2.4 Випаровування матеріалів електронно-променевими методами
Крім розглянутих методів резистивного та індукційного нагрівання, використовується також метод електронного бомбардування. Для цього пучок електронів прискорюється в електричному полі до енергії 5 - 30 кВ і фокусується на поверхні матеріалу для нанесення плівки. При зіткненні електронів більша частина їх кінетичної енергії перетворюється в джоулеве тепло і температура поверхні сягає близько 3000 - 3500 К. При такому методі нагрівання випарник, в якому міститься наважка матеріалу плівки, майже не нагрівається.
У пристроях для електронного бомбардування використовуються електронні гармати з вольфрамовим катодом і з незалежним анодом, або з анодом, що випаровується. У першому випадку в аноді є отвір, через який електронні промені потрапляють на матеріал плівки. У другому випадку анодом є безпосередньо матеріал, з якого одержується плівка.
На рисунку 1.7 поданий один із варіантів гармати першого типу. Для більш ефективного фокусування електронів у цьому варіанті гармати інколи використовується не тільки електростатичне, а й магнітне фокусування.
В електронних гарматах, у яких анодом є безпосередньо метал, що випаровується, катод має вигляд петлі, розміщеної біля анода (рис.1.8). Найбільш складною пробле
Таблиця 1.1 - Основні параметри випарування легкоплавких металів
Речовина, що випаровується, та склад пари
Температура, К
Матеріал
Примітки
TS
при рП=1Па
фольга, дріт
тигель
Алюміній (Al)
932
1493
W
C, BN, TіB2-BN
Легко змочує всі матеріали і розчиняє їх; утворює сплави з WC та С
Вісмут (Bі, Bі2)
544
943
W, Mo, Ta, Nі
Окисли, С
Металева пара токсична
Хром (Cr)
2173
1670
W, Ta
-
Високі швидкості конден-сації з твердої фази (сублімація)
Кобальт (Co)
1768
1793
W
Al2O3, BeO
Утворює сплав з W, можлива сублімація з малою швидкістю
Сурма (Sb2, Sb4)
903
803
Mo, Ta, Nі
Окисли, BN, C
Металева пара токсична, для випаровування необхідний перегрів вище ТS
Мідь (Cu)
1357
1533
W, Mo, Ta
Mo, C, Al2O3
Практично не взаємодіє з тугоплавкими матеріалами
Речовина, що випаровується, та склад пари
Температура, К
Матеріал
Примітки
TS
при рП=1Па
фольга, дріт
тигель
Германій (Ge)
1213
1673
W, Mo, Ta
W, C, Al2O3
Змочує тугоплавкі матеріали, розчинність у W слабка
Золото (Au)
1336
1673
W, Mo
Mo, C
Змочує W, Mo
Свинець (Pb)
601
988
W, Mo, Nі, Fe
Метал
Не змочує тугоплавкі метали, металева пара токсична
Нікель (Nі)
1723
1803
W, Al2O3
Тугоплавкі окисли
Утворює сплави з тугоплавкими металами
Кремній (Sі)
1683
1623
-
BeO, ZrO2
Тиглі із тугоплавких окислів руйнуються в рідкому Sі
мою при використанні гармати варіанта а (рис.1.8) є одержання розплавленої краплі на вершині анода (можливийваріант, коли анод повернутий вниз, але він також не вирішує проблеми). Оскільки вона тримається за рахунок поверхневих сил, то перегрівання її призведе до стікання краплі по аноду вниз або відриву від анодного стержня. У зв'язку з цим в одній із наших робіт був запропонований метод електростатичної стабілізації краплі за допомогою високої негативної напруги (до 4 кВ) між корпусом і підкладкою, який у ряді випадків виявився ефективним. Поряд з іншими недоліками такого типу гармат їх позитивною рисою є простота у виготовленні та експлуатації. Більш надійною в роботі є електронна гармата варіанта б (рис.1.8), однак у цьому випадку ми стикаємося з необхідністю конструювання водоохолоджувального анода.
Відмітимо також таке. У 1951 році Л.Холленд (Англія) запатентував електронну гармату з викривленою траєкторією електронів, що дозволяє розміщувати підкладку над випарником, який, у свою чергу, не зміщується відносно гармати, як це має місце в електронно-променевих пристроях, зображених на рисунку 1.7.
Рисунок 1.8 - Електронна гармата з анодом, що випаровується: А - анод; К - катод; ФЕ - фокусуючий електрод; МП - металева пара; е - електрони; ВН - висока напруга; В – вода
