Hệ thống bay hơi chùm electron
Hệ thống bay hơi chùm electron - ToronEva™ EB
ToronEva™ EB là hệ thống bay hơi chùm electron chân không cao dùng để lắng đọng màng mỏng kim loại, hợp kim và oxit có điểm nóng chảy cao. Súng bắn chùm electron hoạt động ở điện áp 10 kV và dòng điện chùm lên đến 600 mA, cho phép lắng đọng Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ và các vật liệu tương tự với khả năng điều chỉnh tốc độ theo công thức. Buồng SS304 đạt áp suất cơ bản 10⁻⁸ Torr, đáp ứng yêu cầu độ tinh khiết cho các ứng dụng PVD nghiên cứu khắt khe. Các nguồn nhiệt phụ trợ 2500 W bổ sung khả năng đồng bay hơi và pha tạp trong cùng một chu kỳ chân không.
Hệ thống gia nhiệt chất nền điều khiển PID, bao phủ dải nhiệt độ từ 50 đến 700 °C với độ nhạy ±1 °C, kết hợp với tốc độ quay từ 2 đến 30 vòng/phút, đạt được độ đồng nhất độ dày màng tốt hơn 3% trên chất nền 4 inch. Hệ thống chấp nhận các tấm wafer 3", 4" và 6" và các phụ kiện mẫu có kích thước từ 1 đến 15 cm. Bộ điều khiển độ dày hai kênh với hai QCM giám sát tốc độ lắng đọng với độ chính xác đến 0.1 Å/s trong thời gian thực. Hệ thống điều khiển máy tính hoàn toàn tự động với phần mềm dựa trên LabVIEW và màn hình LCD hiển thị thời gian thực điều phối trình tự hút chân không, khóa liên động và cung cấp điện.
Hệ thống đo lưu lượng khối kỹ thuật số quản lý lượng khí đầu vào Ar, N₂, O₂, He và CH₄ với độ nhạy 0.2 sccm cho quá trình bay hơi phản ứng và kiểm soát khí xử lý. Bộ phận làm sạch plasma ICP, CCP và DC-RF tích hợp xử lý bề mặt chất nền trước khi lắng đọng, loại bỏ tạp chất tại giao diện. Buồng làm mát bằng nước, được đánh bóng điện hóa với cửa sổ quan sát chắn tia UV hỗ trợ chu kỳ thí nghiệm 1.5 giờ, cho phép thực hiện từ bốn đến sáu lần lắng đọng mỗi ngày. Các cổng 1 inch, QF, CF và ISO có thể cấu hình để đáp ứng các nguồn nhiệt bổ sung và các đường dẫn khí xử lý khi cần thiết.
Hệ thống bay hơi chùm electron - Ứng dụng ToronEva™ EB
Máy ToronEva™ EB phục vụ các chương trình nghiên cứu màng mỏng yêu cầu lắng đọng kim loại chịu nhiệt và vật liệu oxit phức tạp với độ tinh khiết cao, những vật liệu mà phương pháp bay hơi điện trở đơn thuần không thể xử lý được. Khả năng gia nhiệt chất nền, sử dụng khí phản ứng và làm sạch plasma tại chỗ biến nó thành một giải pháp nền tảng duy nhất cho các ứng dụng mà nếu không sẽ cần nhiều thiết bị lắng đọng khác nhau.
- Nghiên cứu bán dẫn và vi điện tử: Quá trình lắng đọng chất điện môi cổng, các tiếp điểm kim loại và các lớp thụ động hóa bao gồm TiO₂, SiO₂, Pt và Ni trên các tấm wafer có kích thước lên đến 6 inch
- Nghiên cứu màng mỏng quang học: lắng đọng các lớp oxit có chiết suất cao và gương kim loại cho các thiết bị quang tử, bộ lọc quang học và lớp phủ chống phản xạ
- Học thuật và University Phòng thí nghiệm PVDChế tạo màng mỏng chất lượng cao phục vụ nghiên cứu khoa học vật liệu, vật lý thiết bị và nghiên cứu vật lý chất rắn, yêu cầu chân không dưới 10⁻⁷ Torr.
- Chế tạo thiết bị MEMS và NEMS: Mạ kim loại phù hợp và lắng đọng oxit chức năng để phát triển nguyên mẫu cảm biến, bộ truyền động và bộ cộng hưởng
- Điện tử hữu cơ và quang điện: Quá trình lắng đọng các lớp tiếp xúc oxit dẫn điện trong suốt và điện cực kim loại trên các cấu trúc thiết bị hữu cơ với tốc độ chính xác và kiểm soát nhiệt độ chất nền.
- Nghiên cứu về lớp phủ cứng và kỹ thuật bề mặtPhương pháp lắng đọng chùm tia điện tử (e-beam) tạo màng oxit, nitrua và kim loại chống mài mòn phục vụ nghiên cứu ma sát học và độ bền vật liệu.
- Nghiên cứu màng oxit và nitrua phản ứng: Quá trình lắng đọng phản ứng có kiểm soát các màng TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, TiN và các hợp chất liên quan từ nguồn kim loại bằng cách đưa khí vào.
Hệ thống bay hơi chùm electron - Các tính năng chính của ToronEva™ EB
Hệ thống ToronEva™ EB kết hợp nguồn chùm tia điện tử 10 kV với gia nhiệt chất nền PID, điều khiển khí đa kênh, làm sạch plasma tại chỗ và các nguồn nhiệt phụ trợ trong một nền tảng chân không cao duy nhất, đáp ứng các ứng dụng PVD nghiên cứu đòi hỏi khắt khe.
- Bộ nguồn chùm tia điện tử 10 kV, 600 mA có chức năng bảo vệ chống hồ quang.Nguồn điện cao áp cung cấp năng lượng chùm tia tập trung đến mục tiêu, với tính năng bảo vệ hồ quang chủ động giúp ngăn ngừa hư hỏng do phóng điện trong quá trình lắng đọng vật liệu cách điện hoặc vật liệu phản ứng.
- Buồng chân không SS304 được đánh bóng điện hóaBuồng hình lăng trụ hoặc hình trụ với bề mặt được làm mát bằng nước, đánh bóng điện hóa và lớp lót SS304 giúp giảm thiểu sự phát sinh hạt và đơn giản hóa quá trình làm sạch sau khi lắng đọng.
- Áp suất cơ bản 10⁻⁸ Torr: Sự kết hợp giữa bơm turbomolecular và bơm cơ học (bơm khô tùy chọn) đạt được áp suất cơ bản 10⁻⁸ Torr và áp suất làm việc 10⁻⁷ Torr cho hệ thống hoạt động đầy tải trong một giờ.
- Điều khiển chân không phạm vi rộng với chức năng cố định áp suất (1000 đến 10⁻⁹ Torr)Hệ thống điều khiển và đo lường chân không tích hợp cho phép người vận hành thiết lập và duy trì giá trị áp suất mục tiêu trong suốt quá trình lắng đọng.
- Gia nhiệt chất nền PID từ 50 đến 700 °CHệ thống điều khiển nhiệt độ vòng kín với độ nhạy ±1 °C hỗ trợ nhiệt độ chất nền trong phạm vi rộng, thúc đẩy độ kết tinh và độ bám dính cho màng oxit và màng chức năng.
- Tốc độ quay đế từ 2 đến 30 vòng/phút với điều khiển độ đồng nhất.Khả năng xoay điều chỉnh liên tục, được điều khiển thông qua bảng điều khiển hoặc máy tính, đạt được độ đồng nhất độ dày màng tốt hơn 3% trên các mẫu 4 inch.
- Lựa chọn giá đỡ mẫu đa định dạngHỗ trợ các tấm wafer 3", 4" và 6" cùng các phụ kiện mẫu có kích thước từ 1 đến 15 cm để phù hợp với nhiều hình dạng đế khác nhau.
- Phương pháp lắng đọng kim loại và oxit được kiểm soát theo công thứcCác công thức lắng đọng được thiết lập sẵn giúp quản lý công suất và tốc độ chùm tia điện tử cho Al, Pt, Ni, TiO₂, SiO₂ và các vật liệu khác ở tốc độ bay hơi cao.
- Hệ thống nguồn nhiệt tuần tự 2500 W dùng cho quá trình đồng bay hơi.Nguồn nhiệt phụ 8V đến 300A cung cấp khả năng đồng bay hơi và pha tạp trong cùng một chu trình chân không, với thiết kế nguồn giúp ngăn ngừa nhiễm chéo và hỗ trợ thay thế nguồn dễ dàng.
- Bộ điều khiển tốc độ dày kênh đôi 0.1 Å/s với hai QCMHai thiết bị QCM độc lập giám sát tốc độ lắng đọng với độ chính xác 0.1 Å/s, cùng tùy chọn tích hợp súng bắn ion để kiểm soát quy trình tốt hơn.
- Đồng hồ đo lưu lượng khối lượng kỹ thuật số điều khiển khí (Ar, N₂, O₂, He, CH₄)Hệ thống MFM điều khiển bằng bảng điều khiển hoặc máy tính quản lý nhiều đầu vào khí xử lý với độ nhạy 0.2 sccm, cho phép lắng đọng phản ứng và trộn khí được kiểm soát.
- Đơn vị làm sạch plasma ICP, CCP và DC-RFViệc xử lý bề mặt chất nền tại chỗ trước khi lắng đọng giúp loại bỏ các oxit tự nhiên và chất gây ô nhiễm, cải thiện độ bám dính của màng và chất lượng giao diện.
- Lựa chọn cổng kết nối có thể cấu hình (1 inch, QF, CF, ISO)Các tùy chọn cổng chân không tiêu chuẩn và cao hỗ trợ cấu hình dẫn điện tùy chỉnh và lắp đặt dễ dàng các nguồn nhiệt bổ sung.
- Cửa sổ quan sát chống tia UV với màn chắn xoay đượcCửa sổ lọc tia UV gắn phía trước cho phép giám sát quy trình đồng thời bảo vệ người vận hành; vị trí màn chắn tích hợp với điều khiển độ dày dựa trên LabVIEW.
- Điều khiển hai chế độ (Tự động bằng máy tính và điều khiển bằng bảng điều khiển thủ công)Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động bằng máy tính với phần mềm dựa trên LabVIEW và thao tác thủ công trên bảng điều khiển hoạt động độc lập hoặc kết hợp, với màn hình LCD hiển thị trạng thái thời gian thực trong suốt quá trình.
- Hệ thống làm mát bằng nước tự động được bảo vệ bằng khóa liên độngHệ thống làm mát khép kín với chức năng tự động bật/tắt và bảo vệ khóa liên động ngăn chặn việc cung cấp năng lượng chùm tia điện tử khi không có dòng chất làm mát hoạt động, bảo vệ các bộ phận của súng và buồng.
- Cấu hình van tiết lưu, van thông hơi và van cách lyVan cách ly giữ buồng ở trạng thái chân không giữa các thí nghiệm; van tiết lưu cung cấp khả năng kiểm soát áp suất làm việc chính xác trong suốt quá trình lắng đọng.
- Chu kỳ thí nghiệm 1.5 giờ với khả năng thực hiện nhiều lần.Được thiết kế để sử dụng thường xuyên hàng ngày, với khả năng thực hiện từ bốn đến sáu thí nghiệm lắng đọng mỗi ngày trong quá trình vận hành thông thường.
- Bảo hành đầy đủ hai nămBảo hiểm cho vật liệu, thiết kế và chất lượng thi công cung cấp sự đảm bảo mở rộng cho khoản đầu tư vào cơ sở nghiên cứu.
Lý thuyết và Phương pháp
Phương pháp bay hơi bằng chùm electron hướng một chùm electron năng lượng cao tập trung vào vật liệu nguồn được giữ trong một nồi nung bằng đồng làm mát bằng nước, làm nóng vật liệu mục tiêu đến nhiệt độ bay hơi mà không làm nóng nồi nung. Một súng electron 10 kV làm lệch chùm tia bằng từ trường, tập trung năng lượng tại bề mặt vật liệu mục tiêu với dòng điện chùm lên đến 600 mA. Phương pháp này làm bay hơi các vật liệu chịu nhiệt mà phương pháp gia nhiệt bằng điện trở không thể tiếp cận, bao gồm các kim loại có điểm nóng chảy cao và các oxit phức tạp. Các nguyên tử bị bay hơi di chuyển trong chân không theo đường thẳng và ngưng tụ trên các chất nền phía trên.
Phương pháp bay hơi bằng chùm electron đòi hỏi chân không sâu hơn so với phương pháp bay hơi nhiệt bằng điện trở vì chùm electron có thể ion hóa khí dư, gây tán xạ và làm mất ổn định chùm tia ở áp suất cao hơn. Sự kết hợp giữa bơm turbomolecular và bơm cơ học giúp buồng SS304 duy trì áp suất cơ bản 10⁻⁸ Torr, đủ thấp để giữ cho chùm tia tập trung tốt và ổn định. Một van cách ly giữ cho buồng ở trạng thái chân không giữa các thí nghiệm, loại bỏ chi phí hút chân không giữa các lần chạy liên tiếp. Các van tiết lưu và van thông hơi cho phép điều chỉnh áp suất chính xác trong phạm vi từ 1000 đến 10⁻⁹ Torr.
Quá trình bay hơi phản ứng đưa O₂ hoặc N₂ vào thông qua các đường dẫn khí được điều khiển bằng MFM, tạo ra các màng oxit hoặc nitrua từ các nguồn kim loại mà không cần mục tiêu hợp chất. Giai đoạn làm sạch bằng plasma ICP, CCP và DC-RF loại bỏ các oxit tự nhiên khỏi bề mặt chất nền trước khi lắng đọng, cải thiện sự hình thành mầm và độ bám dính. Việc gia nhiệt chất nền ở nhiệt độ từ 50 đến 700 °C thúc đẩy độ kết tinh của màng trong quá trình phát triển, đặc biệt quan trọng đối với các màng oxit, nơi pha tinh thể quyết định các tính chất. Bộ giám sát độ dày hai kênh với hai QCM theo dõi tốc độ lắng đọng đến 0.1 Å/s, cung cấp phản hồi liên tục cho việc điều khiển công suất chùm tia điện tử.
Hệ thống bay hơi chùm electron - Thông số kỹ thuật ToronEva™ EB
| Tham số | Đặc điểm kỹ thuật |
|---|---|
| Nguồn cấp điện chùm tia điện tử | 10 kV, 600 mA |
| Bảo vệ hồ quang | Tích hợp |
| Nguồn cấp điện cho các nguồn nhiệt phụ trợ | 2500 W (8 V – 300 A), tuần tự |
| áp lực cơ sở | 10⁻⁸ Tô-rây |
| Mức độ chân không hoạt động (Thời gian hút chân không) | 10⁻⁷ Torr trong 1 giờ (hệ thống hoạt động hết công suất) |
| Phạm vi kiểm soát chân không | 1000 đến 10⁻⁹ Torr |
| Cấu hình máy bơm | Bơm phân tử + Cơ khí (bơm khô tùy chọn) |
| Phòng Vật liệu | Thép không gỉ SS304 (dạng lăng trụ hoặc hình trụ); đánh bóng điện hóa, làm mát bằng nước. |
| Lớp lót buồng | SS304 |
| Cửa sổ quan sát | Chống tia UV, gắn phía trước; màn trập xoay được |
| cổng | Tiêu chuẩn 1", QF, CF, ISO (có thể cấu hình) |
| Hệ thống điều khiển | Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động bằng máy tính; điều khiển thủ công bằng bảng điều khiển; phần mềm dựa trên LabVIEW. |
| Giao diện | Màn hình LCD thời gian thực |
| Hệ thống làm lạnh | Hệ thống làm mát bằng nước khép kín tự động (có khóa liên động, tự động bật/tắt) |
| Các tùy chọn giá đỡ mẫu | Các tấm wafer 3", 4", 6"; các mẫu gắn kèm có kích thước từ 1 đến 15 cm. |
| Tốc độ quay mẫu | 2 đến 30 vòng/phút (có thể điều chỉnh liên tục; bảng điều khiển hoặc máy tính) |
| Tính đồng nhất của phim | Đạt hiệu quả tốt hơn 3% trên mẫu thử 4 inch. |
| Phạm vi gia nhiệt mẫu | 50 đến 700 °C (điều khiển PID, ±1 °C) |
| Giám sát độ dày | Hai kênh; độ chính xác 0.1 Å/s; 2 QCM; tùy chọn súng ion |
| Đầu vào khí | Ar, N₂, O₂, He, CH₄ và các chất khác; MFM kỹ thuật số; độ nhạy 0.2 sccm; bảng điều khiển hoặc PC |
| Các chế độ làm sạch bằng plasma | ICP, CCP, DC-RF (áp suất điều chỉnh được) |
| Cấu hình van | Van tiết lưu, van thông hơi và van cách ly |
| Thời gian chu kỳ | ~1.5 giờ (4 đến 6 thí nghiệm mỗi ngày) |
| Chính sách bảo hành | 2 năm (vật liệu, thiết kế và chất lượng thi công) |