ماهيت فيزيکي
اجسام معمولي هنگام برخورد با يکديگر گرم مي‌شوند و گاهي گرماي توليد شده به قدري است که به آساني مي‌توان آن را حس نمود. الکترونها نيز هنگام برخورد با مواد ، گرما توليد مي‌کنند و انرژي جنبشي آنها در هنگام تبديل به انرژي گرمايي شده و دماي جسم افزايش مي‌يابد. براي آنکه اين انرژي سبب ذوب يا تبخير مواد شود، الکترونها بايد انرژي لازم براي اين کار را داشته باشند. در اينجا درباره چگونگي توليد الکترونها ، افزايش انرژي آنها ، نحوه حرکت و چگونگي متمرکز ساختن آنها بر روي ماده مورد نظر ، ضمن تشريح اجزاي تفنگ الکتروني بحث مي‌شود.
ساختمان تفنگ الکتروني
يک تفنگ الکتروني از يک چشمه توليد الکترون ، يک ميدان الکتريکي مناسب و بوته نگهداري ماده تبخير شونده تشکيل شده است. چشمه توليد الکترون ، يک سيم داغ از جنس تنگستن مي‌باشد. فلزات بر اثر گرم شدن از خود ، الکترون آزاد مي‌کنند. اثر اديسون و ميزان الکترونهاي توليد شده از رابطه ريچاردسون داشمن بدست مي‌آيد:
I = C A T2 e-?/KT
در اين معادله عدد ثابتي است که بستگي به فلز دارد، A مساحت کل سطح بيروني سيم است. T دماي سيم ، ? تابع کار (مقدار انرژي لازم براي جدا شدن سست‌ترين الکترون از سطح فلز) و K ثابت بولتزمن ، برابر 1.38×10-23 مي‌باشد.
مکانيزم تفنگ الکتروني
وقتي از يک سيم تنگستن جريان چند آمپري عبور مي‌کند، سيم داغ شده و بنا بر آنچه بيان شد الکترونها آزاد مي‌شوند و الکترونهاي توليد شده در اطراف سيم سرگردان مي‌مانند مگر بوسيله يک اختلاف پتانسيل چند هزار ولتي به آنها انرژي داده شود تا به سمت يک هدف معين (ماده تبخير شونده) شتاب بگيرند. اگر اين ولتاژ را V بناميم انرژي هر الکترون eV داده خواهد بود که از نوع انرژي پتانسيل است و سبب حرکت آن به سمت آند شده و تبديل به انرژي جنبشي مي‌شود. هنگام برخورد با آند تبديل به انرژي گرمايي مي‌شود. حرکت اين الکترونها به سمت آند ايجاد جريان الکتريکي مي‌نمايد که از معادله چايد لانلمير بدست مي‌آيد:
I = PV1/2
P مقدار ثابتي است که بستگي به پارامترهاي مختلف از جمله ابعاد ثابتي است که بستگي به پارامترهاي مختلف از جمله ابعاد هندسي تفنگ الکتروني دارد. V همان ولتاژ آند است که در حدود چند هزار ولت مي‌باشد. تفنگ الکتروني با توان بالا قابليت تبخير اجسام ديرگداز را دارد. تنگستن که در حدود 3400 ?C ذوب مي‌شود بوسيله يک تفنگ الکتروني 2KW قابل تبخير است.
انواع تفنگ الکتروني
تفنگهاي الکتروني با توانهاي بالاتر نيز ساخته شده‌اند. تقريبا تمام تفنگهاي الکتروني نياز به يک سيستم چرخان آب براي سرد کردن بوته حاوي ماده تبخير شونده دارد زيرا در غير اينصورت بوته نيز بر اثر گرماي زياد ذوب مي‌شود. براي آنکه پرتوهاي الکتروني پرانرژي با سطوح جانبي بوته و سرد کردن برخورد نکنند و انرژي آنها هدر نرود از سيستم‌هاي مختلف براي متمرکز کردن آنها روي ماده تبخير شونده استفاده مي‌شود.
يک سيستم ساده استفاده از محافظ الکتريسيته ساکن است که بطور ساده از يک توري استوانه‌اي تشکيل شده و بوته را احاطه مي‌کند. اين محافظ الکترونهاي اوليه پرتاب شده را جذب کرده و ولتاژ منفي بالايي پيدا مي‌کند بطوري که بقيه الکترونها را از خود دفع کرده و در محل بوته متمرکز مي‌کند و به اين ترتيب طرح تفنگ الکتروني مفيدتر و سبب افزايش کارايي سيستم مي‌شود.
کاربرد تفنگ الکتروني
تفنگهاي الکتروني در توانهاي مختلف ساخته مي‌شوند. سپس مواد ديرگدازي که ، به روشهاي ديگر قابل تبخير نيستند با تفنگهاي الکتروني توان بالا ، قابل تبخير مي‌باشند. زيرا ماده بطور مستقيم بوسيله پرتو الکتروني گرم مي‌شود و نياز به بوته ديرگداز نيست علاوه بر آن بوته با آب خنک مي‌شود.
همين مطلب يعني گرمايش مستقيم بوسيله الکترونها سبب مي‌شود لايه‌هاي نازک ايجاد شده عاري از هر نوع آلودگي باشند که در کارهاي حساس اپتيکي و فيلترهاي اپتيکي از تفنگ الکتروني براي تبخير مواد استفاده مي‌شود. ادوات الکترونيک ، حافظه مغناطيسي و اپتيکي استفاده مي‌شود. اين روش يکي از متداولترين روشهاي نشاندن لايه‌هاي رسانا و دي‌الکتريک در محصولات الکترونيکي مانند مدارات مجتمع MCM , VLSI است.
منبع:http://www.academist.ir
/س