Кіріспе
20 ғасырдың ортасынан бері электрондық сәуле технологиясы жартылай өткізгіштерді өндіру, микроэлектромеханикалық жүйелер, наноэлектромеханикалық жүйелер және микроскопия салаларында жаңа және арнайы қолданыстарды дамытуға негіз болды.
Механизм
Вакуумдағы бос электрондарды электр және магнит өрістері арқылы басқаруға болады, осылай жіңішке сәуле жасауға болады. Бұл сәуле қатты денемен соқтығысқанда, электрондар жылуға немесе кинетикалық энергияға айналады. Материяның шағын көлеміндегі энергияны электрондық түрде дәл басқаруға болады, бұл көптеген пайдалы мүмкіндіктер береді.
Қолданбалар
Соқтығысу орнындағы температураның күрт өсуі нысана материалды жылдам балқытады. Шектей жағдайларда температураның күрт өсуі тіпті булануға алып келуі мүмкін, бұл электронды сәулені дәнекерлеу сияқты жылыту қолданбаларында өте тиімді құралға айналдырады. Электронды сәуле технологиясы кабельдік оқшаулауда, субмикрометрлік және наноөлшемді кескіндерді жасауда, микроэлектроникада түсті басылымды электронды сәулемен бекітуде, сондай-ақ полимерлерді, оның ішінде сұйық кристалды пленкаларды жасау және өңдеуде, және тағы да көптеген салаларда қолданылады.
Пештер
Вакуумда электрондық сәуле кез келген материалды ерітуге немесе өзгертуге қабілетті жылу көзі болып табылады. Бұл жылу көзі немесе фазалық өзгеріс суық мыс қазаншаның қабырғаларындағы қатты металл қабығы мен вакуумның арқасында толығымен стерильді болады. Бұл ең таза материалдарды электрондық сәулелі вакуумдық пештерде өндіруге және тазартуға мүмкіндік береді. Сирек және отқа төзімді металдарды кішкентай көлемді вакуумдық пештерде өндіруге немесе тазартуға болады. Болаттарды жаппай өндіру үшін өнеркәсіп дамыған елдерде тонналармен өлшенетін сыйымдылығы және мегаватттармен өлшенетін электрондық сәуле қуаты бар үлкен пештер бар.
Дәнекерлеу
1950 жылдардың соңында электронды сәулемен дәнекерлеудің өнеркәсіптік деңгейде қолданыла бастағанынан бері, әлем бойынша көптеген электронды сәулелі дәнекерлеу машиналары жасалып, пайдаланылуда. Бұл дәнекерлеу машиналары бірнеше литрден бастап жүздеген куб метрге дейінгі жұмыс камераларымен жабдықталған, ал электрондық қарулары 100 кВт дейін қуатты жеткізе алады.
Жер бетін өңдеу
Қазіргі заманғы электронды сәулелі дәнекерлеу машиналары көбінесе компьютерлік басқарумен жұмыс істейтін бұрылу жүйесімен жабдықталады, ол сәулені жұмыс дайындамасының таңдалған аймағында жылдам және дәл жылжытуға мүмкіндік береді. Жылдам қыздырудың арқасында материалдың тек жұқа беткі қабаты ғана қыздырылады. Қолданылу салалары: қатайту, қайта кристалдандыру, темперлеу, текстуралау және жылтырату (аргон газының болуымен). Егер электронды сәуле беттегі шағын ойықты кесу үшін қолданылса, оны жоғары жылдамдықпен ойық бойымен горизонтальды түрде қайталап қозғалту нәтижесінде шығарылған балқыған металдан кішкентай үйінді пайда болады. Қайталау арқылы бір миллиметрге дейін биіктігі жететін тік конструкциялар жасалуы мүмкін. Бұл конструкциялар әртүрлі материалдардың байланысуына көмектеседі және металдың беткі тегіс еместігін өзгертеді.
Қосымша өңдеу
Аддитивті өндіріс – бұл 3D модельдегі деректерден объектілер жасау үшін материалдарды қоса біріктіру процесі, көбінесе ұнтақ материалды қабат-қабат еріту арқылы. Вакуумде компьютермен басқарылатын электронды сәуле арқылы еріту өте жоғары дәлдікке ие. Электронды сәулемен тікелей өндіру (ЭҚ) – бұл коммерциялық түрде қолжетімді, ірі масштабты, толық бағдарламаланатын және дерлік түпнұсқа пішіндегі бөлшектерді жасаудың алғашқы құралы.
Металл ұнтақтарын өндіру
Металл бастауыш тікелей электрондық сәулемен қыздырылып, бір уақытта қарқынды айналдырылады. Металл таяқшадан ұшып шыққанда суып, ұнтақ түзіледі.
Өңдеу
Электрондық сәулемен өңдеу – жоғары жылдамдықты электрондардың өте жоғары жазықтық қуат тығыздығына ие тар сәулеге шоғырланған процесс. Сәуленің қимасы жұмыс дайындамасына бағытталып, оны қыздырып, материалды буландырады. Электрондық сәулемен өңдеу әртүрлі металдарды дәл кесуге немесе тесуге қолданылуы мүмкін. Соның салдарынан, беткі өңдеу сапасы жақсырақ болады және кесу ені басқа жылулық кесу процестерімен салыстырғанда тар болады. Дегенмен, жабдықтың жоғары құнына байланысты, бұл технологияның қолданылуы жоғары құнды өнімдермен шектеледі.
Литографиялық
Электрондық литография өте жіңішке бағытталған электрондық сәуле арқылы жасалады, ол резистте микроқұрылымдарды жасайды, олар кейіннен, көбінесе балқыту арқылы, субстрат материалына көшіріледі. Бұл технология бастапқыда интегралдық тізбектерді өндіру үшін әзірленген, сондай-ақ нанотехнологиялық құрылымдарды жасау үшін де қолданылады. Электрондық литографияда электрондық сәулелердің диаметрі екі нанометрден жүздеген нанометрге дейін ауыспалы болады. Электрондық литография компьютерлік жасалған голограммаларды (КЖГ) жасауға да пайдаланылады. Маскасыз электрондық литография фотолитография үшін фотомаска жасау, жартылай өткізгіш компоненттердің шағын көлемде өндірілуі және ғылыми-зерттеу мен әзірлеу жұмыстарында кеңінен қолданылады.
Физикалық бумен жиналатын күн элементтерін өндіру
Физикалық будың тұнуы вакуумда жүзеге асады және металлдардың жұқа қабаттарын тіреуші құрылымға жағу арқылы күн жасушаларының жұқа қабаттарын жасауға мүмкіндік береді. Электрондық сәулемен буландыру, термоэмиссиялық шығарылымды пайдаланып, жоғары кернеулі катод және анодтың орналасуы арқылы үдетілген электрон ағынын құрайды. Электростатикалық және магниттік өрістер электронды нысанаға бағыттап, оған ұшырады. Кинетикалық энергия материалдың бетінде немесе оның жанында жылу энергиясына айналады. Нәтижесінде пайда болатын қызу материалды балқытып, содан кейін буландырады. 3500 градус Цельсийден жоғары температураға жетуге болады. Көзден шыққан бу субстратқа конденсацияланып, жоғары тазалықтағы материалдың жұқа қабатын құрайды. Бір атомдық қабаттан бастап көптеген микрометрге дейін қалыңдықты жасауға болады. Бұл техника микроэлектроникада, оптикада, материалдарды зерттеуде, сондай-ақ күн жасушаларын және көптеген басқа да өнімдерді өндіруде қолданылады.
Емдеу және стерильдеу
Электрондық сәулемен қатаю – бояулар мен сияларды дәстүрлі еріткіштерді қолданбастан қатайту әдісі. Электрондық сәулемен қатаю дәстүрлі еріткіштердің булану процестеріне ұқсас жабын жасауға мүмкіндік береді, бірақ бұл жабын полимерлену процесі арқылы қол жеткізіледі. Электрондық сәулемен өңдеу полимерлерді жылулық, механикалық немесе химиялық әсерлерге төзімді ету үшін байланыстыруға да қолданылады. Электрондық сәулемен өңдеу медициналық бұйымдарды, азық-түліктерді стерильдеуге және асептикалық қаптама материалдарын өңдеуге, сондай-ақ дезинфекциялауға, дәнді дақылдардан, темекіден және басқа да өңделмеген жаппай өнімдерден тірі жәндіктерді жоюға пайдаланылады.
Электрондық микроскоптар
Электрондық микроскоп үлгіні жарықтандыру және ұлғайтылған кескінді алу үшін бақыланатын электронды сәулені пайдаланады. Екі көп қолданылатын түрі – сканерлік электрондық микроскоп (СЭМ) және трансляциялық электрондық микроскоп (ТЭМ).
Медициналық сәулемен емдеу
Металға түсетін электрондық сәулелер рентген сәулелерін тудырады. Рентген сәулелері диагностикалық мақсатта қолданылуы мүмкін, мысалы, тіс немесе аяқ-қолдың суреттерін алу үшін. Көп жағдайда, мұндай рентген түтікшелерінде металл ерімеуі үшін айналатын диск түрінде болады; бұл диск магниттік мотор арқылы вакуумде айналады. Рентген сәулелерін қатерлі ісіктерді жою үшін де пайдалануға болады. Therac 25 машинасы осының танымал мысалы.