Sistema de evaporación por haz de electrones
Sistema de evaporación por haz de electrones - ToronEva™ EB
ToronEva™ EB es un sistema de evaporación por haz de electrones de alto vacío para la deposición de películas delgadas de metales, aleaciones y óxidos de alto punto de fusión. El cañón de electrones opera a 10 kV y hasta 600 mA de corriente de haz, lo que permite la deposición de Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ y materiales similares con ajuste de velocidad controlado por receta. La cámara de SS304 alcanza una presión base de 10⁻⁸ Torr, cumpliendo con los requisitos de pureza para aplicaciones PVD de investigación exigentes. Las fuentes térmicas auxiliares de 2500 W añaden capacidad de coevaporación y dopaje dentro del mismo ciclo de vacío.
El calentamiento del sustrato controlado por PID, que abarca de 50 a 700 °C con una sensibilidad de ±1 °C, combinado con una rotación de 2 a 30 rpm, logra una homogeneidad del espesor de la película superior al 3 % en sustratos de 4 pulgadas. El sistema admite obleas de 3", 4" y 6" y soportes de muestra de entre 1 y 15 cm. Un controlador de espesor de doble canal con dos QCM monitoriza la velocidad de deposición con una precisión de 0.1 Å/s en tiempo real. El control informático totalmente automático, con software basado en LabVIEW y pantallas LCD en tiempo real, coordina la secuencia de vacío, los enclavamientos y el suministro de energía.
Un sistema digital de medición de flujo másico gestiona las entradas de gas Ar, N₂, O₂, He y CH₄ con una sensibilidad de 0.2 sccm para la evaporación reactiva y el control del gas de proceso. Una unidad integrada de limpieza por plasma ICP, CCP y DC-RF acondiciona las superficies del sustrato antes de la deposición, eliminando la contaminación en la interfaz. La cámara electropulida y refrigerada por agua, con ventana de observación que bloquea los rayos UV, permite un ciclo experimental de 1.5 horas, lo que posibilita de cuatro a seis ciclos de deposición por día. Los puertos configurables de 1 pulgada, QF, CF e ISO permiten la conexión de fuentes térmicas adicionales y pasamuros de proceso según sea necesario.
Sistema de evaporación por haz de electrones - Aplicaciones ToronEva™ EB
El ToronEva™ EB es ideal para programas de investigación de películas delgadas que requieren la deposición de alta pureza de metales refractarios y materiales de óxido complejos que no pueden procesarse únicamente mediante evaporación resistiva. El calentamiento del sustrato, la capacidad de utilizar gases reactivos y la limpieza con plasma in situ lo convierten en una solución integral para aplicaciones que, de otro modo, requerirían múltiples equipos de deposición.
- Investigación en semiconductores y microelectrónica: deposición de dieléctricos de puerta, contactos metálicos y capas de pasivación que incluyen TiO₂, SiO₂, Pt y Ni en obleas de hasta 6 pulgadas
- Investigación sobre películas delgadas ópticas: deposición de capas de óxido de alto índice de refracción y espejos metálicos para dispositivos fotónicos, filtros ópticos y recubrimientos antirreflectantes.
- Académico y University Laboratorios PVD: fabricación de películas delgadas de grado de investigación para ciencia de materiales, física de dispositivos y estudios de materia condensada que requieren un vacío inferior a 10⁻⁷ Torr.
- Fabricación de dispositivos MEMS y NEMSMetalización conforme y deposición de óxido funcional para el desarrollo de prototipos de sensores, actuadores y resonadores.
- Electrónica orgánica y energía fotovoltaica: deposición de contactos de óxido conductor transparente y electrodos metálicos sobre pilas de dispositivos orgánicos con control preciso de la velocidad y la temperatura del sustrato.
- Investigación sobre recubrimientos duros e ingeniería de superficies: Deposición por haz de electrones de películas de óxido, nitruro y metal resistentes al desgaste para estudios de tribología y durabilidad de materiales.
- Investigación sobre películas de óxido y nitruro reactivos: deposición reactiva controlada de películas de TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, TiN y compuestos relacionados a partir de fuentes metálicas mediante la introducción de gas de proceso.
Sistema de evaporación por haz de electrones - Características principales de ToronEva™ EB
El ToronEva™ EB combina una fuente de haz de electrones de 10 kV con calentamiento de sustrato PID, control de gas multicanal, limpieza de plasma in situ y fuentes térmicas auxiliares en una única plataforma de alto vacío para aplicaciones de PVD de investigación exigentes.
- Fuente de alimentación de haz de electrones de 10 kV y 600 mA con protección contra arco eléctrico.: La fuente de alimentación de alto voltaje suministra energía de haz concentrado al objetivo, con protección activa contra arcos eléctricos que evita daños por descarga durante la deposición de materiales aislantes o reactivos.
- Cámara de vacío de acero inoxidable SS304 electropulidoLa cámara prismática o cilíndrica con superficies electropulidas y refrigeradas por agua, y el revestimiento de acero inoxidable SS304 reducen la generación de partículas y simplifican la limpieza posterior a la deposición.
- Presión base de 10⁻⁸ TorrLa combinación de bomba turbomolecular y mecánica (bomba seca opcional) alcanza una presión base de 10⁻⁸ Torr y una presión de trabajo de 10⁻⁷ Torr para un sistema completamente cargado en una hora.
- Control de vacío de amplio rango con fijación de presión (de 1000 a 10⁻⁹ Torr)El sistema integrado de control y medición de vacío permite al operador establecer y mantener un valor de presión objetivo durante toda la deposición.
- Calentamiento del sustrato mediante PID de 50 a 700 °CEl control de temperatura de circuito cerrado con una sensibilidad de ±1 °C admite temperaturas del sustrato en un amplio rango, lo que promueve la cristalinidad y la adhesión para películas de óxido y funcionales.
- Rotación del sustrato de 2 a 30 rpm con control de homogeneidad: rotación ajustable de forma continua, controlada mediante panel o PC, logra una homogeneidad del espesor de la película superior al 3 % en muestras de 4 pulgadas.
- Selección de portamuestras multiformato: acepta obleas de 3", 4" y 6" y accesorios para muestras de entre 1 y 15 cm para adaptarse a una amplia gama de geometrías de sustrato.
- Deposición de metales y óxidos controlada mediante recetaLas recetas de deposición preestablecidas gestionan la rampa y la velocidad de potencia del haz de electrones para Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ y otros materiales a altas tasas de evaporación.
- Fuentes térmicas secuenciales de 2500 W para coevaporaciónLas fuentes térmicas auxiliares de 8 V a 300 A proporcionan capacidad de coevaporación y dopaje en el mismo ciclo de vacío, con un diseño que evita la contaminación cruzada y facilita su reemplazo.
- Controlador de velocidad de espesor de doble canal de 0.1 Å/s con dos QCMDos sensores QCM independientes monitorizan la tasa de deposición con una precisión de 0.1 Å/s, con la opción de implementar un cañón de iones para un control de proceso adicional.
- Control de gases mediante caudalímetro másico digital (Ar, N₂, O₂, He, CH₄)El sistema MFM, controlado mediante panel o PC, gestiona múltiples entradas de gas de proceso con una sensibilidad de 0.2 sccm, lo que permite la deposición reactiva y la mezcla controlada de gases.
- Unidad de limpieza de plasma ICP, CCP y DC-RF: El acondicionamiento de la superficie del sustrato in situ antes de la deposición elimina los óxidos nativos y los contaminantes, mejorando la adhesión de la película y la calidad de la interfaz.
- Selección de puerto configurable (1 pulgada, QF, CF, ISO)Las opciones de puertos estándar y de alto vacío admiten configuraciones de paso personalizadas y una instalación sencilla de fuentes térmicas adicionales.
- Ventana de observación con protección UV y obturador giratorio.: La ventana frontal con filtro UV permite la monitorización del proceso a la vez que protege al operario; la posición del obturador se integra con el control de espesor basado en LabVIEW.
- Control de modo dual (ordenador automático y panel manual)Control informático totalmente automático con software basado en LabVIEW y operación manual del panel que funcionan de forma independiente o conjunta, con estado LCD en tiempo real durante todo el proceso.
- Sistema de refrigeración por agua automático con protección de enclavamiento: El sistema de refrigeración de circuito cerrado con encendido/apagado automático y protección de enclavamiento evita la entrega de energía del haz de electrones sin flujo activo de refrigerante, protegiendo así los componentes del cañón y la cámara.
- Configuración de la válvula de mariposa, ventilación y aislamientoLa válvula de aislamiento mantiene la cámara al vacío entre experimentos; la válvula de estrangulamiento proporciona un control preciso de la presión de trabajo durante toda la deposición.
- Ciclo de experimento de 1.5 horas con rendimiento de múltiples ejecuciones.Diseñado para un uso diario constante, con la posibilidad de realizar de cuatro a seis experimentos de deposición al día en condiciones de funcionamiento rutinarias.
- Garantía completa de dos añosLa cobertura para materiales, diseño y mano de obra proporciona una garantía extendida para la inversión en instalaciones de investigación.
Teoría y método
La evaporación por haz de electrones dirige un haz concentrado de electrones de alta energía hacia un material fuente contenido en un crisol de cobre refrigerado por agua, calentando el objetivo hasta su temperatura de evaporación sin calentar el crisol. Un cañón de electrones de 10 kV desvía el haz magnéticamente, concentrando la energía en la superficie del objetivo con una corriente de haz de hasta 600 mA. Este método vaporiza materiales refractarios que no pueden alcanzarse mediante calentamiento resistivo, incluyendo metales de alto punto de fusión y óxidos complejos. Los átomos vaporizados viajan en línea recta a través del vacío y se condensan sobre los sustratos superiores.
La evaporación por haz de electrones requiere un vacío mayor que la evaporación térmica resistiva, ya que el haz de electrones puede ionizar el gas residual, provocando dispersión e inestabilidad del haz a presiones más altas. La combinación de bomba turbomolecular y mecánica impulsa la cámara SS304 a una presión base de 10⁻⁸ Torr, lo suficientemente baja como para mantener un haz estable y bien enfocado. Una válvula de aislamiento mantiene la cámara al vacío entre experimentos, eliminando la necesidad de bombeo entre ejecuciones sucesivas. Las válvulas de estrangulamiento y ventilación permiten un ajuste preciso de la presión en el rango de 1000 a 10⁻⁹ Torr.
La evaporación reactiva introduce O₂ o N₂ a través de líneas de gas controladas por MFM, produciendo películas de óxido o nitruro a partir de fuentes metálicas sin objetivos compuestos. La etapa de limpieza por plasma ICP, CCP y DC-RF elimina los óxidos nativos de las superficies del sustrato antes de la deposición, mejorando la nucleación y la adhesión. El calentamiento del sustrato a 50-700 °C promueve la cristalinidad de la película durante el crecimiento, lo cual es particularmente relevante para las películas de óxido, donde la fase cristalina determina las propiedades. Un monitor de espesor de doble canal con dos QCM registra la velocidad de deposición con una precisión de 0.1 Å/s, proporcionando retroalimentación continua para el control de potencia del haz de electrones.
Sistema de evaporación por haz de electrones - Especificaciones técnicas de ToronEva™ EB
| Parámetro | Especificación |
|---|---|
| Fuente de alimentación del haz de electrones | 10 kV, 600 mA |
| Protección de arco | Incluye un |
| Fuente de alimentación de fuentes térmicas auxiliares | 2500 W (8 V – 300 A), secuencial |
| Presión base | 10⁻⁸ Torr |
| Nivel de vacío de trabajo (tiempo de bombeo) | 10⁻⁷ Torr en 1 hora (sistema a plena carga) |
| Rango de control de vacío | 1000 a 10⁻⁹ Torr |
| Configuración de la bomba | Turbomolecular + Mecánico (bomba seca opcional) |
| material de cámara | Acero inoxidable SS304 (prismático o cilíndrico); electropulido, refrigerado por agua. |
| Revestimiento de la cámara | SS304 |
| Ventana de observación | Bloqueo UV, montaje frontal; obturador giratorio |
| Puertos | Estándar 1", QF, CF, ISO (configurable) |
| Sistema de control | Control informático totalmente automático; control manual mediante panel; software basado en LabVIEW. |
| Mostrar | LCD en tiempo real |
| Sistema de refrigeración | Refrigeración por agua automática de circuito cerrado (con sistema de enclavamiento, encendido/apagado automático). |
| Opciones de soporte para muestras | Obleas de 3", 4" y 6"; accesorios para muestras de 1 a 15 cm. |
| Velocidad de rotación de la muestra | De 2 a 30 rpm (ajustable de forma continua; panel o PC) |
| Homogeneidad de la película | Mejor que el 3% en una muestra de 4 pulgadas. |
| Rango de calentamiento de la muestra | De 50 a 700 °C (controlado por PID, ±1 °C) |
| Monitoreo de espesor | Doble canal; precisión de 0.1 Å/s; 2 QCM; cañón de iones opcional. |
| Entradas de gas | Ar, N₂, O₂, He, CH₄ y otros; MFM digital; sensibilidad de 0.2 sccm; panel o PC |
| Modos de limpieza por plasma | PIC, CPCC, DC-RF (presión ajustable) |
| Configuración de la válvula | Válvulas de mariposa, ventilación y aislamiento |
| Tiempo del ciclo | Aproximadamente 1.5 horas (de 4 a 6 experimentos por día) |
| Garantía | 2 años (materiales, diseño y mano de obra) |