Nickel-(Ni)-Draht-Aufdampfmaterialien

Nickel (Ni) Wire Overview

Wir verkaufen Pellets und Stückchen für die Verdampfung in Depositionsprozessen nach Stückgewicht. Die ungefähren Werkstoffpreise werden bereitgestellt, um Presiabschätzungen im Rahmen von Budgetplanungen zu ermöglichen. Actual prices can vary and may be higher or lower, as determined by availability and market fluctuations. To speak to someone directly about current pricing, please click here .

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

† Magnetischer Werkstoff (benötigt spezielle Sputterquelle).

‡ Nur ein Durchlauf.

*** mit Aluminiumoxid beschichtet.

**** Suggestion based on previous experience but could vary by process. Contact local KJLC Sales Manager for further information

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.

Thermische Verdampfung von Nickel (Ni)

Nickel kann mittels Elektronenstrahl oder thermischer Verdampfung verdampft werden. Allerdings ist der Elektronenstrahl das bevorzugte Verfahren zur Verdampfung.

Die thermische Verdampfung von Nickel ist sehr schwierig. Wie Titan hat es eine starke Tendenz zur Legierung mit hochschmelzenden Metallen. Der Versuch, Nickel aus einem Wolframschiffchen thermisch zu verdampfen, hat sich als vergeblich erwiesen. Wenn sich das Schiffchen erwärmt und das Nickel schmilzt, legiert es mit dem Schiffchen, wodurch es kurz nach dem Kontakt mit dem flüssigen Nickel spröde wird und bricht. Daher ist die Deposition sehr begrenzt.

Stattdessen empfehlen wir bei Verwendung eines KJLC^®-Systems ein mit Aluminiumoxid beschichtetes Wolframschiffchen wie unser EVS9AAOW. Das Aluminiumoxid wirkt als Barriere zwischen dem Nickel und dem Wolfram, was die Lebensdauer des Schiffchens verlängert und die Deposition von Nickel verbessert. Anstatt das Schiffchen zu benetzen, bildet das Nickel nach dem Schmelzen eine Kugel auf der Aluminiumoxidschicht. Nur vier 1/8" Durchmesser x 1/8“ lange Pellets können gleichzeitig sicher in dieses Schiffchen geladen werden. Diese Schiffchen versagen dennoch recht häufig und halten ungefähr 1-3 Durchläufe. Aufgrund der begrenzten Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumoxid wird mehr Leistung benötigt, um die Verdampfung zu ermöglichen.

Mit dem EVS9AAOW sind wir in der Lage, relativ dicke Schichten (ca. 1 Mikron pro Verdampfungslauf) mit Raten von 0-5 Angström pro Sekunde unter Verwendung von zwei parallel geschalteten Kepco^© Netzteilen abzuscheiden. Das Nickel braucht nur etwa 230 A Strom, um zu schmelzen und zu verdampfen, benötigt jedoch Spannungen größer als 4V, um bei diesem Strom zu laufen. Mit nur einem Kepco-Netzteil verdampft das Nickel immer noch bei etwa 100 % Leistung, aber die Raten liegen näher bei 1 Å/sec, und die Schichtdicke wird auf etwa 2.000 Å insgesamt begrenzt, bevor die Rate zu sinken beginnt.

Die Alternative zur Verwendung eines Schiffchens wäre die Verwendung eines Al₂O₃-Tiegels mit einem Tiegelheizer. Das Problem dabei ist, dass es sehr schwierig ist, ausreichend hohe Temperaturen zu erreichen, um Nickel abzuscheiden. Tiegel sind auf externe Erwärmung angewiesen, wobei die benötigte Energie, um die Temperatur so weit zu erhöhen, dass eine Abscheidung erreicht wird, nicht ins Unendliche getrieben werden kann.

Elektronenstrahlverdampfung von Nickel (Ni)

Der beste Weg, Nickel zu verdampfen, ist die Elektronenstrahlverdampfung. We recommend using a FABMATE® liner for the e-beam evaporation of nickel. However, Fabmate® is limited to only one run. Während der Verdampfung schmilzt das Nickel und haftet an den Tiegelwänden. Beim Abkühlen und Wiedererwärmen (sofern es der Tiegel soweit schafft) führt der Unterschied in der thermischen Kontraktion und Ausdehnung des Nickels und des Fabmate^®-Liners zu einer immensen Belastung des Liners und damit zu einem Riss. Erfahrene Anwender sind manchmal in der Lage, mehrere Läufe aus einem Fabmate^® Liner mit langsamen Rampenraten von ~0,1 % Leistung pro Sekunde sowohl nach oben als auch nach unten zu erhalten.

An alternative to Fabmate® would be a copper crucible liner. In our experience, using a copper crucible liner has proven to be a good way to e-beam evaporate nickel. Nickel melts at 1453°C which is very near to its evaporation temperature. It is important to note that power should be ramped slowly both up and down when conducting this method. Nickel also has an average thermal conductivity. As the temperature of the nickel pellets increases in the copper liner, the nickel melts in strata. In other words, the top pellets melt and form a layer which is in contact with the inner diameter of the liner. Heat then gets conducted along the length of this layer to the liners side walls without too much heat seeping to the layer of pellets underneath. Deposition rates are stable coming off this top melted layer of nickel. In our observation, the melted nickel does not stick to the side walls of the liner allowing users to remove the material. Power levels should be reasonable and repeatable with only a slight creep upward over repeated runs. There is no interaction between the liquid nickel and the copper liner.

Copper crucible liner containing partially melted Nickel pellets.

Partially melted Nickel pellets extracted from Copper crucible liner. In our observation, the melted Nickel does not stick to the side walls of the liner allowing users to remove the material.

Ein wichtiger Prozesshinweis ist die Beachtung des richtigen Füllvolumens des Tiegeleinsatzes. Wir stellen fest, dass der Schmelzpegel des Werkstoffs im Tiegel direkten Einfluss auf den Erfolg der Verwendung des Tiegeleinsatzes hat. Ein Überfüllen des Tiegels führt dazu, dass der Werkstoff überläuft und einen elektrischen Kurzschluss zwischen Liner und Heizer erzeugt. Das Ergebnis ist die Entstehung von Rissen in den Tiegeleinsätzen. Dies ist die häufigste Ursache für den Ausfall von Tiegeleinsätzen. Den Tiegeleinsatz zu wenig zu befüllen oder zu viel zu verdampfen bevor wieder nachgefüllt wird, kann für den Prozess ebenso nachteilig sein. Wenn der Schmelzpegel unter 30 % fällt, trifft der Elektronenstrahl mit hoher Wahrscheinlichkeit Boden oder Wände des Tiegels, was sofort zu einem Bruch führt. Unsere Empfehlung ist, den Tiegel zwischen 2/3 und 3/4 zu füllen, um diese Schwierigkeiten zu verhindern. Aber auch bei Einhaltung dieser Füllrichtlinien versagt der Fabmate^® Liner beim Abkühlen. Die Tiegeleinsätze sollten an einem kühlen, trockenen Ort gelagert und immer mit Handschuhen oder Pinzetten gehandhabt werden.

Nickel kann auch direkt aus der Kupfertasche der Elektronenkanone heraus betrieben werden. Aus diesem Grund bevorzugen einige Kunden einen passend geschmolzenen Block (oder Starterquelle), der direkt in die Tasche eingesetzt wird. Die beiden Hauptvorteile des Einsatzes einer Starterquelle sind die einfache Handhabung und hohe Packungsdichte. Um gebrochene Tiegeleinsätze zu vermeiden, benutzen manche Kunden die Starterquellen auch direkt in der Kupfertasche der Elektronenkanone. A copper crucible liner is also a good option for customers operating shared systems where using a liner is required.

KJLC^® kann diese Starterquellen herstellen. Contact us by clicking here with your e-gun manufacturer, pocket size, and number of pockets in order for us to produce a quote.