PUMA
Istituto dei materiali per l'elettronica ed il magnetismo     
Rampino S., Gilioli E., Bissoli F., Pattini F., Mazzer M., Ferrari C. Method and apparatus for producing thin films on a substrate via pulsed electron deposition process. Patent n. WO2010/058281A1. Registered in Milano on 2010.
 
 
Abstract
(English)
Description: Pulsed Electron Deposition (PED) is a technique for the growth of conductive and dielectric thin film materials (thickness of few tenths and a few tens of microns). This technique is based on the generation of a pulsed beam of high-energy electrons (1-25 keV), and the subsequent collimation of the material towards a multi-target composed by the desired elemental stoichiometry. The interaction between the beam and the target leads to an evaporation of the material from the target towards a substrate placed parallel to the surface of the target. The stoichiometry of the target is transferred completely to the evaporating phase only if this latter is produced under conditions far from thermodynamic equilibrium. This condition is obtained if the thermal transient achieved on the surface of the target material by the interaction with the e-beam is as high as possible. The surface thermal transient depends on the power of the electron beam, hence on the extraction voltage and on the beam current. This dependence is linear in the case of conductive targets, while in the case of dielectric ones, the thermal transient reaches a maximum value at a given value of current. The novelties of this patent are a method and a device for in situ measurement of the beam current, leading to the possibility of maximizing the ablation process and increasing the reproducibility of the interaction between electrons and target, thus the stoichiometry of the film. Main applications: The device described in the patent can be useful in the field of material physics, especially in the material science area (electronics, sensors, photovoltaic and magnetism), in the case of growth techniques based on electron beams. Main Advantages: The object of this patent is original and innovative, as it introduces a new non-destructive in situ diagnostics for the deposition of thin films by pulsed electron beam technique (PED), also known as PPD (Pulsed Plasma Deposition) or CSA (Channel Spark Ablation). The advantages of the diagnostic method developed are: 1) it does not affect the deposition process, and 2) it allows to know the real-time e-beam current, 3) and hence to control all the variables associated with it (rate control , area of deposition, energy of the evaporated, etc.).
Abstract
(Italiano)
Descrizione: La deposizione da elettroni pulsati (PED, Pulsed Electron Deposition) è una tecnica di tipo fisico per la realizzazione di strati sottili di materiali conduttivi e dielettrici (spessore compreso tra qualche decimo e qualche decina di micron). Tale tecnica si basa sulla generazione di un fascio pulsato di elettroni ad alta energia (1-25 keV), e la successiva collimazione di quest'ultimo verso un materiale target multi-elementale con una determinata stechiometria. L'interazione tra il fascio e il target dà origine all'evaporazione del materiale dal target verso un substrato posto parallelamente alla superficie del target stesso ad alcuni centimetri di distanza. La stechiometria del target si trasferisce completamente nei vapori prodotti solo se questi ultimi sono prodotti in condizioni lontane dall'equilibrio termodinamico. Questa condizione si ottiene se il transiente di riscaldamento prodotto sulla superficie del materiale target dall'interazione con il fascio elettronico è il più alto possibile. Il transiente termico superficiale dipende dalla potenza del fascio elettronico, quindi dal voltaggio di estrazione e dalla corrente elettronica. Questa dipendenza è lineare nel caso di target conduttivi, mentre nel caso dei dielettrici il transiente raggiunge un valore massimo per un dato valore di corrente. Il trovato consiste in un metodo ed un'apparecchiatura per misurare in situ la corrente di fascio, consentendo di massimizzare il processo di ablazione e di aumentare la riproducibilità dell'interazione tra elettroni e target, quindi della stechiometria del film. Usi Principali: L'apparecchiatura descritta nel brevetto si presta per essere utilizzata nel campo del settore della fisica dei materiali, in particolare nel campo della crescita di materiali per applicazioni in elettronica, sensoristica, magnetismo e fotovoltaico, in presenza di una tecnica di deposizione di film sottili basata sull'utilizzo di fasci elettronici. Vantaggi Principali: Il trovato è originale e innovativo, in quanto introduce un nuovo sistema non distruttivo di diagnostica in situ del processo di deposizione di film sottili ad elettroni pulsati (PED), conosciuto anche come PPD (Pulsed Plasma Deposition) o CSA (Channel Spark Ablation). I vantaggi del metodo diagnostico ideato sono: 1) non influisce sul processo di deposizione, e 2) consente di conoscere in tempo reale la corrente del fascio, 3) dando la possibilità di controllare tutte le grandezze connesse con quest'ultima (velocità di deposizione, area di deposizione, energia del materiale evaporato, etc.),4) migliorando così la riproducibilità del processo.
URL: http://www.wipo.int/patentscope/search/en/detailPdf.jsf?ia=IB2009007531&docIdPdf=id00000010736306&name=(WO2010058283)METHOD%20FOR%20PRODUCING%20THIN-FILM%20MULTILAYER%20SOLAR%20CELLS&woNum=WO2010058283&prevRecNum=1&nextRecNum=3&recNum=1&queryString=bissol
Subject 52.80.Vp Discharge in vacuum
81.15.-z Methods of deposition of films and coatings; film growth and epitaxy


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