O processo de evaporação por feixe de electrões é um método utilizado na deposição física de vapor (PVD) para depositar revestimentos finos e de elevada pureza em substratos. Este processo envolve a utilização de um feixe de electrões para aquecer e evaporar um material de origem, que depois se deposita num substrato posicionado por cima numa câmara de vácuo.
Resumo do processo:
- Início do feixe de electrões: O processo começa com a passagem de corrente através de um filamento de tungsténio, provocando um aquecimento por efeito de joule e a emissão de electrões.
- Aceleração e focalização dos electrões: É aplicada uma alta tensão entre o filamento e um cadinho que contém o material de origem. Esta tensão acelera os electrões emitidos. Um forte campo magnético focaliza então estes electrões num feixe unificado.
- Evaporação do material de origem: O feixe de electrões focado atinge o material de origem no cadinho, transferindo a sua elevada energia cinética para o material. Esta energia faz com que o material se evapore ou sublime.
- Deposição no substrato: O material evaporado viaja através da câmara de vácuo e deposita-se no substrato posicionado acima do material de origem. Isto resulta num revestimento fino, normalmente com uma espessura que varia entre 5 e 250 nanómetros.
- Deposição reactiva opcional: Se desejado, pode ser introduzida na câmara uma pressão parcial de gás reativo, como oxigénio ou azoto, para depositar reactivamente películas não metálicas.
Explicação pormenorizada:
- Geração do feixe de electrões: O feixe de electrões é gerado pela passagem de corrente através de um filamento de tungsténio, que aquece e emite electrões devido à emissão termiónica. Este é um passo crítico, uma vez que a qualidade e a intensidade do feixe de electrões têm um impacto direto na eficiência e eficácia do processo de evaporação.
- Aceleração e focalização: Os electrões emitidos são acelerados em direção ao material de origem através da aplicação de uma tensão elevada. O campo magnético desempenha um papel crucial na focalização do feixe de electrões, assegurando que este é concentrado e dirigido com precisão para o material de origem. Este feixe focalizado fornece uma elevada densidade de energia, que é necessária para evaporar materiais com elevados pontos de fusão.
- Evaporação e deposição: Quando o feixe de electrões atinge o material de origem, transfere a sua energia, fazendo com que o material aqueça rapidamente e se evapore. As partículas evaporadas viajam então através do ambiente de vácuo e depositam-se no substrato. O ambiente de vácuo é essencial para evitar que as partículas evaporadas interajam com as moléculas de ar, o que poderia alterar a sua trajetória e reduzir a pureza da película depositada.
- Espessura e pureza: A espessura da película depositada pode ser controlada com precisão, ajustando a duração do processo de evaporação e a distância entre o material de origem e o substrato. A pureza da película é mantida pelo ambiente de vácuo e pela transferência direta de energia do feixe de electrões para o material de origem, minimizando a contaminação.
Aplicações e vantagens:
A evaporação por feixe de electrões é particularmente útil para depositar materiais com elevado ponto de fusão, como o ouro, a platina e o dióxido de silício, que são difíceis de evaporar utilizando outros métodos, como a evaporação térmica. O processo é altamente controlável, permitindo a deposição precisa de películas finas com um impacto mínimo na precisão dimensional do substrato. Isto torna-o ideal para aplicações em eletrónica, ótica e outras indústrias de alta tecnologia onde são necessários revestimentos finos e de alta pureza.
