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Nickel Ni Evaporation Process Notes


Nickel (Ni) General Information

Nickel ist ein hartes, glänzendes, silbrig weißes Metall. Es hat eine Dichte von 8,91 g/cm³, einen Schmelzpunkt von 1.453 °C und einen Dampfdruck von 10-4 Torr bei 1.262 °C. Seine Hauptmerkmale sind Formbarkeit, Duktilität und Ferromagnetismus und seine polierte Oberfläche widersteht einem Anlaufen an Luft. Es ist neben Eisen das zweithäufigste Element im Erdkern. Es wird hauptsächlich zur Herstellung von Edelstahl, Münzen und Batterien verwendet. Es wird auch in der Schmuckherstellung verwendet. Der Einsatz dort ist aber aufgrund von Hautallergien zurückgegangen. Beim Verdampfen im Vakuum kann Nickel als dekorative Beschichtung auf keramischen Oberflächen oder Lötschicht bei der Herstellung von Schaltkreisen verwendet werden. Bei der Herstellung von magnetischen Speichermedien, Brennstoffzellen und Sensoren wird es oft zu Schichten gesputtert.

Nickel Ni Specifications

WerkstofftypNickel †
SymbolNi
Atomares Gewicht58,6934
Ordnungszahl28
Farbe und AussehenGlänzend, metallisch, silbrig getönt
Wärmeleitfähigkeit91 W/m.K
Schmelzpunkt (°C)1.453
Wärmeausdehnungskoeffizient13,4 x 10-6/K
Theoretische Dichte (g/cm³)8,91
SputterGleichspannung
Max. Leistungsdichte*
(Watt/Quadratzoll)
50*
FerromagnetischMagnetischer Werkstoff
Z-Verhältnis0,331
ElektronenstrahlExzellent
Thermische Verdampfungstechniken Boot:  W***
Tiegel:  Al2O3
Elektronenstrahlverdampfer Material TiegeleinsatzFABMATE®‡, Copper
Temp. (°C) für gegebenen Dampfdruck Druck (Torr) 10-8:  927
10-6:  1.072
10-4:  1.262
BemerkungenLegiert mit W/Ta/Mo. Glatte, haftende Schichten.

† Magnetischer Werkstoff (benötigt spezielle Sputterquelle).

*** mit Aluminiumoxid beschichtet.

* Dies ist eine Empfehlung, die auf unserer Erfahrung mit diesen Materialien in KJLC-Sputterkanonen basiert. Die Raten basieren auf nicht-gebondeten Targets und sind materialspezifisch. Gebondete Targets sollten mit geringerer Leistung betrieben werden, um ein Versagen des Bondings zu vermeiden. Gebondete Targets sollten je nach Material mit 20 Watt/Quadratzoll oder niedriger betrieben werden.

Z-Faktoren

Empirische Bestimmung des Z-Faktors

Leider sind der Z-Faktor und das Schubmodul für viele Werkstoffe nicht ohne weiteres verfügbar. In diesem Fall kann der Z-Faktor auch empirisch unter Verwendung der folgenden Verfahren bestimmt werden:

  • Legen Sie den Werkstoff ab, bis die Lebensdauer des Kristalls bei 50 % oder kurz vor dem Ende der Lebensdauer des Kristalls liegt, je nachdem, was früher eintritt.
  • Legen Sie ein neues Substrat neben den verwendeten Quarzsensor.
  • Stellen Sie die QCM Dichte auf den kalibrierten Wert ein; Werkzeug auf 100 %.
  • Nehmen Sie eine Null-Kalibrierung der Schichtdickenmessung vor.
  • Dampfen Sie ungefähr 1000 bis 5000 A des Werkstoffs auf das Substrat auf.
  • Verwenden Sie ein Profilometer oder Interferometer, um die tatsächliche Dicke der Substratschicht zu messen.
  • Stellen Sie den Z-Faktor des Instruments ein, bis der korrekte Dickenwert angezeigt wird.

Eine weitere Alternative besteht darin, die Kristalle häufig zu wechseln und den Fehler zu ignorieren. Die folgende Grafik zeigt den %-Fehler in der Rate bzw. Dicke bei Verwendung des falschen Z-Faktors. Bei einem Kristall mit einer Lebensdauer von 90 % ist der Fehler vernachlässigbar, selbst für große Fehler in dem programmierten gegenüber dem tatsächlichen Z-Faktor.

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