电子束蒸发技术简述

电子束蒸发工艺原理：

电子束或电子束蒸发是物理气相沉积的一种形式，是将沉积的目标材料用带超高电压钨丝的电子束轰击以蒸发并转化为气态沉积在基材上形成涂层。整个过程在高真空室中进行，不需要辅助气体，这些气相的原子或分子沉积在基板上形成薄膜层。

电子束蒸发的优点：

电子束蒸发是一种热蒸发工艺，和溅射都是物理气相沉积（PVD ）最常见的两种类型。在这两种工艺中，电子束沉积技术的应用具有几个明显的优势。

电子束蒸发的应用：

由于高沉积速率和高材料利用效率，电子束蒸发可用于各种应用，从高温和耐磨性至关重要的高性能航空航天和汽车行业，到用于切削工具的耐用硬质合金涂层，以及用在腐蚀性环境中保护表面的化学保护涂层。

电子束蒸发用于光学薄膜，从激光光学、太阳能电池板、眼镜到建筑玻璃，以赋予它们所需的导电、反射和透射特性。

基本上存在三种用于加热目标材料的电子束配置。电磁聚焦、电磁对准和吊坠配置。

通过电磁聚焦和电磁对准配置，使电子束发生磁性弯曲，目标材料在坩埚中加热，磁场聚焦和扩散电子束。悬垂式液滴配置将目标材料用作杆。锭在铜坩埚中加热，而棒则安装在插座中。

电子束沉积过程：

基本的电子束沉积工艺是将要蒸发的目标材料放置在高真空室的电子枪源的坩埚中。钨丝接于其下方，作为阳极。将由电磁聚焦的大电压电子施加到要蒸发的目标源材料的坩埚中。将要沉积的基板放置在真空室的上方，作为阴极。

电子束蒸发系统以三种不同的配置安装要蒸发的源材料的坩埚：单腔、旋转腔和线性腔。单坩埚电子束蒸发有一个倒置的锥型坩埚，用于固定目标材料。旋转坩埚将目标材料放置在旋转坩埚中，可以设置不同的坩埚位置用于不同目标材料蒸发。线性坩埚系统是将多个蒸发位置于线性配置中。

两个电磁线圈围绕坩埚。一个线圈将高能电子束聚焦到坩埚的中心。另一个作“XY 扫描”的电磁场继续扩散能量以更均匀地加热目标材料。

具有较低熔点的目标材料不需要 XY 电磁扫描，因为它们熔化得更快并充满坩埚。具有较高熔点的涂层材料需要XY 轴均匀扫描，以防止电子束在靶材上单点聚焦形成一个高温“沸腾”的孔，将目标材料不均匀放电喷射到正在沉积的薄膜上。

电子束的能量扫过加热的目标材料并将其蒸发并升华。无论目标材料是在坩埚中加热的锭还是在导电座中加热的棒，所产生的高能量给电子枪源带来高热量并迅速升温，必须通过循环水来冷却。这种冷却对于减少坩埚中的杂质至关重要，这是在电子束蒸发过程需要重点关注的问题。

电子束涂层是一种从坩埚到基材的现场沉积技术——平均工作距离为300毫米至1米，沉积的基材放置在电子枪源的上方。在高真空室中蒸发的目标材料的原子或分子作自由程的直线运动，直到它们与另一个原子碰撞，将它们的轨迹扩散到升华云中。

需要控制电子束的功率以实现并保持所需的蒸发速度，以获得最佳的蒸汽张力，这种不稳定快速变化的蒸发过程。需通过石英晶体控制来完成均匀蒸发的，该控制的反馈回路测量随着石英晶体厚度的增长而增加的薄膜厚度。几乎可以即时调整蒸发速度和实时蒸汽张力。晶控仪通常用于沉积精密光学器件。

电子束蒸发应用中，增加离子源可用于源位清洁、离子束辅助沉积 (IBAD) 以及表面改性和活化。

电子束蒸发工艺在需要将高熔化温度的纯金属蒸发为原子和分子水平的薄膜方面特别具有优势。