कार्य: यह 10⁻³ से 10⁻⁶ Pa तक का उच्च वैक्यूम वातावरण प्रदान करता है, जो इलेक्ट्रॉन बीम स्कैटरिंग, लक्ष्य सामग्री ऑक्सीकरण और फिल्म संदूषण को कम करता है, और वाष्पीकरण और जमाव प्रक्रिया की स्थिरता सुनिश्चित करता है।
सीधे बंदूक इलेक्ट्रॉन गन (मुख्य सक्रिय घटक):
संरचना: प्रत्यक्ष ताप कैथोड (आमतौर पर टंगस्टन तार, टैंटलम तार या LaB₆ क्रिस्टल), एनोड, फोकसिंग कॉइल, विक्षेपण कॉइल।
विशेषताएं: कैथोड को सीधे गर्म करने और इलेक्ट्रॉनों को उत्सर्जित करने के लिए विद्युतीकृत किया जाता है। इलेक्ट्रॉन बीम को एनोड द्वारा त्वरित किया जाता है (त्वरण वोल्टेज आमतौर पर 10 से 30kV होता है), फोकसिंग कॉइल द्वारा केंद्रित किया जाता है, और फिर लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करने के लिए एक सीधी रेखा या एक छोटे कोण पर विक्षेपित किया जाता है।
लक्ष्य सामग्री प्रणाली
जिसमें शामिल हैं: पानी से ठंडा होने वाले क्रूसिबल (तांबे या मोलिब्डेनम से बने ताकि लक्ष्य सामग्री के पिघलने के बाद क्रूसिबल के विरूपण को रोका जा सके), लक्ष्य सामग्री सपोर्ट, और मल्टी-टारगेट पोजीशन स्विचिंग डिवाइस (कई सामग्रियों के निरंतर जमाव का समर्थन करना)।
संगत लक्ष्य सामग्री: धातु (एल्यूमीनियम, टाइटेनियम, सोना, चांदी), मिश्र धातु (TiAl, NiCr), ऑक्साइड (SiO₂, TiO₂), फ्लोराइड (MgF₂), और अन्य ठोस सामग्री।
वर्कपीस रैक और हीटिंग/कूलिंग सिस्टम:
वर्कपीस रैक: घूर्णी (फिल्म की एकरूपता को बढ़ाने के लिए), विभिन्न आकृतियों के वर्कपीस जैसे कांच, सिलिकॉन वेफर्स और धातु सब्सट्रेट के निर्धारण का समर्थन करना;
तापमान नियंत्रण मॉड्यूल: प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार, यह वर्कपीस को गर्म कर सकता है (फिल्म के आसंजन को बढ़ाने के लिए 100~500℃) या इसे ठंडा कर सकता है (गर्मी के प्रति संवेदनशील सब्सट्रेट के विरूपण को रोकने के लिए)।
नियंत्रण प्रणाली
कोर: पीएलसी नियंत्रक, टच स्क्रीन ऑपरेशन इंटरफेस, जो इलेक्ट्रॉन बीम करंट (0~100mA), त्वरण वोल्टेज, वैक्यूम डिग्री, जमाव दर और फिल्म मोटाई (क्वार्ट्ज क्रिस्टल दोलन विधि के माध्यम से वास्तविक समय में निगरानी) को सटीक रूप से समायोजित कर सकता है।
सुरक्षा कार्य: अपर्याप्त वैक्यूम अलार्म, ओवरकरंट सुरक्षा और कैथोडिक ओवरलोड सुरक्षा जैसे सुरक्षा तंत्र से लैस।
सहायक प्रणाली
स्फीति प्रणाली (आर्गन, ऑक्सीजन और अन्य प्रतिक्रिया गैसों को यौगिक फिल्मों को तैयार करने के लिए पेश किया जा सकता है), आयन स्रोत (वैकल्पिक, फिल्म पूर्व-सफाई या आयन-सहायक जमाव के लिए फिल्म परत के घनत्व को बढ़ाने के लिए)।
II. कार्य सिद्धांत
वैक्यूम तैयारी: मैकेनिकल पंप और आणविक पंप शुरू करें, वैक्यूम चैंबर को प्रीसेट उच्च वैक्यूम डिग्री (आमतौर पर ≤10⁻⁴ Pa) तक खाली करें, और कोटिंग पर हवा और जल वाष्प जैसी अशुद्धियों के प्रभाव को खत्म करें।
इलेक्ट्रॉन बीम पीढ़ी और त्वरण: विद्युतीकृत होने के बाद, प्रत्यक्ष-ताप कैथोड को उच्च तापमान (टंगस्टन फिलामेंट कैथोड के लिए लगभग 2500℃) तक गर्म किया जाता है, जिससे गर्म इलेक्ट्रॉन निकलते हैं। एनोड पर उच्च वोल्टेज (10 से 30kV) लगाया जाता है ताकि एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बन सके जो इलेक्ट्रॉनों को तेज करता है, जिससे वे उच्च ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं (गतिज ऊर्जा E=eU, जहां e इलेक्ट्रॉन का आवेश है और U त्वरण वोल्टेज है)।
इलेक्ट्रॉन बीम फोकसिंग और विक्षेपण: फोकसिंग कॉइल एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है, जो अलग-अलग इलेक्ट्रॉन बीम को एक महीन बीम में परिवर्तित करता है (जिसका व्यास माइक्रोमीटर स्तर जितना छोटा होता है), और विक्षेपण कॉइल इलेक्ट्रॉन बीम की दिशा को ठीक कर सकता है ताकि लक्ष्य सामग्री के केंद्रीय क्षेत्र की सटीक बमबारी सुनिश्चित हो सके।
लक्ष्य सामग्री वाष्पीकरण: एक उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन बीम लक्ष्य सामग्री की सतह पर बमबारी करता है, गतिज ऊर्जा को तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिससे लक्ष्य सामग्री का स्थानीय तापमान तेजी से गलनांक से ऊपर बढ़ जाता है (धातु लक्ष्यों को आमतौर पर 1000 से 3000 डिग्री सेल्सियस की आवश्यकता होती है), जिसके परिणामस्वरूप पिघलना और वाष्पीकरण होता है, और एक उच्च-घनत्व लक्ष्य सामग्री परमाणु/आणविक गैस चरण बनता है।
पतली फिल्म जमाव: लक्ष्य सामग्री का गैस चरण एक वैक्यूम वातावरण में सभी दिशाओं में फैलता है और अंततः पूर्व-उपचारित वर्कपीस की सतह पर समान रूप से जमा हो जाता है। जमाव दर की निगरानी क्वार्ट्ज क्रिस्टल ऑसिलेटर द्वारा वास्तविक समय में की जाती है। जब प्रीसेट मोटाई तक पहुँच जाती है, तो इलेक्ट्रॉन बीम बमबारी को कोटिंग को पूरा करने के लिए रोक दिया जाता है।
वैकल्पिक प्रक्रिया विस्तार: यदि यौगिक फिल्मों (जैसे TiO₂, SiO₂) को तैयार करने की आवश्यकता है, तो जमाव प्रक्रिया के दौरान एक उचित मात्रा में प्रतिक्रिया गैस (जैसे ऑक्सीजन) पेश की जा सकती है ताकि लक्ष्य सामग्री परमाणुओं और गैस अणुओं को वर्कपीस की सतह पर रासायनिक प्रतिक्रियाओं से गुजरने में सक्षम बनाया जा सके, जिससे कार्यात्मक फिल्में बनती हैं।
III. मुख्य विशेषताएं
इलेक्ट्रॉन बीम की ऊर्जा केंद्रित है और लक्ष्य सामग्री उपयोग दर अधिक है: सीधी बंदूक संरचना इलेक्ट्रॉन बीम को लक्ष्य सामग्री की सतह पर सीधे बमबारी करने में सक्षम बनाती है, जिसमें कम ऊर्जा हानि होती है। गर्मी लक्ष्य सामग्री के एक स्थानीय क्षेत्र में केंद्रित होती है, जिससे क्रूसिबल के बड़े पैमाने पर हीटिंग से बचा जाता है। लक्ष्य सामग्री उपयोग दर 60% से 80% तक पहुँच सकती है (प्रतिरोध वाष्पीकरण कोटिंग मशीनों के 30% से 50% से बहुत अधिक)।
जमाव दर की नियंत्रणीय सीमा व्यापक है: इलेक्ट्रॉन बीम करंट और त्वरण वोल्टेज को समायोजित करके, 0.1nm/s से 10nm/s की जमाव दर प्राप्त की जा सकती है, जो न केवल अल्ट्रा-थिन फिल्मों (जैसे नैनोस्केल ऑप्टिकल फिल्मों) को तैयार कर सकती है, बल्कि तेजी से मोटी फिल्मों (जैसे धातु प्रवाहकीय फिल्मों) को भी जमा कर सकती है।
विभिन्न उच्च-गलनांक वाली लक्ष्य सामग्रियों के साथ संगत: इलेक्ट्रॉन बीम बमबारी बेहद उच्च स्थानीय तापमान (5000℃ से अधिक तक) उत्पन्न कर सकता है, जो टंगस्टन, मोलिब्डेनम और टैंटलम (गलनांक > 2000℃) जैसी उच्च-गलनांक वाली धातुओं के साथ-साथ ऑक्साइड और फ्लोराइड जैसे दुर्दम्य यौगिकों को वाष्पित करने में सक्षम है, जो प्रतिरोध वाष्पीकरण के माध्यम से प्राप्त करना मुश्किल है।
उच्च फिल्म शुद्धता और कम संदूषण: उच्च वैक्यूम वातावरण अशुद्धियों के मिश्रण को कम करता है, और सीधी बंदूक इलेक्ट्रॉन गन में कोई क्रूसिबल संदूषण नहीं होता है (कुछ कम-गलनांक वाली लक्ष्य सामग्रियों को अभी भी क्रूसिबल की आवश्यकता होती है, लेकिन निष्क्रिय सामग्री का चयन किया जा सकता है)। फिल्म शुद्धता आमतौर पर 99.9% से 99.99% तक पहुँच सकती है।
मजबूत प्रक्रिया लचीलापन: एकल-लक्ष्य जमाव, बहु-लक्ष्य निरंतर जमाव (मल्टीलेयर फिल्मों को तैयार करने के लिए), और प्रतिक्रियाशील जमाव (यौगिक फिल्मों को तैयार करने के लिए) का समर्थन करता है। फिल्म के प्रदर्शन को तापमान, वैक्यूम डिग्री और गैस प्रवाह दर जैसे मापदंडों को समायोजित करके अनुकूलित किया जा सकता है।
उपकरण संरचना अपेक्षाकृत सरल है और रखरखाव लागत मध्यम है: मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग और आरएफ कोटिंग मशीनों की तुलना में, सीधी बंदूक इलेक्ट्रॉन बीम कोटिंग मशीन में कम मुख्य घटक होते हैं, एक कम संचालन सीमा होती है, और कैथोड (टंगस्टन तार) जैसे कमजोर भागों का प्रतिस्थापन सुविधाजनक होता है। दीर्घकालिक रखरखाव लागत नियंत्रणीय है।
IV. मुख्य लाभ
फिल्म की गुणवत्ता उत्कृष्ट है: जमा की गई फिल्म में उच्च घनत्व, महीन दाने, सब्सट्रेट के लिए मजबूत आसंजन (विशेष रूप से धातु और कांच सब्सट्रेट के लिए उपयुक्त), और अच्छी मोटाई एकरूपता (बड़े क्षेत्र के वर्कपीस के लिए एकरूपता त्रुटि ≤±5%) है।
उच्च जमाव दक्षता और छोटा उत्पादन चक्र: इलेक्ट्रॉन बीम में उच्च ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (लगभग 30% से 50%) होती है, और लक्ष्य सामग्री की वाष्पीकरण गति तेज होती है। समान मोटाई की फिल्मों का जमाव समय प्रतिरोध वाष्पीकरण का केवल 1/3 से 1/2 होता है, जो इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त बनाता है।
लक्ष्य सामग्री अनुकूलनशीलता अत्यंत व्यापक है: कम-गलनांक वाली धातुओं (एल्यूमीनियम, तांबा), उच्च-गलनांक वाली धातुओं (टंगस्टन, मोलिब्डेनम) से लेकर मिश्र धातुओं, ऑक्साइड, फ्लोराइड, सल्फाइड, आदि तक, लगभग सभी ठोस कोटिंग सामग्रियों को विभिन्न कार्यात्मक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है।
फिल्म के प्रदर्शन को सटीक रूप से विनियमित किया जा सकता है: इलेक्ट्रॉन बीम, जमाव दर, वर्कपीस तापमान आदि के मापदंडों को समायोजित करके, फिल्म के प्रमुख संकेतक जैसे क्रिस्टलीयता, कठोरता, आसंजन और ऑप्टिकल गुणों (जैसे अपवर्तक सूचकांक, प्रकाश संचरण) को सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।
पर्यावरण के अनुकूल और प्रदूषण मुक्त: पूरी प्रक्रिया में कोई रासायनिक अपशिष्ट तरल या अपशिष्ट गैस उत्पन्न नहीं होती है। केवल बिजली और लक्ष्य सामग्री का उपभोग किया जाता है, जो हरित विनिर्माण की आवश्यकताओं को पूरा करता है।
इसमें अनुप्रयोग योग्य सब्सट्रेट की एक विस्तृत श्रृंखला है: इसे कांच, सिलिकॉन वेफर्स, धातु, सिरेमिक और प्लास्टिक (पूर्व-उपचार आवश्यक है) जैसे विभिन्न सब्सट्रेट की सतहों पर लेपित किया जा सकता है, और सब्सट्रेट को कम नुकसान होता है (इलेक्ट्रॉन बीम सीधे सब्सट्रेट के संपर्क में नहीं आता है, और गर्मी से प्रभावित क्षेत्र छोटा होता है)।
V. विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य
ऑप्टिकल क्षेत्र (मुख्य अनुप्रयोग):
ऑप्टिकल फिल्मों की तैयारी: जैसे चश्मे के लेंस और कैमरा लेंस के लिए एआर एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्में (SiO₂+TiO₂ मल्टीलेयर फिल्में), लेजर लेंस के लिए एचआर हाई-रिफ्लेक्शन फिल्में (मल्टीलेयर डाइइलेक्ट्रिक फिल्में), और फिल्टर के लिए इंटरफेरेंस फिल्टर फिल्में (नैरोबैंड/ब्रॉडबैंड फिल्टर);
अन्य ऑप्टिकल घटक: ऑप्टिकल फाइबर, डिस्प्ले पैनल, और सौर सेल कवर के लिए एंटी-रिफ्लेक्टिव/स्क्रैच-रेसिस्टेंट फिल्में।
इलेक्ट्रॉनिक्स और सेमीकंडक्टर के क्षेत्र में
सेमीकंडक्टर चिप्स: एल्यूमीनियम और तांबे जैसी धातुओं के लिए प्रवाहकीय फिल्मों की तैयारी, और टाइटेनियम और टंगस्टन की अवरोधक फिल्में;
डिस्प्ले तकनीक: OLED पैनल के लिए पारदर्शी प्रवाहकीय फिल्में (ITO विकल्प सामग्री, जैसे AZO), और लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले के लिए ध्रुवीकरण फिल्मों की निचली परत।
सजावट और सुरक्षा क्षेत्र:
उच्च-अंत सजावट: घड़ी के केस स्ट्रैप, आभूषण और बाथरूम हार्डवेयर के लिए नकली सोना (TiN), गुलाब सोना (TiAlN), और काला (CrN) सजावटी फिल्में।
सुरक्षात्मक कोटिंग्स: कटिंग टूल्स और मोल्ड्स के लिए पहनने के लिए प्रतिरोधी कोटिंग्स (TiN, TiCN), धातु के पुर्जों के लिए एंटी-संक्षारण कोटिंग्स (एल्यूमीनियम फिल्म, क्रोमियम फिल्म)।
एयरोस्पेस और सैन्य उद्योग
विमानन घटक: विमान विंडशील्ड के लिए एंटी-फॉग/एंटी-आइस फिल्में, इंजन ब्लेड के लिए उच्च तापमान सुरक्षात्मक फिल्में;
सैन्य उपकरण: इन्फ्रारेड डिटेक्टरों के लिए एंटी-रिफ्लेक्शन फिल्में, रडार एंटेना के लिए परावर्तक फिल्में, और हथियार और उपकरणों के लिए पहनने के लिए प्रतिरोधी और एंटी-संक्षारण फिल्में।
अन्य क्षेत्र
चिकित्सा क्षेत्र: चिकित्सा उपकरणों (जैसे सर्जिकल उपकरण, प्रत्यारोपण) के लिए बायोकोम्पैटिबल फिल्में (जैसे टाइटेनियम फिल्में, टाइटेनियम नाइट्राइड फिल्में);
नई ऊर्जा के क्षेत्र में: लिथियम बैटरी टैब के लिए प्रवाहकीय फिल्में (कॉपर फिल्में, एल्यूमीनियम फिल्में), सौर कोशिकाओं के लिए बैक-रिफ्लेक्टिव फिल्में (एल्यूमीनियम फिल्में, सिल्वर फिल्में);
पैकेजिंग क्षेत्र: खाद्य पैकेजिंग के लिए वैक्यूम एल्यूमीनियम-लेपित फिल्म (उच्च बाधा संपत्ति, संरक्षण संपत्ति)।