Sistema di evaporazione a fascio di elettroni
Sistema di evaporazione a fascio di elettroni - ToronEva™ EB
ToronEva™ EB è un sistema di evaporazione a fascio di elettroni ad alto vuoto per la deposizione di film sottili di metalli, leghe e ossidi ad alto punto di fusione. Il cannone a fascio di elettroni opera a 10 kV e con una corrente del fascio fino a 600 mA, consentendo la deposizione di Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ e materiali simili con regolazione della velocità controllata da ricetta. La camera in acciaio inox SS304 raggiunge una pressione di base di 10⁻⁸ Torr, soddisfacendo i requisiti di purezza per le applicazioni PVD di ricerca più esigenti. Fonti termiche ausiliarie da 2500 W aggiungono la capacità di co-evaporazione e drogaggio all'interno dello stesso ciclo di vuoto.
Il riscaldamento del substrato controllato da PID, con un intervallo di temperatura da 50 a 700 °C e una sensibilità di ±1 °C, combinato con una velocità di rotazione da 2 a 30 giri/min, garantisce un'omogeneità dello spessore del film superiore al 3% su substrati da 4 pollici. Il sistema è compatibile con wafer da 3", 4" e 6" e con attacchi per campioni da 1 a 15 cm. Un controllore di spessore a doppio canale con due QCM monitora la velocità di deposizione in tempo reale fino a 0.1 Å/s. Il controllo computerizzato completamente automatico con software basato su LabVIEW e display LCD in tempo reale coordina la sequenza del vuoto, i blocchi di sicurezza e l'erogazione di energia.
Un sistema digitale di misurazione della portata massica gestisce gli input di gas Ar, N₂, O₂, He e CH₄ con una sensibilità di 0.2 sccm per l'evaporazione reattiva e il controllo del gas di processo. Un'unità integrata di pulizia al plasma ICP, CCP e DC-RF condiziona le superfici del substrato prima della deposizione, rimuovendo la contaminazione all'interfaccia. La camera elettrolucidata e raffreddata ad acqua con finestra di osservazione con filtro UV supporta un ciclo sperimentale di 1.5 ore, consentendo da quattro a sei cicli di deposizione al giorno. Le porte configurabili da 1 pollice, QF, CF e ISO consentono l'integrazione di ulteriori sorgenti termiche e passaggi di processo secondo necessità.
Sistema di evaporazione a fascio di elettroni - Applicazioni ToronEva™ EB
Il sistema ToronEva™ EB è ideale per programmi di ricerca su film sottili che richiedono la deposizione ad alta purezza di metalli refrattari e materiali ossidici complessi, non processabili con la sola evaporazione resistiva. Il riscaldamento del substrato, la possibilità di utilizzare gas reattivi e la pulizia al plasma in situ lo rendono una soluzione completa per applicazioni che altrimenti richiederebbero l'utilizzo di più strumenti di deposizione.
- Ricerca sui semiconduttori e sulla microelettronica: deposizione di dielettrici di gate, contatti metallici e strati di passivazione, tra cui TiO₂, SiO₂, Pt e Ni, su wafer fino a 6 pollici
- Ricerca sui film sottili otticiDeposizione di strati di ossido ad alto indice di rifrazione e specchi metallici per dispositivi fotonici, filtri ottici e rivestimenti antiriflesso.
- Accademico e University Laboratori PVD: fabbricazione di film sottili di livello di ricerca per la scienza dei materiali, la fisica dei dispositivi e gli studi sulla materia condensata che richiedono un vuoto inferiore a 10⁻⁷ Torr
- Fabbricazione di dispositivi MEMS e NEMS: metallizzazione conforme e deposizione di ossidi funzionali per lo sviluppo di prototipi di sensori, attuatori e risonatori
- Elettronica organica e fotovoltaico: deposizione di contatti di ossido conduttivo trasparente ed elettrodi metallici su stack di dispositivi organici con controllo preciso della velocità e della temperatura del substrato
- Ricerca sui rivestimenti duri e sull'ingegneria delle superficiDeposizione mediante fascio di elettroni di film di ossido, nitruro e metallici resistenti all'usura per studi di tribologia e durabilità dei materiali.
- Ricerca sui film di ossidi e nitruri reattivi: deposizione reattiva controllata di film di TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, TiN e composti correlati da fonti metalliche mediante introduzione di gas di processo
Sistema di evaporazione a fascio di elettroni - ToronEva™ EB - Caratteristiche principali
Il ToronEva™ EB combina una sorgente di fascio di elettroni da 10 kV con riscaldamento del substrato PID, controllo del gas multicanale, pulizia al plasma in situ e sorgenti termiche ausiliarie in un'unica piattaforma ad alto vuoto per applicazioni PVD di ricerca esigenti.
- Alimentatore per scarica a fascio di elettroni da 10 kV, 600 mA con protezione contro l'arco elettrico.: l'alimentatore ad alta tensione fornisce energia del fascio concentrata sul bersaglio, con protezione attiva dell'arco che previene danni da scarica durante la deposizione di materiali isolanti o reattivi
- Camera a vuoto in acciaio inox SS304 elettrolucidato: camera prismatica o cilindrica con superfici elettrolucidate raffreddate ad acqua e rivestimento in acciaio inox SS304 riduce la generazione di particolato e semplifica la pulizia post-deposizione
- Pressione di base di 10⁻⁸ Torr: la combinazione di pompa turbomolecolare e meccanica (pompa a secco opzionale) raggiunge una pressione di base di 10⁻⁸ Torr e una pressione di esercizio di 10⁻⁷ Torr per un sistema a pieno carico in un'ora
- Controllo del vuoto ad ampio raggio con blocco della pressione (da 1000 a 10⁻⁹ Torr): il sistema integrato di controllo e misurazione del vuoto consente all'operatore di impostare e mantenere un valore di pressione target durante l'intero processo di deposizione.
- Riscaldamento del substrato PID da 50 a 700 °CIl controllo della temperatura a circuito chiuso con una sensibilità di ±1 °C supporta temperature del substrato in un ampio intervallo, favorendo la cristallinità e l'adesione di film di ossido e funzionali.
- Rotazione del substrato da 2 a 30 giri/minuto con controllo dell'omogeneità: rotazione regolabile in continuo, controllabile tramite pannello o PC, garantisce un'omogeneità dello spessore del film superiore al 3% su campioni da 4 pollici
- Selezione di portacampioni multiformato: accetta wafer da 3", 4" e 6" e accessori per campioni da 1 a 15 cm per adattarsi a un'ampia gamma di geometrie del substrato
- Deposizione di metalli e ossidi controllata da una ricetta: le ricette di deposizione preimpostate gestiscono la rampa di potenza e la velocità del fascio di elettroni per Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ e altri materiali ad alti tassi di evaporazione
- Fonti termiche sequenziali da 2500 W per co-evaporazione: Le sorgenti termiche ausiliarie da 8 V a 300 A offrono capacità di co-evaporazione e drogaggio nello stesso ciclo di vuoto, con un design della sorgente che previene la contaminazione incrociata e facilita la sostituzione della sorgente
- Regolatore di velocità di spessore a doppio canale da 0.1 Å/s con due QCM: due QCM indipendenti monitorano la velocità di deposizione con una precisione di 0.1 Å/s, con implementazione opzionale di un cannone ionico per un ulteriore controllo del processo.
- Misuratore di portata massica digitale per il controllo del gas (Ar, N₂, O₂, He, CH₄)Il sistema MFM, controllabile tramite pannello o PC, gestisce molteplici ingressi di gas di processo con una sensibilità di 0.2 sccm, consentendo la deposizione reattiva e la miscelazione controllata dei gas.
- Unità di pulizia al plasma ICP, CCP e DC-RFIl condizionamento in situ della superficie del substrato prima della deposizione rimuove gli ossidi nativi e i contaminanti, migliorando l'adesione del film e la qualità dell'interfaccia.
- Selezione configurabile delle porte (1 pollice, QF, CF, ISO)Le opzioni di porta standard e per alto vuoto supportano configurazioni di passaggio personalizzate e una semplice installazione di fonti termiche aggiuntive.
- Finestra di osservazione con protezione UV e otturatore girevole: la finestra frontale con filtro UV consente il monitoraggio del processo proteggendo al contempo l'operatore; la posizione dell'otturatore si integra con il controllo dello spessore basato su LabVIEW
- Controllo a doppia modalità (computer automatico e pannello manuale): controllo computerizzato completamente automatico con software basato su LabVIEW e funzionamento manuale del pannello, funzionanti in modo indipendente o combinato, con visualizzazione in tempo reale dello stato su LCD durante tutto il processo.
- Sistema di raffreddamento ad acqua automatico con protezione a interblocco: Il raffreddamento a circuito chiuso con accensione/spegnimento automatico e protezione con interblocco impedisce l'erogazione di potenza del fascio di elettroni senza flusso attivo di refrigerante, proteggendo i componenti della pistola e della camera.
- Configurazione della valvola a farfalla, di sfiato e di isolamento: la valvola di isolamento mantiene la camera sotto vuoto tra un esperimento e l'altro; la valvola a farfalla fornisce un controllo preciso della pressione di lavoro durante l'intero processo di deposizione.
- Ciclo di esperimenti di 1.5 ore con possibilità di eseguire più prove contemporaneamente.: progettato per un utilizzo quotidiano costante, con la possibilità di effettuare da quattro a sei esperimenti di deposizione al giorno durante il normale funzionamento.
- Garanzia completa di due anniLa copertura per materiali, progettazione e manodopera offre una garanzia estesa per gli investimenti nelle strutture di ricerca.
Teoria e metodo
L'evaporazione a fascio di elettroni (EBV) consiste nel dirigere un fascio focalizzato di elettroni ad alta energia su un materiale sorgente contenuto in un crogiolo di rame raffreddato ad acqua, riscaldando il bersaglio alla sua temperatura di evaporazione senza riscaldare il crogiolo. Un cannone elettronico da 10 kV deflette magneticamente il fascio, concentrando l'energia sulla superficie del bersaglio con una corrente del fascio fino a 600 mA. Questo metodo vaporizza materiali refrattari che il riscaldamento resistivo non può raggiungere, inclusi metalli ad alto punto di fusione e ossidi complessi. Gli atomi vaporizzati si muovono nel vuoto in linea retta e si condensano sui substrati sovrastanti.
L'evaporazione a fascio di elettroni richiede un vuoto più profondo rispetto all'evaporazione termica resistiva, poiché il fascio di elettroni può ionizzare il gas residuo, causando dispersione e instabilità del fascio a pressioni più elevate. La combinazione di pompa turbomolecolare e meccanica porta la camera in acciaio inox SS304 a una pressione di base di 10⁻⁸ Torr, sufficientemente bassa da mantenere un fascio ben focalizzato e stabile. Una valvola di isolamento mantiene la camera sotto vuoto tra un esperimento e l'altro, eliminando la necessità di svuotare la camera tra cicli successivi. Valvole di regolazione e di sfiato consentono una precisa regolazione della pressione nell'intervallo da 1000 a 10⁻⁹ Torr.
L'evaporazione reattiva introduce O₂ o N₂ attraverso linee di gas controllate da MFM, producendo film di ossido o nitruro da sorgenti metalliche senza target di composti. La fase di pulizia al plasma ICP, CCP e DC-RF rimuove gli ossidi nativi dalle superfici del substrato prima della deposizione, migliorando la nucleazione e l'adesione. Il riscaldamento del substrato a temperature comprese tra 50 e 700 °C favorisce la cristallinità del film durante la crescita, aspetto particolarmente rilevante per i film di ossido, dove la fase cristallina ne determina le proprietà. Un monitor di spessore a doppio canale con due QCM traccia la velocità di deposizione con una precisione di 0.1 Å/s, fornendo un feedback continuo al controllo della potenza del fascio di elettroni.
Sistema di evaporazione a fascio di elettroni - ToronEva™ EB - Specifiche tecniche
| Parametro | Specificazione |
|---|---|
| Alimentatore a fascio di elettroni | 10 kV, 600 mA |
| Protezione dall'arco | Integrato |
| Alimentazione elettrica per fonti termiche ausiliarie | 2500 W (8 V – 300 A), sequenziale |
| Pressione di base | 10⁻⁸ Torri |
| Livello di vuoto di lavoro (tempo di svuotamento) | 10⁻⁷ Torr in 1 ora (sistema a pieno carico) |
| Gamma di controllo del vuoto | Da 1000 a 10⁻⁹ Torr |
| Configurazione della pompa | Turbomolecolare + Meccanica (pompa a secco opzionale) |
| camera Materiale | Acciaio inox SS304 (prismatico o cilindrico); elettrolucidato, raffreddato ad acqua |
| Rivestimento della camera | SS304 |
| Finestra di osservazione | Protezione dai raggi UV, montaggio frontale; otturatore girevole |
| porte | Standard 1", QF, CF, ISO (configurabile) |
| Sistema di controllo | Controllo computerizzato completamente automatico; controllo manuale tramite pannello; software basato su LabVIEW. |
| Display | LCD in tempo reale |
| Sistema di raffreddamento | Raffreddamento ad acqua automatico a circuito chiuso (con interblocco di sicurezza e accensione/spegnimento automatico) |
| Opzioni per il portacampioni | Wafer da 3", 4", 6"; attacchi per campioni da 1 a 15 cm |
| Velocità di rotazione del campione | Da 2 a 30 giri/minuto (regolabile in continuo; tramite pannello o PC) |
| Omogeneità del film | Migliore del 3% su un campione di 4 pollici |
| Esempio di intervallo di riscaldamento | Da 50 a 700 °C (controllo PID, ±1 °C) |
| Monitoraggio dello spessore | Doppio canale; precisione di 0.1 Å/s; 2 QCM; cannone ionico opzionale |
| Apporto di gas | Ar, N₂, O₂, He, CH₄ e altri; MFM digitale; sensibilità 0.2 sccm; pannello o PC |
| Modalità di pulizia al plasma | ICP, CCP, DC-RF (pressione regolabile) |
| Configurazione della valvola | Valvole di strozzamento, sfiato e isolamento |
| Tempo di Ciclo | Circa 1.5 ore (da 4 a 6 esperimenti al giorno) |
| Garanzia | 2 anni (materiali, progettazione e manodopera) |