Il processo di evaporazione a fascio elettronico è un metodo utilizzato nella deposizione fisica di vapore (PVD) per depositare rivestimenti sottili e di elevata purezza su substrati. Questo processo prevede l'uso di un fascio di elettroni per riscaldare e far evaporare un materiale di partenza, che poi si deposita su un substrato posizionato sopra di esso in una camera a vuoto.
Sintesi del processo:
- Avvio del fascio di elettroni: Il processo inizia con il passaggio di corrente attraverso un filamento di tungsteno, che provoca un riscaldamento joule e l'emissione di elettroni.
- Accelerazione e focalizzazione degli elettroni: Un'alta tensione viene applicata tra il filamento e un crogiolo contenente il materiale sorgente. Questa tensione accelera gli elettroni emessi. Un forte campo magnetico concentra poi questi elettroni in un fascio unificato.
- Evaporazione del materiale sorgente: Il fascio di elettroni focalizzato colpisce il materiale sorgente nel crogiolo, trasferendo la sua elevata energia cinetica al materiale. Questa energia provoca l'evaporazione o la sublimazione del materiale.
- Deposizione sul substrato: Il materiale evaporato attraversa la camera a vuoto e si deposita sul substrato posizionato sopra il materiale di partenza. Si ottiene così un rivestimento sottile, con uno spessore che varia in genere da 5 a 250 nanometri.
- Deposizione reattiva opzionale: Se lo si desidera, è possibile introdurre nella camera una pressione parziale di gas reattivo come ossigeno o azoto per depositare in modo reattivo film non metallici.
Spiegazione dettagliata:
- Generazione del fascio di elettroni: Il fascio di elettroni viene generato facendo passare la corrente attraverso un filamento di tungsteno, che si riscalda ed emette elettroni per emissione termoionica. Si tratta di una fase critica, poiché la qualità e l'intensità del fascio di elettroni influiscono direttamente sull'efficienza e sull'efficacia del processo di evaporazione.
- Accelerazione e focalizzazione: Gli elettroni emessi vengono accelerati verso il materiale sorgente applicando un'alta tensione. Il campo magnetico svolge un ruolo cruciale nella focalizzazione del fascio di elettroni, assicurando che venga concentrato e diretto con precisione sul materiale di partenza. Questo fascio focalizzato fornisce un'elevata densità di energia, necessaria per l'evaporazione di materiali con elevati punti di fusione.
- Evaporazione e deposizione: Quando il fascio di elettroni colpisce il materiale di partenza, trasferisce la sua energia, provocando un rapido riscaldamento del materiale e la sua evaporazione. Le particelle evaporate viaggiano quindi attraverso l'ambiente sotto vuoto e si depositano sul substrato. L'ambiente sotto vuoto è essenziale per evitare che le particelle evaporate interagiscano con le molecole d'aria, che potrebbero alterare il loro percorso e ridurre la purezza del film depositato.
- Spessore e purezza: Lo spessore del film depositato può essere controllato con precisione regolando la durata del processo di evaporazione e la distanza tra il materiale di partenza e il substrato. La purezza del film è mantenuta dall'ambiente sotto vuoto e dal trasferimento diretto di energia dal fascio di elettroni al materiale di partenza, riducendo al minimo la contaminazione.
Applicazioni e vantaggi:
L'evaporazione a fascio elettronico è particolarmente utile per depositare materiali ad alto punto di fusione come l'oro, il platino e il biossido di silicio, che sono difficili da far evaporare con altri metodi come l'evaporazione termica. Il processo è altamente controllabile e consente la deposizione precisa di film sottili con un impatto minimo sulla precisione dimensionale del substrato. Questo lo rende ideale per le applicazioni nei settori dell'elettronica, dell'ottica e di altri settori high-tech in cui sono richiesti rivestimenti sottili e di elevata purezza.
