Elektron demetiyle fiziksel buhar biriktirme

Elektron demeti (İngilizce: Electron Beam Physical Vapor Deposition veya EBPVD) ile fiziksel buhar biriktirme işlemi, anottaki hedef malzemenin, çok yüksek vakum altında, tungsten bir flaman ile elektron bombardımanına tutulması ile gerçekleştirilir. Elektron demeti, hedefteki atomların yüzeyden koparak gaz fazına geçmesini sağlar. Buharlaştırılan bu atomlar, vakum çemberi içindeki her noktaya yapışarak ince bir film oluşmasını sağlarlar.

İnce film kaplamalar, yarı iletken endüstrisinde, elektronik materyaller yapımında, uçak endüstrisinde, yüzeyi korozif etkilerden korumak ve yüzey özelliklerini değiştirmek amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Katmanlama işlemi PVD ve CVD olarak ikiye ayrılabilir. CVD katmanlama işleminde çok yüksek sıcaklıklara ulaşılırken, kaplanan malzemenin özellikleri değişebilmektedir. CVD'nin başka bir dezavantajıda, film içerisinde yabancı partiküller oluşabilmekte ve kaplanan filminde özellikleri bozulabilmektedir. Ancak PVD işleminde, CVD kadar yüksek katmanlanma oranı yakalanamamaktadır. PVD işlemi ayrıca, katmanlanan film üzerinde stres oluşmasına sebep olmaktadır. Elektron demeti PVD işlemi ise yine de yüksek sayılabilecek bir katmanlama yüzdesine sahiptir. Film kalınlığı 0,1 µm ile 100 µm arasında değişebilmektedir.

EBPVD sisteminde, vakum çemberinde basınç 10-4 Torr'a kadar düşürülür. Buharlaştırılacak malzeme ingotlar halinde yerleştirilir. Genellikle 6 elektron tabancası, 100'lerde KW enerji ile çalıştırılırlar. Elektron demetleri, termiyonik emisyon, alan emisyonu veya anodik ark metotları ile üretilebilir. Üretilen elektronlar yüksek kinetik enerjilere çıkarılıp, ingot üzerine odaklandırılırlar. Kinetik enerjinin %85i ısı enerjisine dönüşür. İngot üzerinde artan sıcaklık ile sıvı hale gelen hedef malzeme, vakum sayesinde buharlaşmaya başlar. İngot, bakırdan yapılmış bir pota içerisinde sıvılaştırılmaktadır ve bakır pota su ile soğutulmaktadır.

Titanyum karbür gibi refrakter karbürler ve titanyum borit ve zirkonyum borit gibi boritler, buharlaştırıldıklarında bileşimler değişmez. Böyle malzemeler direkt buharlaştırılabilirler. Bu işlemde, ingot üzerine gönderilen çok yüksek enerjili elektron demeti ile vakumlu ortamda buharlaştırma yapılmaktadır. Bazı refrakter oksitlerin ve karbürlerin, elektron demeti ile buharlaştırıldıktan sonra AlO₃ ve AlO₂ olarak ikiye ayrışırlar. Silisyum karbür ve tungsten karbür gibi bazı refrakter karbürlerinde, sıcaklık ile bileşimlerinde değişim meydana gelir. Böyle malzemeleri katmanlamak için, reaktif buharlaştırma veya co-buharlaştırma yöntemleri kullanılabilir. Reaktif buharlaştırma işleminde, metal, ingottan elektron demeti ile buharlaştırılır. Oluşan buhar, reaktif gaz ile taşınır. Bu işlemde genellikle reaktif gaz olarak oksijen kullanılır. Sıcaklık uygun değere ulaşınca, buhar, gaz ile reaksiyon oluşturarak, substrat üzerinde film oluşturulur.

Metal karbür filmler ise co-buharlaşma (evaporation) yöntemi ile katmanlanabilir. Bu yöntemde, 2 ingot kullanılır ve biri metal, diğeri karbon içindir. Her bir ingot ayrı elektron demetleri ile ısıtılır. İngotlardaki buharlaşma yüzdesi kontrol edilebilmektedir. Buhar, substrat yüzeyine ulaştığında, termodinamik koşulların oluşması ile, kimyasal kombinasyon oluşturarak, substrat üzerinde metal karbür film elde edilir.

Substrat ultrasonik olarak temizlenir ve substrat tutucuya yerleştirilir. Substart tutucu, ingot kaynağı ile mesafeyi ayarlar. Tutucu, aynı zamanda substratı sürekli olarak döndürerek, yüzey üzerinde düzenli bir film oluşumu sağlar.

Daha fazla bilgi için:

İlgili Araştırma Makaleleri

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

Seramik iyonik veya kovalent bağlara sahip metal ve metal olmayan inorganik bileşik içeren katı bir malzemedir. Yaygın kullanım örnekleri çanak-çömlek, porselen ve tuğladır.

Yarı iletken üzerine yapılan mekanik işin etkisiyle iletken özelliği kazanabilen, normal şartlar altında yalıtkan olan maddelerdir.

<span class="mw-page-title-main">Isıl işlem</span>

Isıl işlem metallerin mekanik özelliklerini geliştirmek amaçlı uygulanan işlemlerin genel adıdır. Metalurjik bir işlem türüdür.

<span class="mw-page-title-main">Kaynak (imalat)</span>

Kaynak, malzemeleri, genellikle metalleri veya termoplastikleri, esas olarak parçaları birbirine eritmek ve soğumalarını sağlamak için yüksek sıcaklık kullanarak birleştiren bir üretim sürecidir ve füzyona neden olur. Yaygın alternatif yöntemler arasında, ısı olmadan bağlanan malzemeleri eritmek için kimyasallar kullanan çözücü kaynak (termoplastikler) ve basınç, soğuk kaynak ve difüzyon bağlama gibi erimeden bağlanan katı hal kaynak işlemleri vardır.

Mikroelektro-mekanik sistemler (MEMS) günümüzde var olan mekanik ve elektrik sistemlerin entegre ve minyatürize versiyonları olup mikron boyutlarında olan bu sistemleri nanoelektromekanik sistemler (NEMS) vasıtası ile nanoteknoloji uygulamaları için de kullanmak da mümkündür. MEMS kavramı ilk olarak 1987 yılında bir mikrodinamik çalıştayı esnasında telaffuz edilmiştir. Fakat MEMS kavramının ortaya çıkması esas olarak entegre devre çalışmalarında yaşanan gelişmeler ışığında olmuştur. Bu gelişmeler içinde kalıba alma, kaplama teknolojileri, ıslak oyma metotları, kuru oyma metotlarında yaşanan gelişmeler mikro aygıt yapımını mümkün kılmıştır. Küçük aygıtların yapılması konusunda ortaya çıkan ilk fikir ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından 1959 yılında yapılan "There's plenty of room at the bottom" isimli konuşmada ortaya atılmıştır. Mikro-elektromekanik sistemlerin boyutları 1 ile 100 mikrometre arasında değişim gösterir. Bu küçük boyutlarda standard fizik kuralları genellikle geçersizdir. MEMS yapılarında yüzey alanının hacime oranı oldukça yüksektir bu sebep ile yüzey etkileri hacim etkilerine baskın gelir. Mikro elektro-mekanik sistem yapıları üç bölümden oluşur. Bu bölümler mekanik bölüm, mekanik bölümü çalıştıran tahrik bölümü ve mekanik hareketin davranışını inceleyen algılama bölümü olarak özetlenebilir. MEMS tahrik mekanizmaları verilen tahrik tipine göre farklılık gösterir. MEMS yapıları termal, elektrostatik, manyetik, pnömatik ve optik olarak tahrik edilebilir. Algılama işlemi ise genellikle optik ve elektronik sinyaller vasıtası ile yapılır. MEMS, Makina-Malzeme-Elektronik başta olmak üzere, temelde tüm mühendislik dalları ve temel bilimlerle birlikte pek çok dalı kapsayan çalışmaların yapıldığı disiplinlerarası bir kavramdır.

Fiziksel buhar biriktirme.

PVD kaplama teknikleri arasında en basit olanıdır. Kaplanacak malzeme, herhangi bir şekilde ısı etkisi ile buharlaştırılır ve buharlaşan atomlar, substrat(kaplanan malzeme) üzerinde giderek yoğuşurlar. İşlem 10-5 – 10-6 ton basınçlı vakum ortamında yapılır. Kaplanan malzemeyi buharlaştırmak için çeşitli teknikler vardır bu teknikler; a) Buharlaştırılacak malzemenin, doğrudan konduğu potaya direnç olarak bağlanması, b) İndüksiyon ocağı ile ısıtma, c) Bir elektron tabancası ile elektron ışını bombardımanı, d) Elektrik arkı oluşturulması, e) Lazer ışını uygulanarak ısıtma ile, buharlaştırma işlemi yapılabilir. Bu tekniklerde, doğrudan direnç, indüksiyon, elektron tabancası ile ışın bombardımanı ve vakum ark en önemlileridir. Buharlaştırıcı potaları refrakter metallerden(Mo,W, Ta), oksitlerden(Al2O3,SiO2,M2O, ThO) veya grafitten yapılır. 1700 C’nin üzerindeki sıcaklıklarda, su soğutmalı bakır potalarda kullanılabilir.

İnce film kaplamalarda, buhar kaynağı olarak, genellikle saçtırma yöntemi kullanılmaktadır. Diğer yöntemlere göre birçok avantaj sunan bu yöntemde, katı malzeme pozitif iyonlarla bombardıman edilerek, atomlar yüzeyden kopartılır. Kaplanacak olan malzeme, hızlandırılmış iyonlar gibi enerjik parçacıklarla bombardıman edilirse, saçılan atomlar substrat (alttaş) yüzeyinde film tabakası oluştururlar.

Katodik-ark biriktirme. Bu yöntemde buharlaştırılacak malzeme (katot) ve vakum çemberinin duvarları arasında düşük voltaj - yüksek akım özelliğine sahip potansiyel uygulanır. Başlangıçta, tetikleme ile kısa devre yapılarak, anot ile katot arasında akım geçişi oluşturulur. Katot yüzeyindeki çok küçük alanlarda sıcaklığı 2500 °C civarında olan ark izi oluşturulur. Bununla beraber, katotun önünde oluşturulan yüksek elektron akışı ile buharlaşan atomların iyonizasyonu sağlanmaktadır. Buharlaştırma işlemi sırasında, kaplama malzemesinin (katot) iyi soğutulmadığı durumlarda, film kalitesini bozan ve droplet adı verilen büyük sıvı kütlelerinin yüzeyden kopması söz konusudur.

İyon kaplama, vakum kaplama işlemlerinin bir versiyonudur. İyon kaplama, substrat yüzeyinin periyodik bombardımanı ile, atomik boyuttaki partiküllerin yüzeyde biriktirilmesi ile gerçekleştirilir. Vakum iyon kaplama, reaktif iyon kaplama, kimyasal iyon kaplama gibi çeşitli teknikleri bulunur.

Manyetik olarak desteklenmiş düşük voltajlı deşarj sistemi ile 250 eV-2000 eV arasındaki enerjilerde iyon koparılmasını sağlayarak vakum çemberi içinde hareket etmesini sağlar. Koparılmanın ardından iyonlar, vakum sisteminde, çok delikli, eleğe benzer bir ekran üzerinden substrat üzerinde etkili olurlar. Ticari olarak kullanılan iyon tabancası sistemleri, 2000 eV enerjide 1 mA/cm2 akım yoğunluğunda ve 10 inch çapında argon iyon demeti sağlayacak kapasitede sistemlerdir. İyon tabancası sisteminin en büyük avantajı, katmanlama parametrelerinden bağımsız olarak iyon bombardımanı parametrelerinin kontrol edilebilmesidir. Diğer bir iyon bombardımanı tekniği olan gaz deşarjlı saçtırma işlemleri için bu bir dezavantajdır.

Çok düşük basınçlarda gaz içeren vakum çemberinde, iki elektrot arasına dc voltajı uygulanırsa, aralarında küçük voltajda bir akım geçer ve çember üzerinde düzgün bir potansiyel oluşur. Voltaj arttıkça ışıldama deşarjı oluşur. Katot akım yoğunluğu, katot üzerinde sabit kalır ve katot bölgesi, saçılan malzemenin uyarılma spektrumundan dolayı katot malzemesinin karakteristiğini gösteren renkte hafif bir ışıldamaya sahip olur. Bu renk yüzeyin saçılarak temizlenmesiyle ortaya çıkan değişim ile gözlenebilir. Daha yüksek basınçlarda, katot bölgesinin tüm katodu kapattığı görülür. Bu normal bir ışıldama bölgesidir ve iyon kaplama, saçtırmanın yapıldığı bölgedir. 1000 dc voltajda kendi kendine devam eden dc diyot gaz deşarjını elde etmek için 10 µm Argon basıncı gerekir.

Titanyum nitrür, substratın yüzey özelliklerini iyileştirmek için genellikle titanyum alaşımları, çelik, karbür ve alüminyum bileşenler üzerinde fiziksel buhar biriktirme (PVD) kaplaması olarak kullanılan son derece sert bir seramik malzemedir.

Krom nitrür, CrN formülüne sahip krom ve azotun kimyasal bir bileşiğidir. Çok serttir ve korozyona karşı son derece dayanıklıdır. Azot atomlarının krom kafesteki oktahedral delikleri işgal ettiği bir interstisyel bileşiktir: bu nedenle, kesinlikle bir krom (III) bileşiği değildir ve nitrür iyonları (N^3-) içermez. Krom ikinci bir interstisyel nitrür, dikrom nitrür, Cr₂N oluşturur.

<span class="mw-page-title-main">Kimyasal buhar biriktirme</span>

Kimyasal buhar biriktirme. Von Guerkie, sürtünme ile kıvılcım üreten kükürt topunu, eğlence amaçlı yapması bu prosesin başlangıcı sayılır. Birbirlerine sürterek kıvılcım çıkarmakta ve hidrojensülfat oluşturulmaktaydı. 1798'de Henry, hidrokarbon gazı içerisinde, kıvılcım yaratarak karbon biriktirme yapmayı başardı.

Yoğunlaşma veya yoğuşma, maddenin fiziksel halinin gaz fazından sıvı faza değişimi ve buharlaşmanın tersidir. En sık su döngüsü anlamında kullanılır. Atmosfer içinde bir sıvı veya katı bir yüzey veya Yoğunlaşma bulutu ile temas ettiğinde, su buharının sıvı suya değişmesi olarak da tanımlanabilir. Doğrudan gaz fazdan katı faza geçiş gerçekleştiğinde, değişime kırağılaşma denir.

Elektriksel öz direnç, belirli bir malzemenin elektrik akımının akışına karşı nicelleştiren bir özelliktir. Düşük bir direnç kolaylıkla elektrik akımının akışını sağlayan bir malzeme anlamına gelir. Karşıt değeri, elektrik akımının geçiş kolaylığını ölçen elektriksel iletkenliktir. Elektriksel direnç, mekanik sürtünme ile kavramsal paralelliklere sahiptir. Elektriksel direncin SI birimi ohm, elektriksel iletkenliğin birimi ise siemens (birim) (S)'dir.

<span class="mw-page-title-main">Isıtma elemanı</span>

‘’’Isıtma elemanı’, Joule ısıtma‘sıyla elektrik enerjisini ısıya dönüştürür. Elemanın içinden geçen elektrik akımı dirençle karşılaşır ve elemanı ısıtır. Peltier etkisinin aksine bu işlem akış yönünden bağımsızdır.

Borlama olarak adlandırılan, bor emdirme de denilen işlem, çok çeşitli demir, demir dışı, sermet malzemelere ve alaşımlara uygulanabilen termo-kimyasal bir yüzey sertleştirme işlemidir. İşlem, iyi temizlenmiş malzemenin 700 ila 1000 °C aralığında, tercihen 1 ila 12 saat süreyle, borlu bir katı toz, macun, sıvı veya gaz ile temas halinde ısıtılmasını içerir. Termokimyasal borlamadaki diğer gelişmeler, plazma borlama ve akışkan yataklı borlama gibi gaz borlama tekniklerini içerir.

Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.