אלקטרונים משנית.

יתרונותעריכה

קצב הנידוף בתהליך זה יכול להיות נמוך מ-1 ננומטר לדקה עד כמה מיקרומטר לדקה. יעילות השימוש בחומרים גבוהה יחסית לשיטות אחרות, והתהליך מציע שליטה מבנית ומורפולוגית בציפויים המתקבלים.

חסרונותעריכה

EBPVD הוא תהליך נידוף בקו ראייה כאשר הוא מבוצע בלחץ נמוך מספיק (בערך <10 -4 Torr). תנועות טרנסלציה וסיבוב של הדגם מסייעת לציפוי משטח בעל גאומטריות מורכבות, אך לא ניתן להשתמש בתהליך זה לציפוי משטחים פנימיים של גאומטריות מורכבות. בעיה פוטנציאלית נוספת היא דגרדציה של הפילם באקדח האלקטרונים שמביאה לקצב נידוף לא אחיד.

ראו גםעריכה

הערות שולייםעריכה

  1. ^ Harsha, K. S. S, "Principles of Physical Vapor Deposition of Thin Films", Elsevier, Great Britain (2006), p. 400.
  2. ^ George, J., "Preparation of thin films", Marcel Dekker, Inc., New York (1992), p. 13–19.