电子束蒸镀简介

电子束蒸镀(Electron Beam Evaporation)是物理气相沉积的一种.与传统蒸镀方式不同,电子束蒸镀利用电磁场的配合可以精准地实现利用高能电子轰击坩埚内靶材,使之融化进而沉积在基片上.电子束蒸镀可以镀出高纯度高精度的薄膜.

蒸镀原理

电子束蒸镀是利用加速电子轰击镀膜材料,电子的动能转换成热能使镀膜材料加热蒸发,并成膜.电子枪有直射式、环型和E型之分.电子束加热蒸镀的特点是能获得极高的能量密度,最高可达109w/cm2,加热温度可达3000~6000℃,可以蒸发难熔金属或化合物;被蒸发材料置于水冷的坩埚中,可避免坩埚材料的污染,制备高纯薄膜;另外,由于蒸发物加热面积小,因而热辐射损失减少,热效率高.但结构较复杂,且对较多的化合物,由于电子的轰击有可能分解,故不适合多数化合物的蒸镀.

作用

电子束蒸镀常用来制备Al、CO、Ni、Fe的合金或氧化物膜,SiO2、ZrO2膜,抗腐蚀和耐高温氧化膜.

优劣比较

电子束蒸镀与利用电阻进行蒸镀最大的优势在于:可以为待蒸发的物质提供更高的热量,因此蒸镀的速率也更快;电子束定位准确,可以避免坩埚材料的蒸发和污染.但是由于蒸镀过程中需要持续水冷,对能量的利用率不高;而且由于高能电子可能带来的二次电子可能使残余的气体分子电离,也有可能带来污染.此外,大多数的化合物薄膜在被高能电子轰击时会发生分解,这影响了薄膜的成分和结构.

电子枪灯丝，如何在电子束蒸镀中发挥作用？

什么是电子束蒸镀？

电子束技术的发现，使人们能够使用低能耗、大电流电子束技术处理金属表面。可以说，21世纪，电子束蒸镀技术让薄膜生产的水平更上一个台阶。

电子束蒸镀是物理气相沉积的一种形式，其中作为涂层的材料如金、银、铂等受到带电钨丝的加热，蒸发并转化为气态，这些在气相中的原子或分子漂浮在高真空室中，然后在物品表面形成薄膜涂层。

蒸发的电子束方法对于装饰性和功能性金属都非常重要，可以蒸发各种材料，包括难熔金属、低蒸气压金属和各种合金。由于电子束方法将大量的热量集中在很小的区域上，因此可以实现高沉积速度，这是任何以生产为导向的工厂都感兴趣的点。

电子束蒸镀流程：

1、钨丝被加热直到发射出电子；

2、电子离开电子枪；

3、光束被磁铁聚焦并弯曲；

4、光束作用在蒸发物的表面上，引起热量和蒸发；

5、蒸气冷凝在被蒸镀物品表面上。

整个蒸镀的过程中，钨丝即电子枪灯丝起到非常重要的作用。电子枪灯丝由纯钨制成。在所有金属中，钨的熔点最高，在1650℃以上的温度下蒸气压最低，具有很高的拉伸强度，热膨胀系数也很低。此外，电子枪灯丝比较便宜，易于维护。用户可自行更换它们，无需进行持续的外部维护。就像灯泡灯丝一样，由于持续性工作，它们逐渐被蒸发并最终断裂，寿命很短。

与其他PVD工艺相比，电子束蒸镀还具有很高的材料利用率，降低了成本。电子束系统仅加热目标源材料，而不加热整个坩埚，从而降低了坩埚的污染程度。通过将能量集中在靶材而不是整个真空室上，它有助于减少热损伤基材的可能性。可以使用多坩埚电子束蒸发器在不同的目标材料上涂覆几层不同的涂层，而不会破坏真空镀。

由于高的沉积速度和高的材料利用率，电子束蒸镀有各种应用，从高性能航空航天和汽车行业到耐用的刀具硬质涂层，以及用于化学屏障和涂料，可保护腐蚀性环境（如船舶配件）中的表面。

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