电子束蒸发技术在工业中的应用

电子束蒸发技术在工业中的应用

0要的薄膜方法电子束蒸发是目前真空解析技术中最成熟、最重要的蒸发方法。电子束蒸发是将膜材放入水冷铜坩埚中,直接利用电子束加热,使膜材中的原子或分子从表面汽化逸出后入射到基片表面凝结成膜1蒸发源的结构和工作原理e型电子束蒸发源所发射的电子轨迹与“e”相似,故有“e”型束源之称,简称e型枪1.1灯丝与聚束极的组成电子枪采用屏蔽式结构,由灯丝(阴极),聚束极(或称束成型极,W-极)和阳极等三个主要部分组成(图2)。灯丝与聚束极同处负的高电位(-10kV),阳极(包括坩埚)处于低电位。灯丝和聚束极与地之间由高纯陶瓷绝缘隔离。电子枪阳极电压一般为6～10kV,阴极(灯丝)电压一般为AC3V,电流0～60A可调。1.2x、y线圈接收点X,Y偏转线圈采用铜线绕制。改变X线圈电流大小,电子束可作左右移动;改变Y线圈电流大小,电子束可作前后移动。通过调整X,Y线圈电流大小,可使束斑射于膜料的所需位置上。通常使Y线圈偏转电流为零,调整X线圈电流,使束斑位于坩埚中心位置。若再给X,Y线圈加上交变电流,则电子束可在膜料上作不同幅度(圆或其他形状)和频率的自动扫描。X,Y扫描线圈在接线时有极性要求,接反会影响束斑位置。X,Y扫描电流一般为±2A可调,扫描频率为10～250Hz。1.3位置控制坩埚由电机直接驱动,电机加电则转动,失电则停止。多坩埚个数最多可达8个,坩埚转速可以随意调节,坩埚位置选择采用光耦控制。坩埚需要单独的冷却水,以确保坩埚及密封胶圈不受损坏。1.4电子束偏转电子电子枪阳极灯丝加热后发射出具有初始动能的热电子,这些热电子受灯丝阴极和阳极之间的电场制约,按一定的汇聚角汇聚成束状,在磁场的作用下,沿E×B的方向偏转。到达阳极孔时,电子能量可以提高到10kV。通过阳极孔后,电子束只运行于磁场空间,在偏转磁场的作用下,电子束偏转270°之后入射到坩埚内的膜材上,实现电-热能转换。在电子束轰击区域内,膜材的表面温度高达3300～6000℃,从而使膜材熔化蒸发。由于电子束轰击膜材时会激发出很多散射电子,例如反射电子、背散射电子和二次电子等。图1中的收集极就是为了保护基片上的蒸发镀层,把这些有害电子吸收掉而设置的。2影响反渗透质量的因素束斑的大小是影响蒸发速率的主要因素,而蒸发速率又是影响镀膜质量的关键。束斑大蒸发速率就会降低,而束斑太小膜材容易飞溅。束斑的大小与灯丝位于聚束极孔中的位置密切相关,图3所示为一般常用位置关系。3电子枪前后盖板及周围薄膜的清理日常维护的好坏在很大程度上影响工艺的可靠性和一致性。根据经验,真空室清洁与否关系到镀膜质量的好坏,所以当进行完一次蒸发程序后,需要把电子枪前后盖板、坩埚周围的薄膜残渣清除,检查电子枪前后盖板与坩埚之间的狭缝中是否有残渣并清除。真空室清理干净后,适当增添膜材。3.1灯丝的清洗当灯丝烧毁或严重变形或受污染而发射不足时,均应更换灯丝。更换灯丝时不得赤手抓拿,必须戴洁净的细纱手套,用镊子取出旧灯丝及其残体,再用酒精棉擦净灯丝座表面。如果灯丝架受污染严重,应把灯丝架全部拆解,各金属部件用金相砂纸打磨干净,绝缘陶瓷部件用强酸浸泡1h以上,组装前各部件用酒精擦拭干净。安装新灯丝时,要保证灯丝在灯丝室中的位置均匀,并使两只灯丝腿插到底,然后紧固。如果电子枪需重新装配,要保证两灯丝座有1mm的间距及两灯丝腿后接触面平行。3.2冷却水管路冷却水是保证不损坏坩埚和密封胶圈等部件的关键,若冷却效果不佳会影响到真空室的真空度,从而影响到镀膜的均匀性。为避免管路结水垢保证好的冷却效果,冷却水管路要加装过滤器或要用高纯水,并且要有足够的水流量。电子枪应置于真空环境中,如长期不使用应定期将真空室抽至低真空状态。4预测的障碍现象和方法根据维修经验总结出电子束蒸发台的常见故障及解决方法如表1所示。5蒸发源的保养及质量控制稳定可靠的设备运行状态是保证工艺质量的关键,要保障设备的良好运转需要做到以下几点:①应熟练掌握蒸发源的结构及工作原理,对常见故障及影响蒸发效果的因素做到心中有数;②应重视蒸发源各部件的保养工作