Электронно-лучевой испари­тель с электронной пушкой Пирса

Электроны, эммитируемые катодом 4, смонтированным на изоляторе 5, вытягиваются ускоряющим полем через отверстие в ано­де 2. Электронный луч1 фокусируется электромагнитной лин­зой 9 и фокусирующим электродом 3 и отклоняется магнитным полем катушки 10 в тигель 11. Так как рассеиваемая на катоде мощность может составлять сотни ватт, то для охлаждения катодной ножки применяют радиатор 6, помещенный в защитный кожух 7, через который вентилятором продувается воздух. Анод может охлаждаться водой, подаваемой через ввод 8. В электрон­но-лучевых испарителях с пушкой Пирса, применяемых в микро­электронике, используют ускоряющие напряжения до 30 кВ.

Лучистый нагрев

Нагрев обрабатываемого тела потоком лучистой энер­гии от высокоинтенсивного источника излучения с определенными спектральными характеристиками называют лучистым, нагревом. Поток лучистой энергии в зависимости от температуры и физиче­ских свойств излучателя представляет собой электромагнитные волны ультрафиолетового, оптического и инфракрасного спект­ров.

Принципиальная схема термической установки с лучистым на­гревом показана на рис. ниже.

Принципиальная схема термической установки с лучис­тым нагревом:

1 — кварцевый реактор; 2 — источник излучения; 3 — рефлектор; 4 — кожух печи; 5 — фланцы реактора; 6 — пат­рубки для создания технологической среды

Основными конструктивными элемен­тами установок с использованием лучистого нагрева являются: нагреватель-излучатель 2, рефлектор 3, отражающий и фокусиру­ющий излучение, кварцевый реактор 1 для размещения обраба­тываемых изделий; вспомогательные устройства для крепления или перемещения изделия, охлаждения рефлектора, излучателя, реактора и т. д.

В зависимости от того, в каком диапазоне длин волн излуча­ется максимум энергии, источники излучения бывают для ультра­фиолетового, оптического и инфракрасного нагрева. Требования к источникам излучения:

малые размеры;

широкий диапазон излучения энергии;

отсутствие загрязнения обрабатываемого изделия;

малая инерционность и возможность гибкого автоматического управления процессом;

удобство обслуживания;

возможность ведения процесса в различных средах.

Применяемые для нагрева источники излучения могут быть подразделены на резистивные и газоразрядные.

Технические характеристики различных источников излучения

		Резистивные	излучатели		Газоразрядные излучатели
Наименование технической характеристики	спираль из сплава ОХ27Ю5А	силитовый стержень	стержень из дисилицида молибдена	лампы галогенные	дуговые лампы высокой интенсивности	ксеноновые лампы
Температура рабочего тела	До 1300	1400	1250—1650	2200—3000	6000	6000
нагревателя °С
Длина волны максимума излучения, мкм	1,83	1,72	1,54	>•»	0,6	—
Диапазон λ1—λ2, излучения	1,2—8	1,1-8,5	1—6,5	0,75—5	0,3—2,1	Селективный характер излучения
90% энергии, мкм
Тепловой баланс источника, %:
Излучение	80—90	80—90	80—90	86	35	40—60
Конвекция и теплопровод-	20—10	20—10	20—10	14	37	30—20
ность
Тепловые потери, %	---	—	—	—	28	30—20
Мощность, кВ-А	0,5	0,5—10	0,5—10	0,05—20	до 20—15	0,8—20
Стабильность лучистого потока	Высокая	Низкая	Высокая	Высокая	Низкая	Низкая
Срок службы, ч	2000—7000	1500—2000	1500—2000	1500—200Q	От десятков минут до десятков часов	300—2000
Особенности эксплуатации	Чувствительна	Значительная	Большие	Рабочее	Необходимость	Необходимость,
	к наличию	зависимость	пусковые токи,	положение —	светозащиты	светозащиты
	примесей	сопротивления	хрупкость,	горизонтальное,	и вентиляции	и вентиляции,
	щелочных	от температуры	рабочее	ограничена	(удаление	взрывоопасность.
	металлов	и срока	положение —	температура	озона)	при использо-
		наработки, образуется налет на рефлекторе	вертикальное	колбы и выводов, необходимость светозащиты		вании пускового устройства

В устройствах, использующих инфракрасный (ИК) нагрев, широко применяют резистивные излучатели. Наиболее полно отвечает предъявляемым к источникам излучения требованиям галогенная лампа ИК-нагрева. При эксплуатации галогенной лам­пы следует учесть, что температура цоколей лампы не должна превышать 350 °С из-за возможности разрушения вследствие раз­личия коэффициентов термического расширения кварца и метал­ла, используемого для нити накала. Спектральный состав излу­чаемой энергии практически ограничивается диапазоном длин волн 0,8—3,5 мкм, что определяется относительно низкой долей излучения кварца.

Существует целый ряд ламп дугового, тлеющего, ВЧ и им­пульсного разряда с различными рабочими средами (воздух, па­ры ртути, водород, дейтерий, ксенон и др.), в которых происходит разряд. В микроэлектронике применяют дуговые, ксеноновые и ртутные лампы сверхвысокого давления (СВД).

Существенным недостатком газоразрядных излучателей явля­ется сложность источника питания, так как хотя дуговой разряд обычно протекает при низком напряжении и значительном токе, но для его зажигания необходимо высокое напряжение. После возникновения дугового разряда ток устанавливается, газ иони­зируется и напряжение падает.

Дуговой разряд нестабилен по своей геометрии и мощности, что затрудняет использование газоразрядных ламп для прецизи­онного нагрева. Газоразрядные лампы создают повышенную опасность в эксплуатации из-за интенсивной ультрафиолетовой и видимой радиации, взрывоопасности и значительного образова­ния озона. Для снижения температуры кварцевой колбы некоторых газоразрядных ламп применяют автономную систему охлаж­дения дистиллированной водой.

Из рассмотрения технических характеристик различных ис­точников излучения можно заключить, что для ультрафиолетово­го нагрева (λ<0,4 мкм) можно использовать ртутные и водород­ные лампы; для оптического нагрева (λ,= 0,3 - 0,8 мкм) — дуго­вые источники, ксеноновые лампы; для инфракрасного нагрева в ближней области спектра (λ= 0,7 - 3,5 мкм) — галогенные лам­пы, а в средней области спектра ,(λ>3,5 мкм) - проволочные нагреватели из нихрома и других сплавов.