عملکرد: محیط خلاء بالا را از 10-3 تا 10-6 Pa فراهم می کند، پراکندگی پرتوی الکترون، اکسیداسیون مواد هدف و آلودگی فیلم را کاهش می دهد،و اطمینان از ثبات فرآیند تبخیر و رسوب.
ویژگی ها: کاتود به طور مستقیم برای گرم کردن و انتشار الکترون ها الکتریکی می شود. پرتو الکترون توسط آنود شتاب می یابد (تولدت شتاب معمولاً 10 تا 30 کیلو ولت است) ، توسط کویل تمرکز متمرکز می شود ،و سپس در امتداد یک خط مستقیم یا در یک زاویه کوچک برای بمباران سطح مواد هدف منحرف می شود.
سیستم مواد هدف
از جمله: سنگ شکن های خنک شده با آب (از مس یا مولیبدن ساخته شده برای جلوگیری از تغییر شکل سنگ شکن پس از ذوب شدن مواد هدف) ، پشتیبانی مواد هدف،و دستگاه های تغییر موقعیت چند هدف (پشتیبانی از سپرده گذاری مستمر مواد متعدد).
مواد مورد نظر سازگار: فلزات (آلومینیوم، تیتانیوم، طلا، نقره) ، آلیاژ ها (TiAl، NiCr) ، اکسید ها (SiO2، TiO2) ، فلوراید ها (MgF2) و سایر مواد جامد.
قفسه قطعه کار و سیستم گرمایش/برداری:
قفسه قطعات کار: قابل چرخش (برای افزایش یکسانی فیلم) ، پشتیبانی از تثبیت قطعات کار از اشکال مختلف مانند شیشه، وافرهای سیلیکون و زیرپوش های فلزی؛
ماژول کنترل دما: با توجه به الزامات فرآیند،می تواند قطعه کار را گرم کند (100 تا 500 درجه سانتیگراد برای افزایش چسبندگی فیلم) یا خنک کند (برای جلوگیری از تغییر شکل بستر های حساس به گرما).
سیستم کنترل
هسته: کنترل کننده PLC، رابط کار صفحه نمایش لمسی که می تواند به طور دقیق جریان پرتو الکترون (0 ~ 100mA) ، ولتاژ شتاب، درجه خلاء، نرخ رسوب را تنظیم کند،و ضخامت فیلم (در زمان واقعی از طریق روش نوسان کریستال کوارتز).
عملکردهای حفاظت: مجهز به مکانیسم های ایمنی مانند آژیر خلاء ناکافی، حفاظت از جریان بیش از حد و محافظت از بار بیش از حد کاتودیک.
سیستم کمکی
سیستم انفجار (آرگون، اکسیژن و سایر گاز های واکنش را می توان برای آماده سازی فیلم های ترکیبی وارد کرد) ، منبع یون (اختیاری)استفاده می شود برای پیش تمیز کردن فیلم یا رسوب با کمک یون برای افزایش تراکم لایه فیلم).
اصول کار
آماده سازی خلاء: پمپ مکانیکی و پمپ مولکولی را راه اندازی کنید، اتاق خلاء را به درجه خلاء بالا پیش تعیین شده (معمولا ≤10-4 Pa) تخلیه کنید.و از بین بردن تاثیر ناخالصی هایی مانند هوا و بخار آب بر روی پوشش.
تولید و شتاب پرتو الکترون: پس از الکتریکی شدن، کاتود گرم کننده مستقیم به دمای بالا (حدود 2500 ° C برای کاتود های فیلامنت ولفستم) گرم می شود و الکترون های داغ را آزاد می کند.ولتاژ بالا (10 تا 30kV) به آنود اعمال می شود تا یک میدان الکتریکی قوی ایجاد کند که الکترون ها را شتاب می دهد، که به آنها امکان می دهد انرژی بالایی به دست آورند (انرژی جنبشی E=eU، که در آن e بار الکترون و U ولتاژ شتاب است).
تمرکز و انحراف پرتو الکترون: کویل تمرکز یک میدان مغناطیسی را ایجاد می کند و پرتو الکترون متغیر را به یک پرتو نازک (با قطر کوچک به اندازه سطح میکرومتر) تبدیل می کند.و کویل انحراف می تواند جهت پرتو الکترون را تنظیم کند تا بمباران دقیق منطقه مرکزی مواد هدف را تضمین کند.
تبخیر مواد هدف: یک پرتو الکترون با انرژی بالا، سطح مواد هدف را بمباران می کند و انرژی حرکتی را به انرژی حرارتی تبدیل می کند.باعث می شود دمای محلی مواد هدف به سرعت بالاتر از نقطه ذوب شود (هدف های فلزی معمولاً 1000 تا 3000 درجه سانتیگراد نیاز دارند)، که منجر به ذوب و تبخیر می شود و یک فاز گازی اتمی / مولکولی با چگالی بالای ماده هدف را تشکیل می دهد.
رسوب فیلم نازک: فاز گازی مواد مورد نظر در همه جهت ها در محیط خلاء پخش می شود و در نهایت به طور یکنواخت بر روی سطح قطعه مورد استفاده از قبل قرار می گیرد.نرخ رسوب در زمان واقعی توسط یک نوسان کننده کریستال کوارتز نظارت می شودهنگامی که ضخامت پیش تنظیم شده به دست می آید، بمباران پرتو الکترون برای تکمیل پوشش متوقف می شود.
گسترش فرآیند اختیاری: اگر فیلم های ترکیبی (مانند TiO2، SiO2) نیاز به آماده سازی داشته باشند، 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، شکل دادن به فیلم های کاربردی.
ویژگی های اصلی
انرژی پرتو الکترون متمرکز است و میزان استفاده از ماده هدف بالا است:ساختار مستقیم تفنگ اجازه می دهد تا پرتو الکترون به طور مستقیم به سطح مواد هدف بمباران شود، با از دست دادن انرژی کم. گرما در یک منطقه محلی از مواد هدف متمرکز می شود، جلوگیری از گرم کردن در مقیاس بزرگ از سنگ شکن.نرخ استفاده از مواد هدف می تواند به 60٪ تا 80٪ برسد (بسیار بالاتر از 30٪ تا 50٪ ماشین های پوشش تبخیر مقاومت).
محدوده قابل کنترل سرعت رسوب گسترده است: با تنظیم جریان پرتو الکترون و ولتاژ شتاب، می توان سرعت رسوب از 0.1nm/s تا 10nm/s را به دست آورد.که نه تنها می تواند فیلم های بسیار نازک (مانند فیلم های نانو اپتیکال) را تهیه کند، اما همچنین فیلم های ضخیم (مانند فیلم های رسانای فلزی) را به سرعت ذخیره می کنند.
سازگار با انواع مواد هدف با نقطه ذوب بالا: بمباران پرتو الکترون می تواند دمای محلی بسیار بالا (تا بیش از 5000 درجه سانتیگراد) را ایجاد کند.قادر به تبخیر فلزات دارای نقطه ذوب بالا مانند ولفستم، مولیبدن و تانتالوم (نقطه ذوب > 2000°C) ، و همچنین ترکیبات آتش شکن مانند اکسیدها و فلورایدها، که به سختی از طریق تبخیر مقاومت حاصل می شود.
پاکیزگی فیلم بالا و آلودگی کم: محیط خلاء بالا مخلوط کردن ناخالصی ها را کاهش می دهد،و اسلحه الکترون مستقیم هیچ آلودگی خمیر ندارد (برخی از مواد هدف با نقطه ذوب پایین هنوز به خمیر نیاز دارند، اما مواد بی اثر می توانند انتخاب شوند).
انعطاف پذیری فرآیند قوی: از رسوب تک هدف، رسوب مداوم چند هدف (برای آماده سازی فیلم های چند لایه ای) و رسوب واکنش (برای آماده سازی فیلم های ترکیبی) پشتیبانی می کند.عملکرد فیلم را می توان با تنظیم پارامترهای مانند دمای سفارشی کرد، درجه خلاء و سرعت جریان گاز.
ساختار تجهیزات نسبتاً ساده است و هزینه نگهداری متوسط است: در مقایسه با ماشین های اسپتر کردن ماگنترون و پوشش RF،دستگاه پوشش پرتو الکترونی اسلحه مستقیم دارای قطعات هسته ای کمتری است، یک آستانه عملیاتی پایین تر، و تعویض قطعات آسیب پذیر مانند کاتود (سیم تولفستم) راحت است. هزینه نگهداری طولانی مدت قابل کنترل است.
IV. مزیت های اصلی
کیفیت فیلم عالی است: فیلم سپرده شده دارای تراکم بالا، دانه های نازک، چسبندگی قوی به بستر (به ویژه مناسب برای بستر فلزی و شیشه ای) ،و یکسانی ضخامت خوب (خطای یکسانی برای قطعات بزرگ ≤±5%).
بهره وری بالا از رسوب و چرخه تولید کوتاه: پرتوی الکترون دارای بهره وری تبدیل انرژی بالا (حدود 30٪ تا 50٪) و سرعت تبخیر ماده هدف سریع است.زمان رسوب فیلم های همان ضخامت تنها 1/3 به 1/2 از مقاومت تبخیر است، که باعث می شه که برای تولید انبوه مناسب باشه.
سازگاری مواد مورد نظر بسیار گسترده است: از فلزات با نقطه ذوب پایین (الومینیوم، مس) ، فلزات با نقطه ذوب بالا (تلفنژن، مولیبدن) ، تا آلیاژ ها، اکسید ها، فلوراید ها، سولفاید ها و غیره.تقریبا تمام مواد پوشش جامد می توانند برای پاسخگویی به نیازهای عملکردی مختلف سازگار شوند.
عملکرد فیلم را می توان با دقت تنظیم کرد: با تنظیم پارامترهای پرتو الکترون، نرخ رسوب، دمای قطعه کار و غیره،شاخص های کلیدی فیلم مانند کریستالینیت، سختی، چسبندگی و خواص نوری (مانند شاخص شکنندگی، انتقال نور) می تواند به دقت کنترل شود.
سازگار با محیط زیست و بدون آلودگی: در طول فرآیند هیچ مایع یا گاز زباله شیمیایی تولید نمی شود.که الزامات تولید سبز را برآورده می کند.
دارای طیف گسترده ای از زیربناهای قابل استفاده است: می تواند بر روی سطوح زیربناهای مختلف مانند شیشه، وافرهای سیلیکون، فلزات، سرامیک و پلاستیک پوشش داده شود (معالجه قبلی مورد نیاز است) ،و باعث آسیب کمی به زیربناها می شود (برق الکترون به طور مستقیم با زیربنای تماس نمی گیرد، و ناحیه گرمای تحت تاثیر کوچک است).
V. سناریوهای کاربردی معمولی
میدان نوری (برنامه های اصلی):
آماده سازی فیلم های نوری: مانند فیلم های ضد انعکاس AR برای لنزهای عینک و لنزهای دوربین (فیلم های چند لایه SiO2+TiO2) ،فیلم های بازتاب دهنده بالا HR برای لنزهای لیزر (فیلم های چند لایه دی الکتریک)، و فیلم های فیلتر تداخل برای فیلترها (فیلترهای باند باریک / باند گسترده)
سایر اجزای نوری: فیبر نوری، پانل های نمایش و فیلم های ضد انعکاس/مقاوم خراش برای پوشش سلول های خورشیدی.
در زمینه الکترونیک و نیمه هادی
تراشه های نیمه هادی: آماده سازی فیلم های هادی برای فلزات مانند آلومینیوم و مس و فیلم های مانع از تیتانیوم و ولفستم
اجزای الکترونیکی: فیلم های الکترود خازن، فیلم های رسانه ثبت مغناطیسی، فیلم های حساس سنسور (مانند فیلم های حساس گاز اکسید قلع) ؛
تکنولوژی نمایش: فیلم های رسانای شفاف برای پنل های OLED (مواد جایگزین ITO، مانند AZO) و لایه پایین فیلم های قطبی برای صفحه نمایش کریستال مایع.
زمینه تزئین و حفاظت:
تزئینات پیشرفته: فلمی تزئینی از طلا تقلید شده (TiN) ، طلا طلایی (TiAlN) و سیاه (CrN) برای بند های ساعت، جواهرات و لوازم حمام.
پوشش های محافظتی: پوشش های مقاوم به لباس برای ابزار برش و قالب (TiN، TiCN) ، پوشش های ضد خوردگی برای قطعات فلزی (فیلم آلومینیوم، فیلم کرومیوم).
صنعت هوافضا و نظامی
اجزای هواپیمایی: فیلم های ضد مه و ضد یخ برای شیشه های جلو هواپیما، فیلم های محافظ در دمای بالا برای تیغه های موتور.
دستگاه های نظامی: فیلم های ضد انعکاس برای آشکارسازان مادون قرمز، فیلم های بازتاب دهنده برای آنتن های رادار و فیلم های مقاوم به لباس و ضد خوردگی برای سلاح ها و تجهیزات.
سایر زمینه ها
زمینه پزشکی: فیلم های سازگار با زیست محیطی (مانند فیلم های تیتانیوم، فیلم های نیترید تیتانیوم) برای دستگاه های پزشکی (مانند ابزارهای جراحی، ایمپلنت ها) ؛
در زمینه انرژی جدید: فیلم های رسانا (فیلم های مس، فیلم های آلومینیومی) برای بطری های لیتیوم، فیلم های بازتاب دهنده (فیلم های آلومینیومی، فیلم های نقره ای) برای سلول های خورشیدی؛
زمینه بسته بندی: فیلم پوششی آلومینیومی خلاء برای بسته بندی مواد غذایی (خواص مانع بالا، خواص حفظ).