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                                  電子槍蒸鍍膜系統

                                  來源:123 作者:hardware-100 2018-11-09 0

                                  原理:利用電子槍所射出之電子束轟擊待鍍材料,將高能電子射束之動能轉為熔化待鍍材料之熱能,其擁有較佳之熱轉換效率,同時也可得到較高的鍍膜速率,而且利用電流大小控制熱電子數目也可精密調控其蒸發速率。

                                  至于在蒸鍍材料的選擇方面則幾乎不受限制,無論純元素、化合物都可以蒸鍍,即使是鎢、鉬及鉭等高熔點元素或鋁、鈦等活性強之金屬也都適用。

                                  系統構造:

                                  電子束的來源主要由電子槍系統提供,電子槍的操作原理類似于陰極射線管,它的電源輸出功率可從1 kw到1000kw,使得電子束的動能達到30 kev 以上。當陰極燈絲被施以低壓電流而達到白熱化時,電子將從燈絲表面釋出而向四方發射,且隨燈射溫度提高而增加其釋放量,此為熱電子。

                                  一般低功率電子槍之電子束的折射方向是靠永久磁鐵的磁場,而高功率電子槍則需使用電磁鐵。

                                  電子束加速后可直接撞擊在薄膜材料上使之蒸發,但蒸發之原子或分子會污染電子源,因此通常將電子源藏在裝薄膜材料之槍座底下,而利用強力磁場將電子束偏向180°或270°。

                                  因電子槍蒸鍍法,對某些精密光學元件的薄膜品質要求而言仍有不足,其膜層微觀結構呈現柱狀形態,孔隙多,裝填密度低,造成較大的光學吸收,且耐潮性、硬度及附著度都較差。

                                  基于此項考量,近年的發展趨勢是使用離子槍輔助蒸鍍方式解決,下圖為離子槍輔助蒸鍍法,在電子槍蒸鍍設備中加設一離子槍,以氬離子束直接轟擊基板表面。在鍍膜前之轟擊可清潔基板表面,有助于提高薄膜之附著度,因此,電子槍蒸鍍加離子槍輔助可適用于各種高品質薄膜的制鍍,尤其是在光學薄膜應用領域。

                                  操作與注意事項:

                                  目前所用電子槍蒸鍍系統在電源供應方面是以定電壓方式操作為主,蒸鍍時分為手動操控與自動操作兩種模式,手動操作以調整陰極燈絲之電流方式控制電子束轟擊待鍍材料之功率;自動操控則搭配即時膜厚監控器,以固定鍍膜速率方式利用回饋訊號自動調整電子束功率。


                                  在坩堝上方設有可自動或手控的遮板,用以遮斷蒸發分子流,經由遮板的開關精確掌握所鍍薄膜的厚度,通常待鍍材料在正式蒸鍍前必須先關上遮板,待其完全加熱熔融至蒸發狀態才打開,以確保蒸鍍薄膜的品質。


                                  電子槍蒸鍍法比傳統熱電阻式加熱法的熱轉換效率高而秏能少,對蒸鍍材料的選擇方面受限較少。以純元素之蒸鍍而言,電阻式蒸鍍受限于加熱溫度,多半只從事鋁、鉻、金、銀等少數幾種薄膜,電子束蒸鍍則可制鍍高熔點材料如鎢、鉬等金屬和活性甚強的鈦、鈮等金屬,即便是很難使用濺鍍技術制備的磁性材料如鐵、鈷、鎳等金屬,亦能夠蒸鍍出品質良好的薄膜。


                                  為了顧及薄膜純度,在操作技巧上純元素之蒸鍍通常采取高真空度與高蒸鍍速率的鍍膜條件。


                                  化合物材料如氧化物、硫化物、氮化物及氟化物等皆可使用電子槍蒸鍍方式,部份材料在被電子束加熱蒸發過程中會因高熱而發生解離現象,這也是蒸鍍法的主要缺點,通常是采用反應式蒸鍍方式解決,為了確保薄膜形成時缺乏的部份能利用基板高溫在反應過程將其補足,在操作上鍍膜速率必須適切地降低。


                                  部分屬于絕緣性的化合物在連續被電子轟擊時會有負電荷累積問題,使得后續電子受負電位排斥而無法完全抵達待鍍材料表面,因此坩堝座在電路設計上是使其呈接地電位,以協助累積之負電荷順利導出,這在小型坩堝是相當有效,但對大型坩堝則很難避免有些許鍍膜速率不穩定情形。


                                  電子槍蒸鍍法的電子束來自于電子槍之陰極鎢燈絲,在持續高溫下將不斷與制程腔內殘余氣體,如氧氣,發生反應而減短其使用壽命,為延長其壽命,制程腔內必須保持較佳之真空度。不過,在從事反應蒸鍍,必須導入反應氣體以協助再反應的進行,此時對燈絲更換時機的掌控便十分重要,以免使薄膜制程中斷。至于燈絲受待鍍材料蒸氣分子污染問題,以現今常見電子槍系統所使用180?或270?e 形槍而言,由于屏蔽良好,不需太過顧慮。


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