تبلیغات
Code center
صفحه نخست پروفایل طراح کد تماس با ما پشتیبانی آنلاین
علمى
یونیسف

وبسایت علمی حامی یونیسف

UNICEF Logo

unicef_logo_farsi

آخرین مطالب

» معرفة و نکرة ( شنبه 9 اردیبهشت 1396 )
» تاثیر شیر در بدنسازی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» طرز تهیه و ساخت مکمل خانگی ( چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 )
» رئیس علی دلواری ( سه شنبه 8 تیر 1395 )
» دیدن عدد پی با 4 میلیون رقم اعشار آن در یک تصویر! ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» روز چطور 24 ساعت شد ؟ ( پنجشنبه 24 دی 1394 )
» فرم پیش خرید بسته آموزش دبیره ها و آموزه های پارسی باستان ( چهارشنبه 28 مرداد 1394 )
» حمایت وبسایت علمی از یونیسف ( سه شنبه 27 مرداد 1394 )
» unicef یونیسف ( دوشنبه 12 مرداد 1394 )
» دانلود نسخه هک شده بازی کلش آو کلنز ( شنبه 3 مرداد 1394 )
» جهش در ژن USP9Xو اختلال در کار سلول های طبیعی مغز ( چهارشنبه 31 تیر 1394 )
» داروهای خانگی برای خلط ( یکشنبه 31 خرداد 1394 )
» آیا ابن‌سینا را هم هپلی‌ هپو کردند؟ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» نخستین CD تاریخ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس های محلی اقوام ایرانی ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 2 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» لباس زنان در ایران 1 ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» تاریخچه عکاسی و اختراع کداک ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» انتخاب رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» دایره رنگ ( شنبه 30 خرداد 1394 )
» آزمون تعیین سطح انگلیسی ( جمعه 29 خرداد 1394 )
» آداب و رسوم جشن سده ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تاریخچه کامل نوروز ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» تولید ابریشم از پیش رنگ شده توسط کرم‌ها! ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شبیه‌ساز تولد، متخصصان مامایی را در طول زایمان همراهی می‌کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» نانوذرات این بار به کمک بیماران قلبی می‌آین ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دستگاه کوچکی که می‌تواند تنظیم‌کننده‌ی ضربان قلب را از طریق ضربان قلب شارژ کند ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» دنیای خارق‌العاده حشرات ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» آیا تکامل انسان سرانجام متوقف شده است؟ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )
» شکوه، سقف و دیگر هیچ ( پنجشنبه 9 بهمن 1393 )

آمار بازدید

کل بازدید ها :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل مطالب :
آخرین بروز رسانی :

زیر شاخه های علمی


اخبار علمی


وقت فوتبال


تبلیغات متنی

HELLO.WELCOME TO MY WEB MY NAME IS MEHRDAD ZANGENEH I LOVE YOU!!!

.

علمی
درباره ما


علمی سایتی با مطالب علمی متنوع و جالب برای همه ی سنیس
ایجاد کننده علمی :مهرداد زنگنه

به سایت علمی خوش آمدید


  • تاریخ ارسال : شنبه 9 فروردین 1393, 05:31 بعد از ظهر

پوشش دهی یکی از مهمترین بخش های مهندسی سطح است که امروزه با پیشرفت صنعت لایه های نازک و پوشش دهی، این فناوری وارد بخش های گوناگون صنعت شده است که می توان به کاربرد آن در ادوات اپتیکی، میکروالکترونیک، معماری و ساختمان اشاره کرد. روش های مختلفی برای ساخت لایه های نازک به کار گرفته می شود. یکی از این روشها، لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition - PVD) است که در خلا انجام می شود. یکی از روشهای لایه نشانی فیزیکی بخار، تبخیر به کمک باریکه الکترونی (Electron Beam Evaporation) است. 

سه مرحله اصلی در هر فرایند لایه نشانی فیزیکی تحت شرایط خلا شامل (الف) تبخیر ماده منبع؛ (ب) انتقال بخار از منبع به زیرلایه که می خواهیم آن را با ماده منبع پوشش دهیم و (ج) تشکیل لایه نازک روی زیر لایه با انباشت بخار منبع مورد نظر است که با کنترل مقدار ماده انباشت شده می توان ضخامت لایه را تنظیم کرد. در روش لایه نشانی تبخیر با استفاده از باریکه الکترونی، انرژی مورد نیاز برای تبخیر ماده منبع از انتقال انرژی الکترون ها به هدف یا ماده منبع تامین می شود.

1- مقدمه
یکی از روش های لایه نشانی، تبخیر باریکه الکترونی (Electron Beam Evaporation) است که جز روش های لایه نشانی فیزیکی بخار (Physical Vapor Deposition PVD) محسوب می شود. از آن جایی که در فرایند لایه نشانی مبتنی بر تبخیر حرارتی گرمای بسیار بالایی برای انجام تبخیر نیاز است در صورت حضور گاز اکسیژن، چنانچه فلز تبخیر شده واکنش پذیر باشد اکسید فلزی تشکیل شود. از طرفی حضور مولکول های هوا در مسیری که ماده تبخیر شده از منبع به سمت زیرلایه حرکت می کند، نرخ لایه نشانی را کاهش می دهد و مانع از تشکیل لایه با چگالی بالا می شود. بنابراین بایستی لایه نشانی در محیط خلا که تعداد مولکول ها کاهش یافته اند و تعداد برخوردها کمتر است انجام شود. بنابراین؛ این روش معمولا در شرایط خلا بسیار بالا (9-10 تا 12-10 تور) قابل انجام است. معمولا ابتدا از یک پمپ مکانیکی برای پیش پمپ و از پمپ توربو برای رسیدن به این مقادیر خلا استفاده می شود. 

در فرایند تبخیر حرارتی با استفاده از باریکه الکترونی، باریکه ای از الکترون های پرانرژی از فیلامان (رشته داغ) به سمت ماده منبع گسیل می شود و به این ترتیب انرژی مورد نیاز برای تبخیر ماده منبع تامین می گردد. این سیستم شامل یک آند و یک کاتد است آند به طور مثبت بایاس شده است و کاتد به زمین متصل است و یا نسبت به آند دارای بایاس منفی است. الکترون های گسیل شده از فیلامان (معمولا فیلامان از جنس تنگستن است) با اعمال ولتاژ بایاس 10 تا 40 کیلوولت DC به سمت ماده منبع هدایت می شوند. شکل1 طرح واره ای از دستگاه لایه نشانیِ باریکه الکترونی را نشان می دهد.



filereader.php?p1=main_ec6ef230f1828039e

شکل1- طرح واره ای از دستگاه لایه نشانی تبخیری به کمک باریکه الکترونی. الکترون ها بعد از گسیل از فیلامان تنگستنی به صورت باریکه ای از الکترون ها به کمک میدان مغناطیسی به سمت هدف یا منبع ماده، هدایت می شوند تا انرژی مورد نیاز برای انتقال ماده منبع به فاز بخار تامین شود و در نهایت به دلیل اختلاف فشار، حرکت ماده تبخیر شده به سمت زیرلایه انجام می شود و پوششی از ماده مورد نظر روی زیرلایه تشکیل می شود.



2- پیکربندی های مختلف برای هدایت و متمرکز کردن باریکه الکترونی
ماده تبخیر شده معمولا در یک خط راست که در راستای منبع تا زیرلایه است حرکت می کند. برای ایجاد لایه و پوشش هایی با ضخامت یکنواخت زیرلایه ها بر روی چرخاننده ای قرار داده می شوند. در داخل محفظه محافظ هایی قرار دارد که مانع از پخش ماده تبخیر شده در کل محفظه و آلوده کردن سایر بخش های دستگاه (به جز زیرلایه ها) می شوند.
همان طور که گفته شد یکی از روش هایی که برای گرم کردن ماده منبع مورد استفاده قرار می گیرد تا به فاز بخار تبدیل شود، گرمادهی با برخورد باریکه الکترونی به ماده منبع است. برای تولید باریکه الکترونی نیز از فیلامان استفاده می شود. از آن جایی که الکترون هایی که از محور اصلی خارج شده اند می توانند منجر به گرم شدن داخل محفظه شوند تعبیه یک روزنه برای متمرکزکردن حرارت می تواند مفید باشد. از این رو پیکربندی های مختلفی برای تبخیر کننده های باریکه الکترونی طراحی شده است. در شکل2 الف، یک میدان الکتروستاتیک منفی به الکترود استوانه ای متمرکز کننده اعمال می شود. این میدان، الکترون هایی که از کاتد گرم شده گسیل می شوند را در یک مسیر بیضی به حرکت وا می دارد. خنک کردن بوته با استفاده از جریان آبی که در درون لوله های هم مرکز که به انتهای منبع متصل هستند، انجام می شود. ویژگی این پیکربندی در این است که ماده تبخیر شده می تواند بدون هیچ برخورد با روزنه متمرکز کننده و یا برخورد با فیلامان به سمت زیرلایه که در بالای منبع قرار داده شده است، هدایت شود. بنابراین از آن جایی که امکان تشکیل لایه ای از ماده منبع روی فیلامان و آلوده شدن آن وجود دارد، با این پیکربندی فیلامان از تشکیل پوششی از جنس ماده تبخیر شده، محفوظ می ماند. در بعضی از تبخیر کننده های الکترونی از سیم پیچ های الکترومغناطیسی برای هدایت و متمرکز کردن باریکه الکترونی استفاده می شود که در این نوع پیکربندی کنترل و هدایت باریکه الکترونی بیشتر و بهتر انجام می شود (شکل2ب). درنتیجه یکنواختی پوشش نیز افزایش می یابد و الکترون هایی که از فیلامان گسیل می شوند به پشت کاتد برخورد می کنند و این سبب می شود که کاتد گرم شود و در نتیجه از آن الکترون گسیل می شود. معمولا کاتدها به شکل نیم دایره اند که این طراحی سبب می¬شود که یکنواختی در سه بعد فضایی بهبود یابد. اما روش دیگر برای تبدیل انرژی جنبشی به الکترون¬های گسیل شده از فیلامان؛ استفاده از یک آند است که در واقع همان تفنگ الکترونی است. سیم پیچ های الکترومغناطیسی نیز برای خم و متمرکز کردن باریکه الکترونی به کار می روند. این کار با تغییر جریان در سیم پیچ های الکترومغناطیسی انجام می شود که منجر به حرکت الکترون ها با الگوی لیساژو (منحنی های سینوسی دوبعدی) می شود. شکل2 ج، طرح واره این روش را نشان می دهد که با استفاده از چنین چیدمانی می توان مواد نارسانا مانند کلسیم فلوئورید (ماده مناسب برای پوشش دهی لنز دوربین برای افزایش عملکرد نوری دوربین ها) را نیز به روش تبخیر با باریکه الکترونی لایه نشانی کرد. در ضمن، در این پیکربندی ها دریچه ای (shutter) وجود دارد که بعد از اینکه دما به مقدار مورد نظر رسید و ماده منبع تبخیر شد با کنار کشیدن دریچه، لایه نشانی روی زیرلایه انجام می شود.


filereader.php?p1=main_1d665b9b1467944c1

شکل2- پیکربندی های مختلف برای انتقال باریکه الکترونی به سمت ماده منبع. (الف) تبخیر کننده باریکه الکترونی با الکترود استوانه ای متمرکز کننده که هدایت و متمرکز کزدن باریکه الکترونی با استفاده از میدان الکتروستاتیکی حاصل از اعمال ولتاژ به الکترود استوانه ای انجام می شود، (ب) تبخیرکننده باریکه الکترونی با شتاب دهنده الکترومغناطیسی به منظور هدایت و متمرکز کردن باریکه الکترونی بر روی منبع، (ج) تبخیر با استفاده از باریکه الکترونی خود شتاب دهنده.




3- فرایند تبخیر باریکه الکترونی

در اثر حرارتی که به ماده منبع منتقل می شود بخار بسیاری از ماده آزاد شود که به دلیل اختلاف فشار به سمت زیرلایه حرکت می کند. با رسیدن اتم ها و مولکول های موجود در فاز بخار به زیرلایه چگالش صورت می گیرد و با جذب گرما به وسیله زیرلایه، ماده منبع از حالت بخار به جامد، تغییر فاز می دهد. گرمای تولید شده می تواند به قدری زیاد باشد که منجر به ذوب شدن زیرلایه شود که با تنظیم فاصله میان منبع و زیرلایه می توان مانع از این اتفاق شد. 

در این روش نیز مانند سایر روش های تبخیر حرارتی انتخاب بوته های سرامیکی از اهمیت بالایی برخوردار است تا ماده منبع با بوته واکنش ندهد. بوته معمولا از جنس مس یا گرافیت است که هدایت حرارتی مناسبی دارند و به وسیله آب خنک می شود. ماده منبع، به دلیل رسیدن تعداد بسیاری از الکترون ها به آن، باردار شده و مانعِ رسیدن سایر الکترون ها به ماده منبع می شود. بنابراین، بایستی بوته به زمین متصل باشد تا الکترون های اضافی از بوته به زمین منتقل شوند. همچنین، باریکه الکترونی سطح ماده منبع را جاروب می کند تا به دلیل انرژی بالای الکترون ها، فقط یک نقطه از ماده منبع سوراخ نشود. از آنجایی که برای لایه نشانی، از تبخیر ماده به وسیله باریکه الکترونی استفاده می شود، این روش یک فرآیند گرمایی به شمار می آید و معمولا مناسب لایه¬نشانی اکسیدهای فلزی است که نقطه ذوب بالایی دارند. با این روش می توان فلزاتی مانند آلومینیوم، پالادیوم، تیتانیم، طلا، ژرمانیوم، نیکل، کرم و پلاتین را نیز لایه نشانی کرد که برای لایه نشانی هر یک از این مواد بایستی از بوته مناسب استفاده شود. بعضی از ترکیباتِ کاربید مانند تیتانیم کاربید و زیرکونیوم کاربید را بدون این که در فاز بخار تجزیه شوند، می توان با روش تبخیر باریکه الکترونی لایه نشانی کرد. بعضی از مواد مانند آلومینا (Al2O3) تحت تاثیر باریکه الکترونی به آلومینیوم، AlO3 و Al2O تجزیه می شود و استوکیومتری ماده موجود در منبع و لایه متفاوت می شود. یکی از روش ها برای تولید اکسیدهای فلزی با استفاده از تبخیر باریکه الکترونی تبخیر واکنشی است. در این روش، فلز در داخل بوته تبخیر می شود و اکسیژن به داخل محفظه وارد می شود و بخار فلز در مجاورت زیرلایه با اکسیژن واکنش می دهد و اکسید فلزی روی سطح تشکیل می شود. این کار برای لایه های کاربید فلزی با استفاده از استیلن قابل انجام است. همچنین برای تشکیل لایه های کاربید فلزی می توان از دو بوته مجزا که یکی حاوی فلز و دیگری حاوی کربن است، استفاده کرد. در آن با رسیدن بخار این دو منبع به زیرلایه به طور شیمیایی و تحت شرایط ترمودینامیک مناسب با یکدیگر ترکیب می شوند و کاربید فلزی تشکیل می شود.

همان طور که گفته شد در روش تبخیر حرارتی با استفاده از باریکه الکترونی، ابتدا باریکه الکترونی به وسیله فیلامان تولید و بر اساس پدیده ترمویونیک (پدیده گسیل الکترون از فلز ملتهب را پدیده ترمویونیک می گویند) گسیل می شود. سایر روش هایی که برای تولید الکترون در روش تبخیر حرارتی با استفاده از باریکه الکترونی، به کار گرفته می شوند، گسیل الکترون میدانی (Field Electron Emission) و قوس آندی (Anodic Arc) است. بعد از آن باریکه الکترونی شتاب داده و با استفاده از لنزهای استوانه ای متمرکز می شود. همچنین پرتاب و هدایت باریکه الکترونی به سمت منبع با استفاده از تفنگ الکترونی که مجموعه ای از لنزهای مغناطیسی است، نیز ممکن است. خم کردن باریکه الکترونی نیز با استفاده از میدان مغناطیسی انجام می شود.

4- فرایند هسته زایی و رشد لایه
تشکیل لایه روی زیرلایه شامل فرایند هسته زایی و فرایند رشد است. در فرایند هسته سازی، اتم ها یا مولکول هایی که به سطح زیرلایه رسیده اند، انرژی گرمایی خود را با انتقال به سطح از دست می دهند و سپس با توجه به مقدار انرژی گرمایی که اتم ها دارند روی سطح زیرلایه حرکت می کنند تا انرژی گرمایی به طور کامل از بین برود. با از دست دادن تمامی انرژی، این اتم ها یا مولکول های به زیرلایه می چسبند و هسته ها روی زیرلایه شکل می گیرند. با ادامه فرایند هسته زایی، هسته ها به یکدیگر متصل می شوند و لایه هایی تشکیل می شود که سطح زیرلایه را می پوشاند.

با کنترل پارامترهایی مانند انرژی جنبشیِ اتم های فرودی، دمای زیرلایه، نرخ لایه نشانی، چگونگی پخش گاز حین انتقال ماده تبخیر شده از منبع به زیرلایه، می توان چسبندگی، بازتاب نوری، مقاومت الکتریکی، ویژگی های مغناطیسی، چگالی و قدرت مکانیکی لایه ها را معین کرد.

5- مزایا و معایب
با استفاد از این روش می توان لایه ها را با نرخ های متفاوت پوشش دهی از 1 نانومتر در هر دقیقه تا چندین میکرومتر در هر دقیقه انجام داد. کنترل ساختار و مورفولوژی (ریخت) پوشش ها در مقایسه با سایر روش های لایه نشانی بیشتر است. این روش لایه نشانی در صنایع مختلف صنعتی مانند پوشش های نوری و الکترونیکی و پوشش های حرارتی و مکانیکی در هوا و فضا کاربرد گسترده دارد.

از آنجایی که این روش لایه نشانی در فشارهای تقریبا کمتر از 4-10 تور انجام می شود لایه نشانی بخش های داخلی زیرلایه هایی که هندسه پیچیده ای دارند دشوار است. یکی دیگر از معایب این روشِ لایه نشانی این است که با توجه به این که فیلامان ها عمر مشخصی دارند به مرور زمان با تخریب فیلامان، نرخ تبخیر، یکنواخت نخواهد بود و بایستی فیلامان تعویض شود.



ادامه مطلب
تبلیغات

<
علمی
علمی
علمی