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Kohlebeschichter und Sputter Coater mit Vorvakuum

RotaQ von Quorum Technologies

Die Geräte der RotaQ-Reihe sind vollautomatische Beschichtungsanlagen für die Herstellung von leitfähigen Schichten für Anwendungen in der Elektronenmikroskopie bei niedrigen bis mittleren Vergrößerungen. Das Gerät ist in drei Konfigurationen erhältlich: als reiner Kohlebeschichter (E), als reiner Sputter Coater (S) oder als Kombigerät (ES) aus Sputter Coater und Kohlebeschichter.

Eigenschaften

Vollautomatischer Beschichtungsablauf (inkl. Prozesslogexport als .csv-Datei über USB)
Große Probenkammer: Ø 150 mm, Höhe 220 mm
Schnelle Beschichtungszyklen
Vakuum bis 6 x 10^-3 mbar
Schichtdickenmonitor inklusive
E: Kohlefaden- oder Kohlestabverdampfung, Option zur Metallwiderstandverdampfung
S: Sputtern von nichtoxidierenden Metallen (z.B. Gold, Gold/Palladium, Platin)
ES: Kombigerät aus Kohlebeschichter und Sputter Coater

Weitere Informationen

Die RotaQ-Serie ist in drei Konfigurationen erhältlich:

RotaQ E – automatischer Kohlebeschichter mit Option für die Metallverdampfung.
RotaQ S – automatischer Sputter Coater für Edelmetalle mit Option zur Beglimmung
RotaQ ES – Kombigerät aus Kohlebeschichter und Sputter Coater

Die verschiedenen Kopfplatten für die jeweiligen Anwendungen sind in Sekunden getauscht. Der Wechsel wird vom Gerät erkannt und das Bedienmenü entsprechend geändert.

Die Eingabe der Beschichtungsparameter, Anzeige des Beschichtungsablaufs und Fehlerausgabe erfolgen über einen Touchscreen. Anwender können ihre eigenen Rezepte (max. 1000) mit allen Parametern nutzerspezifisch abspeichern. Durch die Vergabe von Zugriffsrechten sind bestimmte Parameter vor Veränderung durch Anwender geschützt. Als Administrator sind alle Einstellungen verfügbar. Per USB-Stick lassen sich Rezepte sowie Prozesslogs sichern.

Verschiedene optionale Probentische erlauben eine effiziente und reproduzierbare Beschichtung der unterschiedlichsten Probengeometrien.

Durch die vollautomatische Steuerung entfällt die Einstellung der Argonprozessgasmenge mit einem Nadelventil im Sputterbetrieb. Je nach eingestellter Gasmenge (Vakuum) wird die Spannung automatisch nachgeregelt und der programmierte Sputterstrom (mA) konstant gehalten. Dadurch kann bei hoher Probentopographie auch diffus und mit geringem Sputterstrom gearbeitet werden.

Der Rezipient lässt sich vollständig entfernen, was den Probenwechsel und die Reinigung vereinfacht.

Funktionsprinzip Kohlebeschichter

Dünne, leitfähige Schichten aus Carbon/Kohlenstoff werden durch Widerstandsverdampfung von Kohlefäden oder -stäben erzeugt. Dabei wird die Kohlenstoffquelle von einem Strom (1-70 A) durchflossen, wodurch sich diese stark erwärmt bis hin zu einer Temperatur bei dem Kohlenstoff verdampft.

Die Freisetzung von Kohlenstoff (aus Kohlestab o. Kohlefaden) erfolgt in der RotaQ-Serie gepulst und kann mit Kontrolle durch den eingebauten Schichtdickenmonitor (controlled pulse carbon rod/fiber evaporation) erfolgen. Durch die Verwendung von Kohlefäden können Schichtdicken bis zu 20 nm erreicht werden, mit Kohlestäben etwa 3 - 15 nm von vergleichbarer Qualität. Hochwertige Kohlenstofffilme für EBSD oder Trägerfilme in der TEM können durch Verwendung eines Hochvakuumgerätes der TurboQ-Serie erzeugt werden.

Funktionsprinzip Magnetron-Sputter Coater
Die Magnetron-Sputter Coater (auch "kaltes Sputtern“) besitzen im Sputterkopf (Kathode), nahe dem Target einen für diese Anwendung optimierten Magneten. Er hat die Aufgabe auf seinen Feldlinien die bei der Ionisation freiwerdenden Elektronen/ Ionen zu lenken.

Dadurch werden

Elektronen effektiver für eine weitere Ionisierung von Prozessgasionen genutzt
übermäßige Erwärmung vermieden
die nutzbare Fläche des Targets optimiert.

Beim Sputter Coating wird ein Rezipient evakuiert und anschließend kontinuierlich ein Prozessgas, vorzugsweise Argon, zugeführt. Argon hat eine optimale Ionengröße und reagiert als Edelgas chemisch nicht mit anderen Materialien. In einem Vakuumfenster von ca. 1 x 10^-1 mbar bis ca. 7 x 10^-2 mbar werden in einem elektrischen Feld Prozessgasatome (Argon) ionisiert, also ein Plasma gezündet. Die positiven Argonionen werden auf die Kathode, den Magnetronkopf mit Target, beschleunigt und schlagen aus dem Target Atome heraus die alle Oberflächen innerhalb des Rezipienten benetzen. Somit auch die zu beschichtende Probe.

Spezifikationen

RotaQ S / E / ES
Abmessungen	440 mm B x 551 mm T x 556 mm H (Höhe mit geöffnetem Kopfteil 860 mm)
Gewicht	34 kg (ES Variante)
Rezipient	Borosilikatglas 150 mm Ø (innen) x 220 mm H
Implosionsschutz	Polyethylenterephthalat (PET) - Zylinder
Bildschirm	115.5 mm x 86.4 mm (aktive Fläche) kapazitives Touch-Farbdisplay
Benutzeroberfläche	Intuitive vollständige grafische Oberfläche Touch-Screen, inkl. Log der letzten 1000 Beschichtungsvorgänge und USB-Schnittstelle.
Sputtertarget	57 mm Ø x 0.1 mm dickes Gold (Au)-Target (nur in S/ ES)
Vakuum
Drehschieberpumpe	50 l/min. 2-stufige Drehschieberpumpe mit Ölnebelfilter und Anschlussmaterial – separat zu bestellen AG-DS102.
Vakuummessung	Pirani-Messröhre
typisches Endvakuum	∼6x10^-3 mbar (bei sauberem System und Belüften mit Stickstoffgas)
Probenbühne	50 mm Ø rotierende Bühne. Platz für 6 Probenstubs, 8–20 UPM. Alternative Probenbühnen unter Optionen und Zubehör.
Anwendungen
Sputtern	0–80 mA Prozesssteuerung mit optionalem Schichtdickenmonitor oder nach programmierter Zeit. Die maximale Sputterzeit beträgt 60 Minuten ohne Bruch des Vakuums.
Kohleverdampfung	robustes, „ripple free“ Netzteil mit Puls Verdampfung für reproduzierbare Kohlenstoffverdampfung aus Stab- oder Fadenquellen. Stromimpuls: 1–75 A
Beglimmen/ Glow discharge	100 mA im DC+ Modus und 30 mA in DC-Modus
Weitere Informationen
Benötigte Gase	Argongas, 99.998% (nur S und ES); optional Stickstoff zum Belüften, 99,998%
Stromversorgung	90–250 V 50/60 Hz 1400 VA inkl. Drehschieberpumpe. 110/240 V Spannung wählbar.
Konformität	CE-Konformität: Blindleistungskompensation. Erfüllt die geltenden Vorschriften (CE-Zertifizierung).
Optionen und Zubehör
10879	Kohlestab-Verdampfungseinsatz für 3,05 mm Ø Stäbe (nur E und ES). Inklusive Spitzer, Keilwerkzeug und Kohlestäbe 3,05 mm Ø x 300 mm (Packung 10 St.).
10262	Glimmentladungs-Einsatz zur Modifizierung von Oberflächeneigenschaften (z.B. hydrophob zu hydrophil) (nur S und ES), nachrüstbar.
10726	Zusätzliches Sputterkopfteil für schnellen Materialwechsel (nur S und ES).
10360	'Rotacota': planetarische Probenbühne (Drehgeschwindigkeit 8–20 RPM). 50 mm Ø Probentisch mit sechs Stub-Positionen für 15 mm, 10 mm, 6,5 mm oder 1/8" Pin Stubs, neigbar bis 30 °.
10454	Schichtdickenmonitor mit Oszillator, Durchführung, Quarzkristallhalter und 2 Quarzen. (Im Lieferumfang enthalten)
10429	Ersatz Glasrezipient (220 mm H x 150 mm ID)

Anwendungen

Abscheidung dünner Kohlenstoffschichten

Carbon Coater / Kohlenstoffbedampfer werden zur Abscheidung dünner Kohlenstoffschichten auf Substratoberflächen eingesetzt. In der Elektronenmikroskopie wird die Kohlebedampfung benutzt, um elektrisch nicht-leitende Oberflächen leitfähig zu machen. Die Beschichtung mit Kohlenstoff wird wegen der geringen Absorption von Röntgenstrahlung in der Elementanalyse bei EDX und WDX eingesetzt.

Auftragung dünner Metallschichten

Sputter Coater werden zur Abscheidung einer dünnen Metallschicht auf Substratoberflächen eingesetzt. Dies findet Anwendung in der REM, TEM und Dünnschichttechnik.

In der Elektronenmikroskopie benutzt man das Sputtern, um elektrisch nicht-leitende Oberflächen leitfähig zu machen, da sich ansonsten die Elektronen aus dem Elektronenstrahl des Mikroskops auf der Probe sammeln und diese sich auflädt. Aufladung führt dazu, dass man Oberflächen mit einem REM nicht mehr abbilden kann. Die angestrebten Schichten sind möglichst dünn, aber effektiv elektrisch leitend und haben eine Schichtdicke von ca. 3 - 20 nm.

Veränderung von Oberflächeneigenschaften mittels Glimmentladung

Mittels Glimmentladung lassen sich Probenoberflächen in ihren Eigenschaften verändern. TEM Trägerfilme aus Kohle, zum Beispiel, sind nach der Herstellung hydrophob. Dadurch können sich Flüssigkeiten auf den Filmen nicht gut ausbreiten und Partikel in Suspensionen werden nicht gleichmäßig verteilt. Nach einer Behandlung mittels Glimmentladung werden diese Trägerfilme hydrophil und negativ geladen. Somit können sich Flüssigkeiten über den ganzen Film verteilen.