Entwicklung von Elektronenstrahlsystemen und -technologien

Die Arbeitsgruppe von Prof. Haydn Wadley, University of Virginia (USA), hat in den zurückliegenden Jahren eine spezielle Technologie zur Vakuumbeschichtung, vorzugsweise von Bauteilen, Fasern, Schaumstoffen und Pulvern, entwickelt und stetig optimiert, die sich gegenüber konventionellen PVD-Verfahren durch verbesserte Materialausnutzung und die Fähigkeit zur Dampfabscheidung auch auf Flächen ohne direkten „Sichtkontakt“ zur Dampfquelle auszeichnet. Kernelemente dieser als „Gerichtete Dampfabscheidung“ (DVD) bezeichneten Technologie sind die kontaminationsfreie Verdampfung des schichtbildenden Materials durch Elektronenstrahlen hoher Leistungsdichte sowie Fokussierung und gerichteter Transport der Dampfteilchen in Trägergas-Jets. Die Beimischung von Reaktivgas sowie die Koverdampfung verschiedener Materialien sind ebenfalls möglich, wobei das Trägergas für eine gleichmäßige Vermischung der Konstituenten sorgt und so die (reaktive) Abscheidung von Verbindungen mit homogener Zusammensetzung befördert. Das Fraunhofer FEP hat zur Umsetzung dieser Verfahrensidee mit speziellen Elektronen-strahl- und Plasmaquellen für den Fein- und Grobvakuum-bereich beigetragen.

Ein gewisser Nachteil des DVD-Verfahrens besteht darin, dass der erhöhte Arbeitsdruck zu Streuung und Energieverlust der Dampfteilchen führt, was die Schichtbildung ungünstig beeinflusst. Durch Plasmaaktivierung lassen sich diese Probleme jedoch überwinden und Schichten in der gewünschten Morphologie abscheiden. Dies ist durch die Plasmaparameter steuerbar, wobei die Richtcharakteristik des Dampfstromes nicht beeinträchtigt werden darf und universelle Anwendbarkeit auf eine breite Materialpalette gefordert ist. Für „DVD III“ wurde deshalb eine „Multi-Jet-Hohlkathode“ entwickelt. Die Aktivierung des Dampfes erfolgt durch vier symmetrisch einwirkende Hohlkathoden-Bogenentladungen, die von nur einer MF-Pulsstromversorgung sequentiell gespeist werden.