وظيفة: يوفر بيئة فراغ عالية من 10-3 إلى 10-6 Pa ، مما يقلل من تشتيت شعاع الإلكترونات ، وتأكسيد المواد المستهدفة وتلوث الفيلم ،وضمان استقرار عملية التبخر والترسب.
بندقية مستقيمة بندقية إلكترونية (مكون تشغيل النواة):
التكوين: الكاثود التدفئة المباشرة (عادةً أسلاك التونغستن أو أسلاك التنتال أو بلور LaB6) ، الأندود، لفائف التركيز، لفائف الانحراف.
الخصائص: يتم تشغيل الكاثود كهربائياً مباشرةً لتسخين الإلكترونات وإطلاقها. يتم تسريع شعاع الإلكترونات بواسطة الأنونود (على عادة فولتاج التسارع هو 10 إلى 30 كيلو فولت) ، ويتم تركيزه بواسطة لفائف التركيز ،ومن ثم يتم تحريفها على طول خط مستقيم أو بزاوية صغيرة لتقصف سطح المادة المستهدفة.
نظام المواد المستهدفة
بما في ذلك: الصهاريج المبردة بالماء (مصنوعة من النحاس أو الموليبدينوم لمنع تشوه الصهاريج بعد ذوبان المواد المستهدفة) ، دعامات المواد المستهدفة ،وأجهزة تغيير المواقع متعددة الأهداف (تدعم الإيداع المستمر لمواد متعددة).
رف القطع: قابل للدوران (لتعزيز توحيد الفيلم) ، يدعم تثبيت القطع المختلفة الأشكال مثل الزجاج والوافلات السيليكونية والروابط المعدنية.
وحدة التحكم في درجة الحرارة: وفقا لمتطلبات العملية،يمكنه تسخين القطعة المعدة (100 ~ 500 درجة مئوية لتعزيز تماسك الفيلم) أو تبريدها (لمنع تشوه الركائز الحساسة للحرارة).
نظام التحكم
الأساس: جهاز تحكم PLC ، واجهة تشغيل الشاشة اللمسية ، والتي يمكن أن تعدل بدقة تيار شعاع الإلكترونات (0 ~ 100mA) ، وجهد التسارع ، ودرجة الفراغ ، ومعدل الرسوم ،وسمك الفيلم (يتم رصده في الوقت الحقيقي عن طريق طريقة تذبذب بلورات الكوارتز).
وظائف الحماية: مجهزة بآليات السلامة مثل إنذار الفراغ غير الكافي، وحماية التيار الزائد، وحماية الإفراط الكاثودي.
النظام المساعد
نظام التضخم (يمكن إدخال الأرجون والأكسجين وغازات التفاعل الأخرى لإعداد الأفلام المركبة) ، مصدر الأيونات (اختياري) ،تستخدم لتنظيف الفيلم مسبقًا أو الترسب بمساعدة الأيونات لزيادة كثافة طبقة الفيلم).
مبدأ العمل
إعداد الفراغ: تشغيل المضخة الميكانيكية والمضخة الجزيئية، وإخلاء غرفة الفراغ إلى درجة الفراغ العالية المحددة مسبقاً (عادة ≤10−4 Pa) ،وتقضي على تأثير الشوائب مثل الهواء وبخار الماء على الطلاء.
توليد وتسارع شعاع الإلكترونات: بعد التشغيل الكهربائي، يتم تسخين الكاثود المباشر إلى درجة حرارة عالية (حوالي 2500 درجة مئوية للكاثودات ذات الخيوط التونغستنية) ، مما يطلق الإلكترونات الساخنة.يتم تطبيق الجهد العالي (10 إلى 30 كيلو فولت) على الأندود لتشكيل حقل كهربائي قوي يسرع الإلكترونات، مما يسمح لهم بالحصول على طاقة عالية (طاقة حركية E = eU ، حيث e هي شحنة الإلكترون و U هو فولتاج التسارع).
التركيز على شعاع الإلكترونات والانحراف: يولد لفائف التركيز حقلًا مغناطيسيًا ، مما يؤدي إلى تقارب شعاع الإلكترونات المتباين في شعاع رقيق (بقطر صغير مثل مستوى الميكرومتر) ،ويمكن لفائف الانحراف تحسين اتجاه شعاع الإلكترون لضمان قصف دقيق للمنطقة الوسطى من المادة المستهدفة.
تبخر المادة المستهدفة: شعاع إلكترون عالي الطاقة يضرب سطح المادة المستهدفة، ويحول الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية،مما يتسبب في ارتفاع درجة حرارة المادة المستهدفة بسرعة فوق نقطة الانصهار (تتطلب الأهداف المعدنية عادة 1000 إلى 3000 درجة مئوية)، مما يؤدي إلى الذوبان والتبخر ، وتشكيل فترة غازية ذرية / جزيئية عالية الكثافة للمادة المستهدفة.
ترسب الألواح الرقيقة: تنتشر المرحلة الغازية للمادة المستهدفة في جميع الاتجاهات في بيئة فراغ وتترسب في النهاية بشكل موحد على سطح القطعة المعالجة مسبقًا.يتم مراقبة معدل ترسب في الوقت الحقيقي من قبل مذبذب بلورات الكوارتزعندما يتم الوصول إلى السماكة المحددة مسبقاً، يتم إيقاف قصف شعاع الإلكترون لإكمال الطلاء.
التوسع الاختياري للعملية: إذا كان هناك حاجة إلى تحضير أفلام مركبة (مثل TiO2 و SiO2) ، an appropriate amount of reaction gas (such as oxygen) can be introduced during the deposition process to enable the target material atoms and gas molecules to undergo chemical reactions on the workpiece surface، تشكيل أفلام وظيفية.
الخصائص الأساسية
طاقة شعاع الإلكترون مركزة ومعدل استخدام المادة المستهدفة مرتفع:هيكل بندقية مستقيمة تمكن شعاع الإلكترونات من قصف سطح المادة المستهدفة مباشرة، مع خسارة طاقة منخفضة. يتم تركيز الحرارة في منطقة محلية من المادة المستهدفة ، وتجنب تسخين النخاع على نطاق واسع.يمكن أن يصل معدل استخدام المواد المستهدفة إلى 60٪ إلى 80٪ (أعلى بكثير من 30٪ إلى 50٪ من آلات طلاء تبخير المقاومة).
النطاق القابل للسيطرة من معدل الرسومات واسع: من خلال ضبط تيار شعاع الإلكترونات وجهد التسارع ، يمكن تحقيق معدل الرسومات من 0.1nm / s إلى 10nm / s ،والتي لا يمكنها فقط تحضير أفلام رقيقة للغاية (مثل الأفلام البصرية على نطاق نانوي)، ولكن أيضا سريعا رصيد الأقراص السميكة (مثل الأقراص الموصلة للمعادن).
متوافق مع مجموعة متنوعة من المواد المستهدفة ذات نقطة انصهار عالية: يمكن أن يؤدي قصف شعاع الإلكترون إلى درجات حرارة محلية عالية للغاية (تصل إلى أكثر من 5000 درجة مئوية) ،قادرة على تبخير المعادن ذات نقطة انصهار عالية مثل التلفستين، الموليبدينوم، والتنتالوم (نقطة الذوبان > 2000 درجة مئوية) ، فضلا عن المركبات الحارقة مثل الأكسيدات والفلوريدات، والتي يصعب تحقيقها من خلال التبخر المقاومة.
نقاء الفيلم العالي وتلوث منخفض: بيئة الفراغ العالية تقلل من خلط الشوائب ،والبنادق الإلكترونية المباشرة ليس لديها تلوث الهيكل (بعض المواد الهدف منخفضة نقطة الانصهار لا تزال تتطلب الهيكل، ولكن يمكن اختيار المواد الخاملة). يمكن أن تصل نقاء الفيلم عادة إلى 99.9٪ إلى 99.99٪.
مرونة عملية قوية: يدعم ترسب هدف واحد ، ترسب مستمر متعدد الأهداف (لإعداد الأفلام متعددة الطبقات) ، والترسب التفاعلي (لإعداد الأفلام المركبة).يمكن تخصيص أداء الفيلم عن طريق ضبط المعلمات مثل درجة الحرارةدرجة الفراغ وسرعة تدفق الغاز
هيكل المعدات بسيط نسبياً وتكلفة الصيانة معتدلة: بالمقارنة مع أجهزة غسيل المغناطيس والطلاء بالأوتار الراديوية،آلة طلاء شعاع الإلكترون المباشر لديها عدد أقل من المكونات الأساسية، وعتبة التشغيل المنخفضة، واستبدال الأجزاء الضعيفة مثل الكاثود (أسلاك التنغستن) هو مريح. تكلفة الصيانة طويلة الأجل يمكن السيطرة عليها.
المزايا الرئيسية
جودة الفيلم ممتازة: الفيلم المتراكم له كثافة عالية ، وحبيبات دقيقة ، والتماسك القوي للتربة (مناسبة بشكل خاص للتربة المعدنية والزجاجية) ،وتوحيد سمك جيد (خطأ التوحيد لقطع العمل ذات المساحة الكبيرة ≤ ± 5٪).
كفاءة ترسب عالية ودورة إنتاج قصيرة: تحتوي حزمة الإلكترونات على كفاءة تحويل طاقة عالية (حوالي 30٪ إلى 50٪) ، وسرعة تبخر المادة المستهدفة سريعة.وقت ترسب الأفلام من نفس السماكة هو فقط 1/3 إلى 1/2 من ذلك من التبخر المقاومةمما يجعلها مناسبة للإنتاج الجماعي.
يمكن تكييف المواد المستهدفة على نطاق واسع للغاية: من المعادن ذات نقطة انصهار منخفضة (الألومنيوم والنحاس) ، والمعادن ذات نقطة انصهار عالية (التنغستن والموليبدينوم) ، إلى السبائك والأكسيدات والفلوريدات والكبريتيدات ، إلخ.يمكن تكييف جميع مواد الطلاء الصلبة تقريبًا لتلبية متطلبات وظيفية مختلفة.
يمكن ضبط أداء الفيلم بدقة: عن طريق ضبط معايير شعاع الإلكترونات ، ومعدل الرسوب ، ودرجة حرارة قطعة العمل ، إلخ.المؤشرات الرئيسية للفيلم مثل البلورية، يمكن التحكم بدقة في القسوة والتماسك والخصائص البصرية (مثل مؤشر الانكسار ، انتقال الضوء).
صديقة للبيئة وخالية من التلوث: لا يتم إنتاج أي نفايات كيميائية سائل أو غاز نفايات خلال العملية. يتم استهلاك الكهرباء والمواد المستهدفة فقط،تلبية متطلبات التصنيع الأخضر.
لديها مجموعة واسعة من الركائز القابلة للتطبيق: يمكن طلاءها على أسطح مختلفة من الركائز مثل الزجاج ، وشرائح السيليكون ، والمعادن ، والسيراميك ، والبلاستيك (يتطلب المعالجة المسبقة) ،و يسبب ضرر بسيط للترسبات (حزمة الإلكترونات لا تلامس مباشرة الترسبة، والمنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة).
V. سيناريوهات تطبيق نموذجية
المجال البصري (التطبيقات الأساسية):
تحضير الأفلام البصرية: مثل الأفلام المضادة للانعكاس AR لمعدات النظارات ومعدات الكاميرا (أفلام SiO2+TiO2 متعددة الطبقات)أفلام HR عالية الانعكاس للعدسات الليزرية (أفلام ديليكتريكية متعددة الطبقات)، وأفلام تصفية التداخل للفلاتر (فلاتر النطاق الضيق / النطاق العريض)
المكونات البصرية الأخرى: الألياف البصرية، لوحات العرض، والأفلام المضادة للإنعكاس/ المقاومة للخدوش لغطاء الخلايا الشمسية.
في مجال الإلكترونيات وشرائح الموصلات
رقائق أشباه الموصلات: تحضير أفلام موصلة للمعادن مثل الألومنيوم والنحاس، وأفلام الحاجز من التيتانيوم والتنفستين.
المكونات الإلكترونية: أفلام الكهربائيات المكثفة، أفلام الوسيط المغناطيسي، أفلام حساسة للمستشعرات (مثل الأفلام الحساسة للغازات أكسيد الصين) ؛
تكنولوجيا العرض: أفلام موصلة شفافة لألواح OLED (مواد بديلة لـITO ، مثل AZO) ، والطبقة السفلية من الأفلام الاستقطابية لشاشات الكريستال السائل.
مجال التزيين والحماية:
الديكور الراقي: الفلامات الزخرفية من الذهب المقلد (TiN) ، الذهب الوردي (TiAlN) ، والأسود (CrN) لأحزمة غلاف الساعة، والمجوهرات، وأجهزة الحمام.
مكونات الطيران: الأفلام المضادة للضباب/المضادة للجليد للزجاج الأمامي للطائرات، الأفلام الواقية عالية درجة الحرارة لشفرات المحرك.
الأجهزة العسكرية: الأفلام المضادة للانعكاس لأجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء ، والأفلام العاكسة للهوائيات الرادارية ، والأفلام المقاومة للارتداء ومضادة للتآكل للأسلحة والمعدات.
مجالات أخرى
المجال الطبي: أفلام متوافقة بيولوجيا (مثل أفلام التيتانيوم، أفلام نتريد التيتانيوم) للأجهزة الطبية (مثل الأدوات الجراحية، والزرع) ؛
في مجال الطاقة الجديدة: الأفلام الموصلة (أفلام النحاس ، أفلام الألومنيوم) لأقراص بطارية الليثيوم ، الأفلام العاكسة للخلف (أفلام الألومنيوم ، أفلام الفضة) للخلايا الشمسية ؛
مجال التعبئة والتغليف: فيلم مغلف بالألومنيوم الفراغ للتعبئة والتغليف الغذائي (خصائص الحاجز العالية، خصائص الحفاظ).