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Laboratorio Deposizione Film Sottili: E-Beam

crogiolo durante la deposizione di un film d'argentoVista del fuso nel crogiolo durante
la deposizione di un film d'argento

Nell’evaporazione da cannone elettronico (e-beam evaporation) un fascio di elettroni viene prodotto da un filamento incandescente di tungsteno per effetto termoionico. Il filamento funge da catodo ed è connesso al terminale negativo di un generatore di tensione mentre l’anodo è costituito dal crogiolo dove si trova il materiale da depositare. I crogioli sono realizzati in rame e vengono raffreddati con acqua per proteggerli dalle alte temperature e per evitare la contaminazione del materiale da evaporare. Gli elettroni del fascio, attraverso gli urti con gli atomi del bersaglio, trasferiscono la loro energia cinetica sotto forma di energia termica. In base all’energia del fascio si possono raggiungere temperature di 3500°C, quindi tale tecnica permette l’evaporazione di un’ampia classe di materiali.

L’apparato sperimentale per la deposizione mediante cannone elettronico è composto da una camera da vuoto a cui è collegato un sistema di pompaggio costituito da una pompa turbomolecolare e una pompa rotativa collegata in serie alla precedente. All’interno della camera da vuoto, l’anodo è composto da più crogioli separati da uno schermo per permettere l’evaporazione successiva di diversi materiali. Il portacampioni è dotato di un riscaldatore e di un controllo della temperatura e delle rampe termiche.

Impianto di deposizione in continua mediante cannone elettronicoImpianto di deposizione in continua con
cannone elettronico da 10KW
Impianto per e-beam depositionImpianto studio di deposizione con cannone
elettronico da 3KW

Due gli impianti per la deposizione mediante e-beam, disponibili.
Il primo da 3 kW (foto a sinistra) usato per lo studio.
L'altro da 10 kW (foto a destra),più recente, è
utilizzato per la deposizione in "continua" di strutture di buffer layer per nastri superconduttori a base di YBCO.

Il secondo impianto permette, inoltre, di variare la posizione del fascio elettronico incidente in modo da spazzare una superficie maggiore e di aumentare di conseguenza il "rate" di deposizione ed è dotato di due arrotolatori per consentire l’eventuale produzione di nastri.

film di YSZ al microscopio SEMFilm di YSZ depositato in continua,
al microscopio elettronico SEM




La foto a sinistra, effettuata con microscopio a scansione elettronica (SEM), rappresenta un film di YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) depositato in continua su un substrato metallico di Ni-W. Nel dettaglio è visibile la particolare morfologia dell’YSZ legata alla tecnica di deposizione.

spaccato di film di YBCO al microscopio SEM Spaccato di film di YBCO, al
microscopio elettronico SEM

 


L’efficacia della struttura di buffer layer depositata in continua è stata verificata realizzando dei film di YBCO tramite PLD su multilayer di CeO2-YSZ-CeO2 di cui è visibile uno spaccato nella foto a destra .

Le misure di trasporto su questi campioni hanno dato risultati di densità di corrente critica di 1MA/cm2 a 77K e campo nullo.