電子ビーム蒸着は物理蒸着（PVD）技術の一つで、集束した電子ビームを利用して、通常真空環境下で原料を加熱・蒸発させる。この方法は、基板上に高純度で高密度のコーティングを成膜するのに特に効果的で、他の方法では加工が困難な高融点の材料を蒸発させることができる。
電子ビーム蒸着の物理学的概要：
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電子ビームの発生と集束：
- このプロセスは、電流を流すとジュール熱を受けて電子を放出するタングステンフィラメントから始まる。フィラメントとソース材料の入ったルツボの間に高電圧をかけ、この電子を材料に向かって加速する。強い磁場は、電子を統一ビームに集束させるために使用される。
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エネルギー移動と蒸発：
- 高エネルギー電子ビームが、るつぼ内のソース材料に衝突する。電子の運動エネルギーが材料に伝達され、材料が加熱され、最終的に蒸発する。電子ビームの電気密度が高いため、このエネルギー移動が効率的に行われ、融点の高い材料の蒸発が可能になる。
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基板への材料の蒸着：
- 蒸発した材料は真空チャンバー内を移動し、ソース材料の上に配置された基板上に堆積する。その結果、基板上に高純度の薄いコーティングが形成される。コーティングの厚さは、用途に応じて5～250ナノメートルに及ぶ。
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反応蒸発（オプション）：
- 蒸発プロセスでは、酸素や窒素のような反応性ガスの分圧をチャンバー内に導入することができる。これにより、非金属膜の反応性蒸着が可能になり、蒸着できる材料の範囲が広がります。
詳しい説明
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電子ビームの発生： 電子ビームは、タングステンフィラメントに電流を流すことで発生し、フィラメントは発熱して電子を放出する。これらの電子は高電圧で加速され、磁場を利用してビームに集束される。このビームは、るつぼ内のソース材料に向けられる。
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ソース材料の蒸発： 電子ビームがソース材料に当たると、その運動エネルギーが移動し、材料が急速に加熱される。この強烈な熱は、金、白金、二酸化ケイ素のような融点の高い材料でさえ蒸発させるのに十分である。蒸発プロセスは高度に制御され効率的であるため、材料を正確に蒸着することができる。
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基板への蒸着： 蒸発した材料は蒸気の形で真空チャンバー内を移動し、基板上に堆積します。真空環境は、コンタミネーションを防ぎ、蒸気が基材まで一直線に移動し、均一なコーティングを実現するために非常に重要です。
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反応性蒸着： 反応性ガスをチャンバー内に導入することで、純粋な金属以外の化合物を蒸着するようにプロセスを変更することができる。これは、反応性ガスが蒸発した材料と化学反応し、基板上に新しい化合物を形成することによって達成される。
電子ビーム蒸着は、高純度で、高融点を含む様々な材料を扱うことができる、薄膜蒸着分野における汎用性の高い強力な技術です。
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