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DESCRIPTION PROCEDE POUR DOPER UN MATERIAU DE BASE AVEC UN MATERIAU
DE DOPAGE AFIN DE PREPARER UN COMPOSE CHIMIQUE OU UN
ALLIAGE EN UTILISANT UNE CATHODE A PULVERISER,
ET DISPOSITIF POUR METTRE LE PROCEDE EN OEUVRE
La présente invention concerne un procédé pour le dopage d'un matériau de base avec un matériau de dopage ainsi qu'un procédé pour la préparation d'un composé chimique ou d'un alliage en utilisant une cathode à pulvériser, qui fonctionne suivant le principe du magnétron. La présente invention concerne en outre des dispositifs à cathode pour le dopage et la préparation de composés chimiques et d'alliages.
Dans les opérations de pulvérisation, on utilise en pratique des dispositifs de pulvérisation de grande puissance dans lesquels la probabilité de collision et donc d'ionisation des particules est augmentée par un champ magnétique devant la cathode.
Un dispositif de pulvérisation de grande puissance de ce type a été décrit par exemple dans le brevet allemand 2417288.
On y décrit un dispositif de pulvérisation de cathode avec une vitesse de pulvérisation élevée comportant une cathode qui présente, sur l'une de ses surfaces, le matériau à pulvériser et à déposer sur un substrat, avec un dispositif à aimants disposé de façon à ce que les lignes de champ magnétique partant de la surface de pulvérisation et y revenant forment une zone
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de décharge qui a la forme d'une boucle fermée, et avec une anode disposée en dehors du trajet de la matière pulvérisée et se déplaçant de la surface de pulvérisation vers le substrat.
Dans le brevet précitée on propose que la surface de cathode à pulvériser et tournée vers le substrat à recouvrir soit plane, que le substrat puisse se déplacer près de la zone de décharge parallèlement à la surface plane de pulvérisation et par-dessus celleci et que le dispositif à aimant créant le champ magnétique soit disposé sur le côté de la cathode opposé à la surface de pulvérisation plane.
Le brevet allemand 3812379 décrit une cathode de pulvérisation selon le principe du magnétron, avec une cible constituée d'au moins une pièce avec un système magnétique disposé derrière la cible, avec plusieurs unités d'aimant disposées les unes dans les autres et fermées sur elles-mêmes avec des polarités alternativement variables, qui forment au moins deux tunnels magnétiques situés l'un dans l'autre et également fermés sur euxmêmes, constitués de lignes de champ incurvées en forme d'arc,
tandis que les pôles des unités d'aimant opposés à la cible sont assemblés les uns aux autres par une culasse d'aimant et tandis que l'intensité du champ magnétique peut être modifiée pour au moins un champ magnétique par rapport à l'intensité du champ magnétique d'au moins un autre champ magnétique par déplacement de l'une des pièces de la culasse vers la cible au moyen d'un dispositif de réglage.
Dans ce brevet, on propose que le dispositif de réglage puisse être commandé par un circuit de commutation électrique qui coopère avec un détecteur optique qui est orienté sur au moins l'un des anneaux de plasma produits par le processus de métallisation et qui réagit en fonction de la clarté de ces anneaux
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de plasma.
L'invention vise les objectifs suivants :
L'objectif visé comprend la préparation de composés chimiques et d'alliages sous forme de couches sur des substrats ainsi que le dopage du matériau de base. D'une manière générale, on vise à réaliser des conditions améliorées pour la préparation économique de ces couches.
On vise plus particulièrement à proposer un procédé économique pour la préparation de couches à l'échelle industrielle, qui comportent des dopages quelconques et cela en pouvant, d'une part, remplacer économiquement un matériau de dopage par un autre et, d'autre part, en pouvant varier de manière économique la concentration de chaque matériau de dopage.
Le dopage lui-même doit pouvoir être réalisé avec la plus grande précision.
La présente invention a également pour objet de créer des conditions qui permettent de changer de matériau de dopage dans une installation de pulvérisation qui se présente sous la forme d'une cible, et cela sans perte de temps importante.
Les objectifs visés sont atteints grâce à la présente invention du fait qu'une cible en plusieurs pièces, et en particulier en deux pièces, reçoit une pulvérisation dans laquelle au moins une première pièce de cible est constituée d'un premier matériau et qu'au moins une deuxième pièce de cible est constituée d'un autre matériau, en ce qu'un premier plasma de projection séparé correspond à la première pièce de cible pendant l'opération de projection tandis qu'un deuxième plasma de projection séparé correspond à la deuxième pièce de cible, en ce que les constituants de matériau de base dopés projetés sur le substrat pendant le processus de projection forment un composé chimique ou un alliage.
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On propose en particulier un procédé pour le dopage d'un matériau de base avec au moins un matériau de dopage en utilisant une cathode de pulvérisation qui fonctionne selon le principe du magnétron, dans lequel il est prévu qu'on pulvérise une cible en plusieurs pièces et en particulier en deux pièces, dans lequel au moins une première pièce de cible est constituée d'un matériau de base (cible en matériau de base) tandis qu'au moins une deuxième pièce de cible est constituée d'un matériau de dopage (cible de matériau de dopage), que, pendant le processus de projection, un premier plasma de projection séparé correspond à la cible de matériau de base (plasma de matériau de base), qu'un deuxième plasma de projection séparé correspond à la cible de matériau de dopage (plasma de matériau de dopage)
et que le matériau de base projeté sur le substrat pendant le processus de projection est dopé par le matériau de dopage projeté.
Un exemple de réalisation préféré se caractérise en ce que le champ magnétique, et en particulier l'intensité du champ magnétique du premier plasma de projection est modifiée afin de modifier la puissance de projection du premier plasma de projection, ce qui permet de faire varier la composition du composé chimique ou de l'alliage.
Il est proposé, en outre, que le champ magnétique, et en particulier l'intensité du champ magnétique du plasma du matériau de dopage soit modifiés afin de modifier la puissance de projection du plasma de matériau de dopage, ce qui permet de modifier le dopage du matériau de base.
On peut réaliser de cette manière que le champ magnétique, et en particulier l'intensité du champ magnétique du plasma du matériau de base ; soit modifiée, afin de modifier la puissance de projection du plasma
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du matériau de base, ce qui permet de modifier le dopage du matériau de base.
Il s'est avéré particulièrement économique que la modification du champ magnétique, et en particulier l'intensité du champ magnétique, soit assurée en modifiant la position d'au moins une unité d'aimant par rapport à la surface de la cible.
Il est alors prévu avantageusement que la distance entre la surface de la cible et au moins une unité d'aimant soit modifiée.
Une réalisation constructive particulièrement avantageuse du principe de la présente invention consiste en ce qu'au moins deux unités d'aimant soient prévues, lesquelles créent des champs magnétiques d'intensités différentes et que la cible est constituée d'au moins deux pièces, chaque pièce de cible correspondant à un champ magnétique.
Une modification simple des champs magnétiques est réalisée du fait qu'au moins une unité d'aimant peut subir une modification de sa position par rapport à la surface de la cible. Plus particulièrement, la distance entre au moins une unité d'aimant. de la surface de la cible doit pouvoir être modifiée.
Un mode de construction particulièrement compact consiste en ce que la disposition des aimants de la cathode de pulvérisation comporte une unité d'aimant centrale qui peut être positionnée et au moins une unité d'aimant entourant l'unité d'aimant centrale (unité d'aimant extérieure) qui a une position fixe, en ce que l'unité d'aimant centrale correspond à la première pièce de cible réalisée en un premier matériau, en ce que l'unité d'aimant extérieure correspond à la deuxième pièce de cible réalisée en un deuxième matériau.
Il peut alors être prévu que la disposition des aimants de la cathode de pulvérisation soit constituée
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d'une unité d'aimant centrale pouvant être positionnée et d'au moins une unité d'aimant entourant l'unité d'aimant centrale (unité d'aimant extérieure) ayant une position fixe, en ce que l'unité d'aimant centrale correspond à la cible en matériau de dopage et en ce que l'unité d'aimant extérieure correspond à la cible en matériau de base.
Il est proposé. en outre, de prévoir un dispositif de réglage pour l'unité d'aimant mobile afin de positionner l'unité d'aimant mobile à des distances déterminées par rapport à la surface de la première pièce de cible.
Il est prévu en particulier un dispositif de réglage pour l'unité d'aimant mobile, qui positionne l'unité d'aimant mobile à des distances déterminées par rapport à la surface de la cible en matériau de dopage.
Dans un mode de réalisation préféré, il est proposé que la première pièce de cible se présente sous forme d'un disque circulaire, qui est entouré par la deuxième pièce de cible de forme annulaire.
Il peut alors être prévu que la cible en matériau de dopage soit constituée par un disque circulaire qui est entouré par la cible en matériau de base de forme annulaire.
En variante, on peut prévoir que la cathode de pulvérisation se présente sous forme d'une cathode allongée, avec une disposition des aimants essentiellement rectangulaire et en ce que l'unité d'aimant centrale, essentiellement droite, de l'ensemble des aimants puisse être positionnée.
Pour créer les conditions requises pour transformer rapidement l'installation de projection, il est proposé en outre que la première pièce d'aimant soit facilement amovible, en particulier grâce à un
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assemblage par vissage sur la cuvette de cathode et soit fixée de préférence à un élément de construction en cuivre.
Il peut alors être prévu que la cible de matériau de dopage soit facilement amovible, en particulier grâce à un assemblage par vissage sur la cuvette de cathode et soit fixée de préférence à un élément de construction en cuivre.
Une solution constructive peu encombrante consiste en ce que l'unité d'aimant positionnable soit disposée à travers la culasse et puisse en particulier se déplacer à travers la plaque de culasse.
Dans un mode de réalisation particulier, il est proposé que la cible de matériau de base soit constituée de In203 et que la cible en matériau de dopage soit constituée de Sn.
La présente invention permet d'obtenir les avantages suivants :
On obtient un procédé économique pour la préparation de couches constituées de différents composés chimiques ou d'alliages et de couches avec des dopages choisis à volonté. Le matériau de dopage peut être remplacé dans l'installation de projection d'une manière économique et la concentration de chaque matériau de dopage peut être modifiée dans le matériau de base.
D'autres caractéristiques de l'invention de ces objectifs ainsi que les avantages obtenus feront l'objet de la description ci-après d'exemples de réalisation de l'invention.
Les exemples de réalisation et l'état actuel de la technique sur lequel est basée la présente invention seront expliqués à l'aide des trois figures, qui représentent respectivement :
La figure 1, une installation de projection dans l'état actuel de la technique.
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Les figures 2 et 3, des caractéristiques de deux exemples de réalisation représentés de manière schématique.
Dans la description ci-après des exemples de réalisation de l'invention, on se base sur l'état de la technique tel qu'il a fait l'objet du brevet allemand 2417288 et de la publication allemande 3812379.
Les descriptions et les figures de ces documents peuvent servir à expliquer le point de départ pour les exemples de réalisation de l'invention décrits ci-après.
Dans les exemples de réalisation, on décrit un procédé de projection et une installation de projection pour le dopage des matériaux de base. Comme indiqué, la présente invention concerne également un procédé et des dispositifs pour la préparation de composés chimiques et la préparation d'alliages.
La figure 1 représente les éléments essentiels d'une installation de projection connue en soi. Il s'agit du récipient désigné dans son ensemble par le chiffre 1.
Dans le récipient est disposée une boîte d'écran 2. Sur le fond du récipient se trouve le substrat 3. Pendant le processus de projection, la couche 4 est déposée sur le substrat. Pendant l'opération de projection, l'espace intérieur du récipient et de la boîte d'écran est mis sous vide ou, plus exactement, la pression dans le récipient est amenée à une faible valeur de pression nécessaire pour le processus de projection.
Dans la zone supérieure du récipient se trouve la cathode à magnétron, qui est désignée dans son ensemble par le chiffre 5. Les caractéristiques de cette cathode de grande puissance sont indiquées dans le brevet allemand précité 2417288 et la publication allemande 3812379.
Une caractéristique de la cathode de grande puissance est constituée par la disposition des aimants comportant les aimants 6, 7, 8. L'ensemble des aimants
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est disposé dans la cuvette de cathode 9.
Sur la face de la cuvette de cathode tournée vers le centre du récipient se trouve la cible 10.
L'installation de projection en question est équipée d'une unité d'alimentation d'énergie à courant continu 11 et d'une unité d'alimentation d'énergie à haute fréquence 12.
Un récipient à 02 et un récipient à Ar sont désignés respectivement par 13 et 14. 02 et Ar arrivent dans le récipient par les conduites 15 et 16. Ils y forment le mélange gazeux réactif nécessaire pour l'opération de projection réactive ainsi que l'atmosphère gazeuse réactive nécessaire.
On peut remarquer les zones érodées 18,19 (fosses d'érosion) sur la surface de la cible 17.
Entre ces fosses d'érosion se trouve une zone centrale 20 qui n'est pas érodée, ou du moins pas aussi fortement. Les zones latérales 21 et 22 ne sont pas non plus érodées, ou du moins pas aussi fortement.
Dans les exemples de réalisation, on se base sur une cathode de pulvérisation connue en soi, fonctionnant suivant le principe du magnétron, qui est notamment caractérisée par le fait que deux anneaux de plasma concentriques ou deux anneaux de projection sont formés devant la cathode. Voir à ce sujet la publication allemande précitée 3812379, indices de référence 29 et 30 de la figure 1.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2 de ce document, on a choisi une disposition de cathode qui permet également d'avoir plusieurs anneaux de projection sur la même cathode. Ceci est réalisé au moyen d'un champ magnétique spécialement choisi. Sur la cathode, chaque anneau de projection correspond à un autre matériau de cible, et ceci est la caractéristique de la présente invention qui constitue l'objet de celle-ci.
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Comme la puissance de projection peut être subdivisée en fonction de l'intensité du champ magnétique de chaque anneau de projection, on peut projeter différents matériaux avec des débits différents, si bien que des dopages quelconques sont réalisables.
L'intensité du champ magnétique d'un anneau de projection peut être modifiée par exemple en relevant ou en repoussant les aimants correspondants vers la surface de la cible.
La figure 2 montre les éléments suivants plus en détail et de manière schématique dans le cas d'une cathode à haute puissance avec magnétron à double anneau ainsi qu'avec vue en coupe où cette coupe passe par le centre de l'anneau double :
Dans la cuvette de cathode circulaire 23 est disposée une plaque de culasse 24. Sur la plaque de culasse sont fixés deux aimants annulaires disposés concentriquement l'un par rapport à l'autre. A la figure 2, les sections de l'aimant annulaire extérieur sont désignées par 25,'28. Les sections de l'aimant annulaire intérieur portent les numéros de référence 26,27.
L'indice 29 se rapporte à un aimant qui est disposé centralement et qui peut se déplacer dans la plaque de culasse. Les déplacements de l'aimant 29 sont représentés par la flèche double 30. L'indice 31 désigne un organe de positionnement qui permet de positionner l'aimant 29 par rapport à la surface 36 de la cible centrale 37. L'organe de positionnement est guidé dans la pièce 42.
La cible centrale est entourée par une cible extérieure 38 en forme de disque annulaire.
D'une manière connue en soi, un support de substrat 43 pouvant être chauffé et opposé à l'installation de projection de la cathode est disposé à l'intérieur de la chambre de traitement et le substrat
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se trouve sur ce support sous la forme d'un film. Sur le substrat 39 est appliquée une couche 41. En cas de projection simultanée du matériau de base et du matériau de dopage, une couche dopée se met à croître sur le substrat.
Comme indiqué à la figure 2 par les lettres S et N, les pôles sud et nord des aimants 25 à 29 sont disposés chacun alternativement au-dessus ou en dessous, si bien que des champs magnétiques existent entre les aimants qui donnent lieu à des tubes de plasma concentriques, comme cela est déjà connu pour le magnétron.
Dans l'exemple de réalisation en question, deux tubes de plasma annulaires sont produits, à savoir un tube de plasma de projection central dont les sections sont désignées par 32 et 33 et un tube de placement de projection extérieur dont les sections sont désignées par 34 et 35.
La concentration du matériau de dopage dans la couche 41 sur le substrat 39 peut être modifiée en positionnant l'aimant central 29 à différentes distances de la surface 36 de la cible centrale.
La cible centrale 37 est connectée de manière facilement amovible à la cuvette de cathode 23 au moyen d'un assemblage vissé 40.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le matériau de dopage, c'est-à-dire la cible centrale 37, est constitué d'étain (Sn) qui est vissé sur une plaque de cuivre. Le matériau de base, c'est-à-dire la cible extérieure annulaire 38, est constitué d'oxyde d'indium (In203).
Il est évidemment possible d'utiliser d'autres matériaux, suivant les souhaits particuliers de l'utilisateur.
Dans l'exemple de réalisation de la figure
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3, on a choisi une cathode allongée qui présente une section rectangulaire. La figure 3 est une vue éclatée.
La cuvette de cathode porte le numéro de référence 47. La cible est désignée dans son ensemble par 48. Elle est constituée d'une pièce de cible extérieure 49 et d'une pièce de cible centrale 50 qui peuvent être distinguées à la figure 3 par les différences de leurs hachures.
L'ensemble des aimants est désigné par 46.
L'ensemble des aimants comprend des unités d'aimant 44 et 53. L'unité d'aimant 44 est fixe et disposée à l'extérieur. L'unité d'aimant 53 est fixe et disposée à l'intérieur. Les deux unités d'aimant sont de forme rectangulaire, comme le montre la figure 3.
La disposition fixe implique que les deux unités d'aimant 44 et 53 sont montées de manière fixe par rapport à la surface de la pièce de cible extérieure 49 constituée de matériau de base.
L'ensemble des aimants comprend, en outre, un aimant central 45, qui est également de forme droite et qui peut prendre différentes positions, et en particulier être situé à différentes distances par rapport à la surface de la pièce de cible centrale 50 constituée de matériau de dopage.
Ces possibilités de positionnement de l'aimant central 45 sont indiquées par les deux flèches doubles 51 et 52.
Le mode opératoire de l'exemple de réalisation de la figure 3 est analogue à celui de l'exemple de réalisation de la figure 2. La concentration du matériau de dopage est déterminée par la distance entre la surface de la pièce de cible centrale 50 et l'aimant central 45.
Si cette distance est modifiée, la concentration du matériau de dopage dans le matériau de base est également modifiée.
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LISTE DES PIECES
1 Récipient
2 Boîtier d'écran
3 Substrat
4 Couche
5 Cathode à magnétron
6 Aimant
7 Aimant
8 Aimant
9 Cuvette de cathode 10 Cible 11 Unité 12 Unité 13 Récipient à 02 14 Récipient à Ar 15 Conduite 16 Conduite 17 Surface de cible 18 Zone 19 Zone 20 Zone 21 Zone 22 Zone 23 Cuvette de cathode 24 Plaque de culasse 25 Section d'aimant 26 Section d'aimant 27 Section d'aimant 28 Section d'aimant 29 Aimant 30 Flèche double 31 Organe de positionnement 32 Section tube de plasma 33 Section tube de plasma
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34 Section tube de plasma 35 Section tube de plasma 36 Surface 37 Cible centrale 38 Cible extérieure 39 Substrat,
film 40 Assemblage vissé 41 Couche 42 Pièce 43 Support de substrat 44 Unité d'aimant 45 Unité d'aimant 46 Ensemble des aimants 47 Cuvette de cathode 48 Cible 49 Pièce de cible extérieure 50 Pièce de cible centrale 51 Flèche double . 52 Flèche double 53 Unité d'aimant
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DESCRIPTION METHOD FOR DOPING A BASIC MATERIAL WITH A MATERIAL
OF DOPING TO PREPARE A CHEMICAL COMPOUND OR A
ALLOY USING A SPRAY CATHODE,
AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE PROCESS
The present invention relates to a method for doping a base material with a doping material as well as a method for the preparation of a chemical compound or an alloy using a spray cathode, which operates on the principle magnetron. The present invention further relates to cathode devices for doping and the preparation of chemical compounds and alloys.
In spraying operations, high power spraying devices are used in practice in which the probability of collision and therefore of ionization of the particles is increased by a magnetic field in front of the cathode.
A high-powered spraying device of this type has been described for example in German patent 2417288.
It describes a cathode sputtering device with a high sputtering speed comprising a cathode which has, on one of its surfaces, the material to be sputtered and deposited on a substrate, with a magnet device arranged so that that the magnetic field lines from and back to the spray surface form an area
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discharge which has the form of a closed loop, and with an anode disposed outside the path of the sprayed material and moving from the spraying surface to the substrate.
In the aforementioned patent, it is proposed that the cathode surface to be sprayed and facing the substrate to be covered is planar, that the substrate can move near the discharge zone parallel to the planar spraying surface and over it and that the magnet device creating the magnetic field is arranged on the side of the cathode opposite the planar spraying surface.
German patent 3812379 describes a sputtering cathode according to the magnetron principle, with a target consisting of at least one part with a magnetic system placed behind the target, with several magnet units arranged one inside the other and closed on them -same with alternately variable polarities, which form at least two magnetic tunnels located one inside the other and also closed on themselves, made up of arcuate curved field lines,
while the poles of the magnet units opposite the target are joined together by a magnet yoke and while the intensity of the magnetic field can be changed for at least one magnetic field relative to the intensity of the magnetic field of at least one other magnetic field by displacement of one of the parts of the breech towards the target by means of an adjustment device.
In this patent, it is proposed that the adjustment device can be controlled by an electrical switching circuit which cooperates with an optical detector which is oriented on at least one of the plasma rings produced by the metallization process and which reacts as a function of the clarity of these rings
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plasma.
The invention has the following objectives:
The aim includes the preparation of chemical compounds and alloys in the form of layers on substrates as well as the doping of the base material. In general, it aims to achieve improved conditions for the economic preparation of these layers.
The aim is more particularly to propose an economical process for the preparation of layers on an industrial scale, which comprise any doping and this while being able, on the one hand, to economically replace one doping material by another and, on the other hand , by being able to vary economically the concentration of each doping material.
The doping itself must be able to be carried out with the greatest precision.
The object of the present invention is also to create conditions which make it possible to change the doping material in a spraying installation which is in the form of a target, and this without significant loss of time.
The objectives are achieved by the present invention in that a target in several pieces, and in particular in two pieces, receives a spray in which at least a first target piece is made of a first material and that at least a second target piece is made of another material, in that a first separate projection plasma corresponds to the first target piece during the projection operation while a second separate projection plasma corresponds to the second target part, in that the doped base material constituents sprayed onto the substrate during the spraying process form a chemical compound or an alloy.
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In particular, a method is proposed for doping a base material with at least one doping material using a sputtering cathode which operates according to the magnetron principle, in which it is intended to sputter a target in several pieces. and in particular in two pieces, in which at least a first target piece is made of a base material (target in base material) while at least a second target piece is made of a doping material ( doping material target), that during the projection process, a first separate projection plasma corresponds to the target of base material (base material plasma), that a second separate projection plasma corresponds to the target of doping material (plasma doping material)
and that the base material sprayed onto the substrate during the spraying process is doped with the sprayed doping material.
A preferred embodiment is characterized in that the magnetic field, and in particular the intensity of the magnetic field of the first projection plasma is modified in order to modify the projection power of the first projection plasma, which makes it possible to vary the composition of the chemical compound or alloy.
It is further proposed that the magnetic field, and in particular the intensity of the magnetic field of the plasma of the doping material, be modified in order to modify the projection power of the plasma of doping material, which makes it possible to modify the doping. basic material.
It is possible in this way to realize that the magnetic field, and in particular the intensity of the magnetic field of the plasma of the base material; be modified, in order to modify the projection power of the plasma
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of the base material, which makes it possible to modify the doping of the base material.
It has been found to be particularly economical for the modification of the magnetic field, and in particular the intensity of the magnetic field, to be ensured by modifying the position of at least one magnet unit relative to the surface of the target.
It is then advantageously provided that the distance between the surface of the target and at least one magnet unit is modified.
A particularly advantageous constructive embodiment of the principle of the present invention consists in that at least two magnet units are provided, which create magnetic fields of different intensities and that the target consists of at least two parts, each part target corresponding to a magnetic field.
A simple modification of the magnetic fields is carried out because at least one magnet unit can undergo a modification of its position relative to the surface of the target. More particularly, the distance between at least one magnet unit. of the target surface must be able to be modified.
A particularly compact mode of construction is that the arrangement of the magnets of the spray cathode comprises a central magnet unit which can be positioned and at least one magnet unit surrounding the central magnet unit (unit of outer magnet) which has a fixed position, in that the central magnet unit corresponds to the first target piece made of a first material, in that the outer magnet unit corresponds to the second target piece made in a second material.
It can then be provided that the arrangement of the magnets of the spray cathode is constituted
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a central magnet unit that can be positioned and at least one magnet unit surrounding the central magnet unit (outdoor magnet unit) having a fixed position, in that the magnet unit central corresponds to the target made of doping material and in that the external magnet unit corresponds to the target made of basic material.
It is proposed. furthermore, to provide an adjustment device for the movable magnet unit in order to position the movable magnet unit at predetermined distances from the surface of the first target piece.
In particular, an adjustment device is provided for the movable magnet unit, which positions the movable magnet unit at predetermined distances from the surface of the target made of doping material.
In a preferred embodiment, it is proposed that the first target piece be in the form of a circular disc, which is surrounded by the second target piece of annular shape.
Provision may then be made for the target made of doping material to be constituted by a circular disc which is surrounded by the target made of annular basic material.
As a variant, provision may be made for the spray cathode to be in the form of an elongated cathode, with an arrangement of the magnets which is essentially rectangular and in that the central magnet unit, essentially straight, of all the magnets can be positioned.
To create the conditions required to quickly transform the projection installation, it is further proposed that the first piece of magnet be easily removable, in particular thanks to a
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assembly by screwing on the cathode cup and is preferably fixed to a copper building element.
It can then be provided that the target of doping material is easily removable, in particular thanks to an assembly by screwing on the cathode cuvette and is preferably fixed to a copper construction element.
A space-saving construction solution consists in that the positionable magnet unit is arranged through the cylinder head and can in particular be moved through the cylinder head plate.
In a particular embodiment, it is proposed that the target of base material consists of In 2 O 3 and that the target of doping material consists of Sn.
The present invention provides the following advantages:
An economical process is obtained for the preparation of layers made up of different chemical compounds or of alloys and of layers with dopings chosen at will. The doping material can be replaced in the spraying system in an economical manner and the concentration of each doping material can be changed in the base material.
Other characteristics of the invention of these objectives as well as the advantages obtained will be the subject of the description below of embodiments of the invention.
The exemplary embodiments and the current state of the art on which the present invention is based will be explained with the aid of the three figures, which respectively represent:
Figure 1, a projection installation in the current state of the art.
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Figures 2 and 3, characteristics of two exemplary embodiments shown schematically.
In the description below of embodiments of the invention, we base ourselves on the state of the art as it has been the subject of German patent 2417288 and of German publication 3812379.
The descriptions and figures of these documents can be used to explain the starting point for the exemplary embodiments of the invention described below.
In the exemplary embodiments, a projection method and a projection installation for doping the base materials are described. As indicated, the present invention also relates to a process and devices for the preparation of chemical compounds and the preparation of alloys.
Figure 1 shows the essential elements of a projection installation known per se. It is the container designated as a whole by the number 1.
In the container is placed a screen box 2. On the bottom of the container is the substrate 3. During the spraying process, the layer 4 is deposited on the substrate. During the spraying operation, the interior space of the container and the screen box is evacuated or, more precisely, the pressure in the container is brought to a low pressure value necessary for the spraying process.
In the upper zone of the container is the magnetron cathode, which is generally designated by the number 5. The characteristics of this high power cathode are indicated in the aforementioned German patent 2417288 and the German publication 3812379.
A characteristic of the high power cathode is the arrangement of the magnets comprising the magnets 6, 7, 8. All of the magnets
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is placed in the cathode cup 9.
On the face of the cathode dish facing the center of the container is target 10.
The projection installation in question is equipped with a DC power supply unit 11 and a high frequency power supply unit 12.
A container at 02 and a container at Ar are designated respectively by 13 and 14. 02 and Ar arrive in the container via lines 15 and 16. They form there the reactive gas mixture necessary for the reactive spraying operation as well as the reactive gas atmosphere required.
Note the eroded areas 18,19 (erosion pits) on the surface of target 17.
Between these erosion pits is a central area 20 which is not eroded, or at least not as strongly. The lateral zones 21 and 22 are also not eroded, or at least not as strongly.
In the exemplary embodiments, use is made of a spray cathode known per se, operating according to the magnetron principle, which is in particular characterized by the fact that two concentric plasma rings or two projection rings are formed in front of the cathode. On this subject, see the aforementioned German publication 3812379, reference indices 29 and 30 in FIG. 1.
In the embodiment of FIG. 2 of this document, a cathode arrangement has been chosen which also makes it possible to have several projection rings on the same cathode. This is achieved by means of a specially chosen magnetic field. On the cathode, each projection ring corresponds to another target material, and this is the characteristic of the present invention which constitutes the object thereof.
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As the projection power can be subdivided as a function of the intensity of the magnetic field of each projection ring, it is possible to project different materials with different flow rates, so that any doping is possible.
The intensity of the magnetic field of a projection ring can be modified, for example, by raising or pushing the corresponding magnets towards the surface of the target.
FIG. 2 shows the following elements in more detail and schematically in the case of a high power cathode with a magnetron with a double ring as well as with a view in section where this section passes through the center of the double ring:
In the circular cathode bowl 23 is disposed a breech plate 24. On the breech plate are fixed two annular magnets arranged concentrically with respect to one another. In Figure 2, the sections of the outer annular magnet are designated by 25, '28. The sections of the inner ring magnet have the reference numbers 26,27.
The index 29 relates to a magnet which is centrally arranged and which can move in the cylinder head plate. The movements of the magnet 29 are represented by the double arrow 30. The index 31 designates a positioning member which makes it possible to position the magnet 29 relative to the surface 36 of the central target 37. The positioning member is guided in room 42.
The central target is surrounded by an external target 38 in the form of an annular disc.
In a manner known per se, a substrate support 43 which can be heated and opposite the projection installation of the cathode is arranged inside the treatment chamber and the substrate
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is on this support in the form of a film. A layer 41 is applied to the substrate 39. If the base material and the doping material are sprayed simultaneously, a doped layer begins to grow on the substrate.
As shown in Figure 2 by the letters S and N, the south and north poles of the magnets 25 to 29 are each arranged alternately above or below, so that magnetic fields exist between the magnets which give rise to tubes of concentric plasma, as is already known for the magnetron.
In the exemplary embodiment in question, two annular plasma tubes are produced, namely a central projection plasma tube whose sections are designated by 32 and 33 and an external projection placement tube whose sections are designated by 34 and 35.
The concentration of the doping material in the layer 41 on the substrate 39 can be modified by positioning the central magnet 29 at different distances from the surface 36 of the central target.
The central target 37 is connected in an easily removable manner to the cathode cuvette 23 by means of a screwed assembly 40.
In the embodiment of Figure 2, the doping material, that is to say the central target 37, consists of tin (Sn) which is screwed onto a copper plate. The base material, that is to say the annular outer target 38, consists of indium oxide (In203).
It is obviously possible to use other materials, according to the specific wishes of the user.
In the embodiment of the figure
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3, an elongated cathode has been chosen which has a rectangular section. Figure 3 is an exploded view.
The cathode cup has the reference number 47. The target is designated as a whole by 48. It consists of an outer target piece 49 and a central target piece 50 which can be distinguished in FIG. 3 by the differences in their hatching.
The set of magnets is designated by 46.
The set of magnets includes magnet units 44 and 53. The magnet unit 44 is fixed and arranged outside. The magnet unit 53 is fixed and arranged inside. The two magnet units are rectangular in shape, as shown in Figure 3.
The fixed arrangement implies that the two magnet units 44 and 53 are fixedly mounted relative to the surface of the outer target piece 49 made of base material.
The set of magnets further comprises a central magnet 45, which is also straight in shape and which can take different positions, and in particular be located at different distances from the surface of the central target piece 50 consisting of doping material.
These possibilities of positioning the central magnet 45 are indicated by the two double arrows 51 and 52.
The operating mode of the exemplary embodiment of FIG. 3 is similar to that of the exemplary embodiment of FIG. 2. The concentration of the doping material is determined by the distance between the surface of the central target piece 50 and the central magnet 45.
If this distance is changed, the concentration of the doping material in the base material is also changed.
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LIST OF PIECES
1 container
2 Screen housing
3 Substrate
4 Layer
5 Magnetron cathode
6 Magnet
7 Magnet
8 Magnet
9 Cathode cup 10 Target 11 Unit 12 Unit 13 02 container 14 Ar container 15 Pipe 16 Pipe 17 Target surface 18 Zone 19 Zone 20 Zone 21 Zone 22 Zone 23 Cathode bowl 24 Head plate 25 Magnet section 26 Magnet section 27 Magnet section 28 Magnet section 29 Magnet 30 Double boom 31 Positioning device 32 Plasma tube section 33 Plasma tube section
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34 Plasma tube section 35 Plasma tube section 36 Surface 37 Central target 38 External target 39 Substrate,
film 40 Screw assembly 41 Layer 42 Part 43 Substrate support 44 Magnet unit 45 Magnet unit 46 Magnet assembly 47 Cathode cup 48 Target 49 External target part 50 Central target part 51 Double arrow. 52 Double arrow 53 Magnet unit