انباشت تبخیر گرمایی (تبخیر مقاومتی/اهمی و تبخیر به کمک باریکه‌ی الکترونی) چیست؟

مولف: علی کوثری مهر

تبخیر مقاومتی/اهمی و تبخیر به کمک باریکه‌ی الکترونی

فرآیند تبخیر گرمایی از تبخیر مواد منبع در یک محفظه‌ی خلا زیر torr 10^-6×1 و چگالش ذرات تبخیر شده بر روی یک زیرلایه تشکیل شده است. فرآیند تبخیر گرمایی به صورت مرسوم انباشت تحت خلا نامیده می‌شود.

گرمایش مقاومتی (اهمی) رایج‌ترین روش بکار گرفته شده برای انباشت لایه‌های نازک است. مواد منبع توسط گرم شدن یک قایقک، بوته‌ یا فیلمان به صورت اهمی تبخیر می‌شوند؛ جنس فیلمان عموما از فلزات دیرگداز مانند W، Mo یا Ta با یا بدون پوشش‌های سرامیکی تولید می‌شوند. موفقیت این روش به عوامل مختلفی وابسته است. اول، ماده‌ای که قرار است تبخیر شود بایستی پس از تبخیر قطراتی تشکیل دهد که به موجب کشش سطحی به فیلمان بچسبند. دوم، برهمکنش شیمیایی و آلیاژسازی ماده با فیلمان بایستی ناچیز باشد. عموما موارد اول و دوم با یکدیگر در تضاد هستند و موادی که به خوبی به فیلمان می‌چسبند تمایل بیشتری برای آلیاژسازی دارند. شایان ذکر است که به جز فلزات قلیایی (پتاسیم، سدیم و ...)، برهمکنش شیمیایی فلزات دیگر عمدتا ناچیز است.

فلزات دیرگداز به کمک انباشت باریکه‌ی الکترونی تبخیر می‌شوند زیرا گرمایش مقاومتی ساده نمی‌تواند مواد با نقطه ذوب بالا را تبخیر کند. بوته‌های چینی از جنس کوارتز، گرافیت، آلومینا، بریلیا، بورون نیتراید یا زیرکونیا برای گرمایش غیر مستقیم بکار گرفته می‌شوند. منابع تبخیر باریکه‌ی الکترونی از دو جهت با تبخیر اهمی متفاوت هستند. اول، انرژی گرمایی به واسطه‌ی انرژی جنبشی بالای باریکه‌ی الکترونی جریان بالا بر قسمت بالایی ماده‌ای که قرار است تبخیر گردد، اعمال می‌شود. دوم، ماده‌ای که قرار است بخیر شود درون یک کاواک یا بوته‌ی خنک شونده با آب قرار می‌گیرد [2,1].

منابع:

1. Wasa K, Kitabatake M, Adachi H (2004) Thin Films Material Technology: Sputtering of Compound Materials. Springer. Webpage
2. E. B. Graper, D. Glocker, S. Shah (2017) Handbook of Thin Film Process Technology. Institute of Physics Publishing. Webpage