El proceso de evaporación por haz electrónico es un método utilizado en la deposición física de vapor (PVD) para depositar revestimientos finos de gran pureza sobre sustratos. Este proceso implica el uso de un haz de electrones para calentar y evaporar un material fuente, que luego se deposita sobre un sustrato colocado encima en una cámara de vacío.
Resumen del proceso:
- Iniciación del haz de electrones: El proceso comienza con el paso de corriente a través de un filamento de tungsteno, lo que provoca un calentamiento por julios y la emisión de electrones.
- Aceleración y focalización de los electrones: Se aplica una alta tensión entre el filamento y un crisol que contiene el material fuente. Esta tensión acelera los electrones emitidos. A continuación, un fuerte campo magnético concentra estos electrones en un haz unificado.
- Evaporación del material fuente: El haz de electrones enfocado golpea el material fuente en el crisol, transfiriendo su alta energía cinética al material. Esta energía hace que el material se evapore o sublime.
- Deposición sobre el sustrato: El material evaporado viaja a través de la cámara de vacío y se deposita sobre el sustrato colocado encima del material fuente. El resultado es un revestimiento fino, cuyo grosor suele oscilar entre 5 y 250 nanómetros.
- Deposición reactiva opcional: Si se desea, se puede introducir en la cámara una presión parcial de gas reactivo, como oxígeno o nitrógeno, para depositar reactivamente películas no metálicas.
Explicación detallada:
- Generación del haz de electrones: El haz de electrones se genera haciendo pasar corriente a través de un filamento de tungsteno, que se calienta y emite electrones debido a la emisión termoiónica. Se trata de un paso fundamental, ya que la calidad y la intensidad del haz de electrones influyen directamente en la eficiencia y la eficacia del proceso de evaporación.
- Aceleración y focalización: Los electrones emitidos se aceleran hacia el material fuente aplicando un alto voltaje. El campo magnético desempeña un papel crucial en el enfoque del haz de electrones, garantizando que se concentre y se dirija con precisión hacia el material fuente. Este haz concentrado proporciona una alta densidad de energía, necesaria para evaporar materiales con puntos de fusión elevados.
- Evaporación y deposición: Cuando el haz de electrones incide sobre el material de partida, transfiere su energía, haciendo que el material se caliente rápidamente y se evapore. A continuación, las partículas evaporadas atraviesan el entorno de vacío y se depositan sobre el sustrato. El entorno de vacío es esencial para evitar que las partículas evaporadas interactúen con moléculas de aire, lo que podría alterar su trayectoria y reducir la pureza de la película depositada.
- Espesor y pureza: El espesor de la película depositada puede controlarse con precisión ajustando la duración del proceso de evaporación y la distancia entre el material de partida y el sustrato. La pureza de la película se mantiene gracias al entorno de vacío y a la transferencia directa de energía del haz de electrones al material fuente, lo que minimiza la contaminación.
Aplicaciones y ventajas:
La evaporación por haz electrónico es especialmente útil para depositar materiales de alto punto de fusión, como oro, platino y dióxido de silicio, que son difíciles de evaporar con otros métodos, como la evaporación térmica. El proceso es muy controlable, lo que permite la deposición precisa de películas finas con un impacto mínimo en la precisión dimensional del sustrato. Esto lo hace ideal para aplicaciones en electrónica, óptica y otras industrias de alta tecnología en las que se requieren revestimientos finos de gran pureza.
