BRPI0916880B1 - fonte de plasma e método de formar revestimento que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma e revestimento - Google Patents

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Abstract

fonte de plasma e métodos para depositar revestimentos de película fina que utilizam deposição quí. mica a vapor melhorada de plasma a presente invenção refere-se às novas fontes de plasma que são úteis nas técnicas de revestimento de película fina e aos métodos de utilizar as mesmas. mais especificamente, a presente invenção fornece novas fontes lineares e bidimensionais de plasma que produzem os plasmas lineares e bidimensionais, respectivamente, que são úteis para a deposição química a vapor de plasma melhorado. a presente invenção também fornece métodos de se fazer revestimentos de película fina e métodos para aumentar a eficiência do revestimento de tais métodos .

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para " FONTE DE PLASMA E MÉTODO DE FORMAR REVESTIMENTO QUE UTILIZA DEPOSIÇÃO QUÍMICA A VAPOR MELHORADA DE PLASMA E REVESTIMENTO ".
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido Provisório U.S. de N° 61/137.839, depositado em 4 de agosto de 2008, que é por isto integralmente incorporado no presente pedido por referência.
Fundamentos da Invenção Campo da Invenção [002] A presente invenção refere-se geralmente a uma fonte de plasma para deposição de película fina e modificação química das superfícies. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a uma fonte de plasma linear para deposição de vapor químico para plasma melhorado (CVD).
Discussão dos Fundamentos [003] Todas as Patentes e Pedidos de Patente U.S. referenciados neste documento são por isto incorporados integralmente por referência. No caso de conflito, o presente relatório descritivo, que inclui definições, irá controlar.
[004] A deposição de películas finas pode ser alcançada através de muitas técnicas, em que as mais comuns incluem deposição química, deposição física e misturas das duas. Para deposição química, técnicas bem conhecidas são plaqueamento deposição de solução química (CSD) e deposição de vapor químico (CVD). O plaqueamento e CSD geralmente utilizam precursores químicos gasosos. Estas técnicas podem ser feitas a pressão atmosférica ou sob condições de vácuo. Para deposição física, as técnicas bem conhecidas são evaporação térmica, pulverização catódica, deposição por laser pulsado e deposição por arco catódico. Estas técnicas de deposição geralmente utilizam vácuo a fim de depositar os materiais de película fina desejados. Com respeito à deposição química, a técnica mais comum é CVD, enquanto que para deposição física, a técnica mais comum é pulverização catódica.
[005] O CVD geralmente exige que uma fonte de energia seja incluída a fim de criar condições de modo que um gás precursor vá aderir, ou colar a uma superfície do substrato. Caso contrário, a adesão à superfície não irá ocorrer. Por exemplo, em um processo de CVD pirolítico pelo qual um revestimento de película fina é desejado em um substrato de vidro liso, é típico que o substrato de vidro seja aquecido. O substrato de vidro aquecido atua como a fonte de energia de CVD e quando o gás precursor contata o substrato de vidro aquecido, o gás precursor adere à superfície de vidro aquecida. A superfície aquecida também fornece a energia necessária para provocar a reação química do gás precursor para formar a composição final do revestimento de película fina.
[006] Um plasma também é capaz de atuar como a fonte de energia para os processos do tipo CVD, conhecido como CVD melhorado por plasma, ou PECVD. Um plasma é composto de um gás parcialmente ionizado e elétrons livres, e cada componente têm a habilidade para se mover de certa forma independentemente. Este movimento independente torna o plasma eletricamente condutivo, de modo que o mesmo pode responder a campos eletromagnéticos. Esta condutividade elétrica proporciona processos de PECVD com uma quantidade de vantagens sobre outras técnicas de deposição química e física conhecidas.
[007] Em um processo de PECVD, o material que deposita é derivado tipicamente a partir de um gás precursor. Exemplos de gases precursores são bem conhecidos para os indivíduos versados na técnica. Por exemplo, se é para ser depositada uma película fina baseada em SI, um gás precursor comum é o silano, SiH4. Quando o SiH4 é sujeito a uma fonte de plasma, o plasma pode atuar para elevar o nível de energia da molécula de silano até o ponto em que a mesma irá reagir com a superfície e fixar como uma camada sólida. Mais especificamente, o SiH4 se torna ionizado, com seus elétrons se movendo para um nível de energia mais alto. Isto é acompanhado pela retirada subsequente dos átomos de hidrogênio. As moléculas ionizadas têm locais de reagente aberto e, se na presença de um gás reagente tal como oxigênio, podem prontamente formar uma película fina de SiO2. Se as moléculas ionizadas não estão na presença de um gás reagente, pode ser formada uma película fina de silício. A química do gás precursor existe para uma pletora de elementos, e deste modo, existe uma grande disponibilidade de elementos e materiais que podem ser depositados através de PEVCD. Sem limitação, os tipos de película fina que podem ser depositados através de PEVCD são revestimentos de película fina de óxido condutivo transparente, revestimentos de película fina ótica e de controle solar e revestimentos de película fina de semicondutor. Outros tipos de revestimentos de película fina que são capazes de ser depositados através de PEVCD serão reconhecidos e avaliados pelos indivíduos versados na técnica.
[008] Assim, criar um plasma na proximidade de uma superfície é uma prática industrial comum, particularmente na indústria de revestimento. Muitos dispositivos têm sido desenvolvidos para criar e dar forma a plasmas. Os dispositivos mais conhecidos criam uma nuvem de plasma de forma cilíndrica, que tem numerosas aplicações práticas para revestimentos e tratamento de superfície. Entretanto, plasmas lineares têm potencialmente mais aplicações práticas. Plasmas lineares podem ser feitos para trabalhar sobre superfícies de substrato de áreas grandes, o que é útil para revestimento de vidro de grande área, revestimento de trama e revestimento de lotes multipeças.
[009] Até hoje, os aparelhos mais conhecidos são para deposições de pequena escala (ou seja < 1 m2) uma vez que a maior parte das fontes de plasma são muito pequenas e podem cobrir apenas pequenas áreas. Assim, o PEVCD aplicado a uma grande área de revestimento tem sido difícil de implementar. Entretanto, tem havido aparelhos de PEVCD projetados para revestir grandes áreas de superfície. Estes incluem, sem limitação, fontes magnetron, fontes de íons de camada de anodo e fontes Madocks.
[0010] Entretanto, existem problemas associados com o uso dos aparelhos PEVCD mencionados acima para revestimento de superfícies de grande área. Fontes magnetron, por exemplo, tendem a ser muito volumosas, tipicamente 150 mm de largura por 300 mm de profundidade, e exigem imãs. Também, quando usadas para PEVCD, a superfície de uma fonte magnetron tende a se tornar revestida com o material que está sendo depositado, e assim, o magnetron fica isolado, o que pode levar a formação de arcos e outras complicações. Além disso, o material pulverizado contamina o material que está sendo depositado. As fontes de camada de íon anodo, por exemplo, sofrem de problemas similares às fontes magnetron pelo fato de que tendem a ser volumosas, exigem imãs, bem como ficam revestidas. Além disso, as fontes de camada de íon anodo tendem a depositar material de PEVCD a uma baixa taxa, 0,1 μm/segundo. As fontes Madocks, por exemplo, sofrem dos problemas de serem volumosas e exigirem imãs, bem como baixa eficiência de revestimento, aproximadamente 15%. Além disso, todas as três fontes mencionadas acima se apoiam em tração eletrônica de circuito fechado (por exemplo, o efeito Hall) para criar um plasma uniforme.
[0011] É possível criar um plasma uniforme sem a confiança em tração eletrônica de circuito fechado, ou o efeito Hall. Uma abordagem comum para fazer isto é ter duas superfícies emissoras de elétrons alinhadas de forma substancialmente paralela uma com respeito à outra, em que as superfícies emissoras de elétrons são conectadas uma a outra de uma maneira bipolar e fora de fase através de uma fonte de energia AC. Quando uma diferença de tensão é aplicada a ambas as superfícies emissoras de elétrons, pode ser criado um plasma. As polaridades entre as duas superfícies emissoras de elétrons são comutadas de positivo para negativo a uma frequência predeterminada e o plasma se torna espalhado e uniforme.
[0012] As fontes de plasma baseadas em superfícies paralelas que emitem elétrons têm sido desenvolvidas. Uma destas fontes é uma fonte de catodo oca, tal como descrita na Patente U.S. de N° U.S. 6.444.945.
Mais especificamente, a fonte de plasma descrita na Patente U.S. de N° U.S. 6.444.945 inclui uma estrutura feita de duas formas de catodo ocas conectadas a uma fonte de alimentação AC bipolar, como mostrado na figura 1. A fonte de plasma inclui primeira e segunda estruturas de catodo ocas 1 e 2. As duas estruturas de catodo ocas 1 e 2 são conectadas eletricamente por fios 6 a uma fonte de alimentação AC 5 que gera uma corrente AC para conduzir a formação do plasma 3. Enquanto uma das estruturas de catodo ocas é sujeita a uma tensão negativa, a outra estrutura de catodo oca é sujeita a uma tensão positiva, criando uma diferença de tensão entre as estruturas de catodo ocas e fazendo com que a corrente flua entre as estruturas, em que deste modo completa o circuito elétrico. Opcionalmente, os imãs 4 podem ser dispostos na proximidade das aberturas de cada catodo oco para aumentar a corrente de plasma entre as estruturas de catodo ocas 1 e 2. Entretanto, a Patente U.S. de N° U.S. 6.444.945 não endereça o uso dos catodos ocos para qualquer processo de PEVCD ou revestimento de superfície de grande área.
[0013] Assim permanece uma necessidade na técnica de revestimento de grande área por uma fonte de plasma, ou uma fonte de PEVCD, que possa criar um plasma estável e uniforme de tamanho considerável, ou seja, maior do que 0,5 metros em comprimento. Também permanece uma necessidade na técnica por uma fonte PEVCD que seja compacta a possa depositar um revestimento com alta eficiência de revestimento. Adicionalmente ainda permanece uma necessidade na técnica por uma fonte e processo de PEVCD que consuma menos energia durante operação de modo que os custos gerais de operação sejam reduzidos.
Sumário da Invenção [0014] Em um aspecto da invenção, é fornecido um plasma estável, uniforme e longo.
[0015] Em um aspecto da invenção, é fornecida uma fonte de plasma que é capaz de formar um plasma estável, uniforme e longo.
[0016] Em um aspecto da invenção, é fornecido um par de superfícies emissoras de elétrons que atuam como uma fonte de plasma linear.
[0017] Em um aspecto da invenção, é fornecida uma série de superfícies emissoras de elétrons que atuam como uma fonte de plasma bidimensional.
[0018] Em outro aspecto da invenção, é fornecido um método para formar um plasma estável, uniforme e longo.
[0019] Em outro aspecto da invenção, é fornecido um método para formar um plasma estável, uniforme e longo bidimensional.
[0020] Em outro aspecto da invenção, é fornecido um plasma que atua como uma fonte de energia para gases precursores.
[0021] Em outro aspecto da invenção, é fornecido um método para fornecer gases precursores à fonte de plasma.
[0022] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para formar revestimentos de grande área com o uso de um plasma estável, uniforme e longo.
[0023] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um plasma adensado criado com a ajuda de imãs.
[0024] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para dobrar uma fonte de plasma adensada.
[0025] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um método para aumentar a eficiência do revestimento de um revestimento depositado por um processo PEVCD.
[0026] Em ainda outro aspecto da invenção, é fornecido um dispositivo de PEVCD que é condutivo para fluxo de elétrons secundário.
[0027] Estes e outros aspectos são alcançados, de acordo com os princípios de uma modalidade preferencial da invenção, através de fornecer pelo menos duas superfícies emissoras de elétrons conectadas uma a outra através de uma fonte de alimentação AC, em que a fonte de alimentação AC fornece uma tensão bipolar que varia ou alterna para as duas superfícies emissoras de elétrons. Mais especificamente, as pelo menos duas superfícies emissoras de elétrons são conectadas uma a outra através de uma fonte de alimentação AC de modo que a fonte de alimentação AC aplica uma diferença de tensão bipolar às duas superfícies emissoras de elétrons. A fonte de alimentação bipolar inicialmente conduz uma primeira superfície emissora de elétrons para uma tensão negativa, que permite uma formação de plasma, enquanto uma segunda superfície emissora de elétrons é conduzida para uma tensão positiva a fim de servir como um anodo para o circuito de aplicação de tensão. Esta então conduz a primeira superfície emissora de elétrons para uma tensão positiva e inverte os papéis de catodo e anodo. Como uma das superfícies emissoras de elétrons é conduzida para negativa, se forma uma descarga dentro da cavidade correspondente. O outro catodo então forma um anodo, provocando os elétrons a escaparem do plasma e se dirigirem para o lado anódico, em que desta forma completa-se um circuito elétrico.
[0028] O arranjo das superfícies emissoras de elétrons de acordo com a presente invenção pode operar em dois modos gerais, normal e termiônico. No modo normal, a temperatura das superfícies emissoras de elétrons é mantida relativamente baixa e controlada por água de arrefecimento ou outros métodos de arrefecimento. O catodo, quando em modo normal, exige de umas poucas centenas a uns poucos milhares de volts para operar, com a corrente elétrica permanecendo relativamente baixa. No modo termiônico, é permitido que as superfícies emissoras de elétrons elevem a temperatura a partir dos efeitos de aquecimento do plasma ou a partir de um dispositivo de aquecimento separado. Quando as superfícies emissoras de elétrons alcançam altas temperaturas, a emissão de elétrons aumenta por pelo menos uma ordem de magnitude maior do que a de um catodo frio, o que resulta em uma alta corrente de descarga a uma tensão relativamente baixa. A temperatura exigida para alcançar o modo termiônico e a tensão elétrica exigida para uma operação eficiente serão parcialmente dependentes da função de trabalho do material do catodo.
[0029] Quando desejado, imãs e/ou eletrodos adicionais podem ser usados em conjunto com o arranjo das superfícies emissoras de elétrons de acordo com a presente invenção. O uso de imãs e/ou eletrodos adicionais resulta em adensamento do plasma criado pelas fontes de PECVD da presente invenção. A fonte de plasma de acordo com a presente invenção pode ser usada, sem limitação, em qualquer de uma variedade de aplicações nas quais são exigidos plasmas estáveis, uniformes e longos, tais como revestimentos de grande área para revestimento, por exemplo, de vidro monolítico e/ou fita de vidro.
[0030] A presente invenção oferece uma quantidade de vantagens distintas e características de concepção superiores a técnica anterior de fontes de plasma. Estas incluem, mas não estão limitadas a: 1) o aparelho para a criação do plasma de acordo com a presente invenção pode ser feito para ser altamente compacto, com uma distância entre as duas superfícies emissoras de elétrons tão pequena quanto 0,5 mm e uma altura total de menos de 60 mm; 2) a fonte de plasma pode ser feita para ser linear e longa, por exemplo > 0,5 metros; 3) as superfícies emissoras de elétrons podem ser mantidas limpas através da proteção de gás e/ou pela evaporação térmica (por exemplo, as superfícies não se tornam revestidas); 4) um gás precursor pode ser térmica e/ou eletricamente energizado para maior reatividade; 5) a fonte de plasma é capaz de alta corrente de plasma por unidade de comprimento; 6) a fonte de plasma pode criar uma densidade de plasma que excede àquelas de sistemas do tipo capacitivo ou de diodo; e 7) o plasma criado a partir da fonte de plasma pode ser bidimensional.
[0031] O inventor do objeto deste documento descobriu surpreendentemente que as vantagens mencionadas acima levam a: 1) alta corrente secundária de elétrons entre superfícies de elétron secundárias; 2) alta taxa de deposição de revestimentos de grande área; 3) revestimentos de grande área que podem ser de espessura de mícrons, mas têm baixa tensão; 4) revestimentos de grande área que podem ser de espessura de mícrons, mas são lisos; e 5) revestimentos de grande área que podem ser de espessura de mícrons, mas têm baixa opacidade.
Breve Descrição das Figuras [0032] A figura 1 mostra um aparelho de catodo oco da técnica anterior.
[0033] A figura 2 mostra um dispositivo PEVCD linear básico de acordo com a presente invenção.
[0034] A figura 3 mostra uma matriz do dispositivo PEVCD linear básico da figura 2.
[0035] A figura 4 mostra um catodo oco dual em um dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção.
[0036] A figura 5 mostra uma matriz de catodos ocos duais em um dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção.
[0037] A figura 6 mostra um arranjo "em linha" do dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção.
[0038] A figura 7 mostra outro arranjo "em linha" do dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção.
[0039] A figura 8 mostra um dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção que compreende imãs.
[0040] A figura 9 mostra um dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção que compreende um terceiro eletrodo.
[0041] A figura 10 mostra um dispositivo PEVCD de acordo com a presente invenção que compreende uma série de paredes porosas.
[0042] A figura 11 mostra um dispositivo PEVCD "em linha" de acordo com a presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção [0043] Embora a presente invenção possa ser incorporada de muitas formas diferentes, uma quantidade de modalidades ilustrativas é descrita neste documento com o entendimento de que a presente revelação deve ser considerada como fornecendo exemplos dos princípios da invenção e tais exemplos não pretendem limitar a invenção a modalidades preferenciais descritas e/ou ilustradas neste documento. As várias modalidades são reveladas com detalhes suficientes para permitir que os indivíduos versados na técnica pratiquem a invenção. Deve ser entendido que outras modalidades podem ser empregadas, e que mudanças estruturais e lógicas podem ser feitas sem se afastar do espírito ou escopo da presente invenção.
[0044] Como referenciado neste documento, "espaço escuro" entende-se como uma zona estreita ou área em volta de um eletrodo em que a corrente de plasma é muito baixa. Geralmente, dois eletrodos de plasma carregados opostamente ou um eletrodo de plasma e um grupo de condutores potenciais afastados pela distância do espaço escuro não exibirão substancialmente nenhum fluxo de corrente entre eles.
[0045] "Catodo Oco" entende-se como um dispositivo de formação de plasma compreendido tipicamente de superfícies catódicas primariamente opostas e uma terceira superfície anódica próxima. As superfícies catódicas opostas são afastadas de modo que os elétrons oscilem entre os campos elétricos negativos das superfícies e sejam desse modo confinados.
[0046] "Gás Precursor" entende-se como um gás em forma molecular que contém um elemento ou elementos químicos para serem condensados em um revestimento sólido. Os elementos a serem condensados a partir do gás precursor podem incluir metais, metais de transição, boro, carbono, silício-germânio e/ou selênio. Geralmente, uma molécula precursora é não reagente ou não apta a se fixar em uma superfície até que seja energizada, parcialmente decomposta, ou totalmente decomposta por uma fonte de energia, em que um fragmento químico do gás precursor que contém o elemento químico desejado para o revestimento se torna quimicamente capaz de se ligar a ou condensar sobre uma superfície em uma forma sólida. A parte condensada do composto precursor pode ser primariamente um elemento puro, uma mistura de elementos, um composto derivado a partir dos constituintes do composto precursor ou uma mistura de compostos.
[0047] "Gás reagente" entende-se como oxigênio e/ou nitrogênio. Frequentemente é desejável depositar compostos em uma superfície que pode não ser disponível sozinha a partir do gás precursor. Frequentemente, gases reagentes tais com o oxigênio ou nitrogênio são adicionados ao processo CVD para formar óxidos ou nitretos. Outros gases reagentes podem compreender flúor, cloro outros halogênios ou hidrogênio. Um gás reagente pode ser diferenciado de um gás precursor pelo fato de que mesmo quando energizado ou decomposto quimicamente, não são formadas entidades moleculares condensáveis. Geralmente, gases reagentes ou fragmentos de gases reagentes não podem formar por si próprios uma deposição sólida, mas eles podem reagir e se tornar incorporados quimicamente em uma deposição sólida derivada dos gases precursores ou outras fontes de deposição sólida. [0048] "Substrato" entende-se como ou um item de pequena área ou grande área para ser revestido ou ter sua superfície quimicamente modificada por esta invenção. O substrato referenciado neste documento pode ser compreendido de vidro, plástico, materiais inorgânicos, materiais orgânicos ou qualquer outro material que tenha uma superfície a ser revestida ou modificada.
[0049] "Plasma" entende-se como um meio gasoso condutivo eletricamente que compreende tanto elétrons livres como íons positivos. [0050] "Corrente Hall" entende-se como uma corrente de elétrons provocada através de campos elétrico e magnético cruzados. Em muitos dispositivos convencionais de formação de plasma a corrente Hall forma um trajeto circular fechado ou "pista de corrida" do fluxo de elétrons.
[0051] "Energia AC" ou "fonte de energia AC" entende-se como energia elétrica a partir de uma fonte em que a tensão está mudando a alguma frequência de uma forma que é senoidal, onda quadrada, pulsada ou alguma outra forma de onda. Variações de tensão são frequentes de negativa para positiva. Quando em forma bipolar, a saída de energia fornecida pelos dois condutores é geralmente próxima a 180° fora de fase.
[0052] "Termiônico" entende-se como emissão de elétron a partir de uma superfície onde a emissão é fortemente acelerada através de alta temperatura da superfície. Temperaturas termiônicas são geralmente aproximadamente 600°C ou maiores.
[0053] "Função de trabalho" entende-se como energia mínima, em elétron volts (eV), necessária para remover um elétron de uma superfície sólida para um ponto imediatamente fora da superfície sólida. [0054] "Elétron secundário" ou "corrente de elétrons secundária" entende-se como emissão de elétron a partir de uma superfície sólida como um resultado de bombardeamento daquela superfície por uma partícula e a corrente que é criada como resultado, respectivamente.
[0055] O inventor da matéria em discussão neste documento descobriu surpreendentemente que um plasma linear longo (por exemplo, > 0,5 metros), estável e uniforme proveitoso para processos de PECVD, pode ser criado sem depender de circuito de tração eletrônica (por exemplo, efeito Hall). Isto pode ser obtido através de fornecer pelo menos duas superfícies emissoras de elétrons conectadas uma a outra através de uma energia AC, em que a fonte de energia AC fornece uma tensão bipolar que varia ou alterna para as duas superfícies emissoras de elétrons. Mais especificamente, as pelo menos duas superfícies emissoras de elétrons são conectadas uma a outra através de uma fonte de energia AC de modo que a fonte de energia AC aplica uma diferença de tensão bipolar às duas superfícies emissoras de elétrons. O fornecimento de energia bipolar conduz uma primeira superfície emissora de elétrons para uma tensão negativa, o que permite a formação de plasma, ao mesmo tempo em que a segunda superfície emissora de elétrons é conduzida para uma tensão positiva a fim de servir como um anodo para o circuito de aplicação de tensão. Este então conduz a primeira superfície emissora de elétrons para uma tensão positiva e inverte os papéis de catodo e anodo. Enquanto uma das superfícies que emite elétrons é conduzida negativa, se forma uma descarga dentro da cavidade correspondente. O outro catodo então forma um anodo, o que faz com que os elétrons escapem do plasma e se desloquem para o outro lado, em que deste modo completam o circuito elétrico.
[0056] As superfícies emissoras de elétrons de acordo com a presente invenção geram um plasma e as duas superfícies são, por sua vez, adicionalmente atingidas por elétrons ou íons. A colisão dos elétrons ou íons nas superfícies emissoras de elétrons resulta em elétrons secundários emitidos a partir das superfícies emissoras de elétrons. A emissão de elétrons secundária é importante porque o fluxo secundário de elétrons ajuda na criação de um plasma adensado. O espaço que existe entre as duas superfícies emissoras de elétrons é onde a corrente que compreende elétrons e/ou íons flui. Este espaço pode ser variado em distância dependendo dos parâmetros do revestimento a ser usado. Esta distância pode ser entre aproximadamente 1 mm até aproximadamente 0,5 metros e é determinada, em parte, pelo projeto do aparelho que forma plasma e pressão de operação do gás que envolve as superfícies emissoras de elétrons.
[0057] Para aumentar a emissão de elétrons das superfícies emissoras de elétrons, as superfícies emissoras de elétrons podem ser compreendidas de material de baixa função de trabalho tal como tungstênio toriado ou outros materiais similares. Alternativamente, as superfícies emissoras de elétrons podem ser aquecidas para uma faixa de temperatura de aproximadamente 600°C até aproximadamente 2000°C para aumentar a emissão de elétrons, por exemplo, emissão termiônica. Uma faixa de temperatura preferencial é de aproximadamente 800°C até aproximadamente 1200°C. Quando as superfícies emissoras de elétrons são mantidas a elevadas temperaturas, é necessária menos tensão para criar um plasma. Quando a elevada temperatura, uma faixa de tensão pode ser de aproximadamente 10 volts até aproximadamente 1000 volts. Uma faixa preferencial é de aproximadamente 30 volts até aproximadamente 500 volts. Quando as superfícies emissoras de elétrons são arrefecidas por água ou outros meios de arrefecimento, é necessária mais tensão para criar um plasma. Quando a estas baixas temperaturas, uma faixa de tensão pode ser de aproximadamente 100 volts até aproximadamente 2000 volts. Uma faixa preferencial é de aproximadamente 300 volts até aproximadamente 1200 volts.
[0058] A emissão de elétron também pode ser aumentada através da formação de um catodo oco ou efeito de oscilação de elétron. Quando qualquer superfície única que emite elétrons é formada para consistir de duas superfícies com o mesmo potencial elétrico, os elétrons podem oscilar e se tornar confinados entre aquelas duas superfícies opostas. A distância ótima entre as superfícies emissoras de elétrons aumenta com a diminuição da pressão. As pressões típicas de operação podem ser de aproximadamente pressão atmosférica a aproximadamente 10-2 pascal. Uma pressão de operação preferencial de acordo com a presente invenção é de aproximadamente 100 pascal a aproximadamente 0,1 pascal. Portanto, a uma pressão de operação de gás de aproximadamente 100 pascal, a distância ótima pode ser de aproximadamente 2 mm até aproximadamente 30 mm. Uma distância preferencial é de aproximadamente 3 mm até aproximadamente 10 mm. A uma pressão de operação de gás de aproximadamente 0,1 pascal, a distância ótima pode ser de aproximadamente 10 mm até aproximadamente 100 mm. Uma distância preferencial é de aproximadamente 10 mm até aproximadamente 30 mm. O comprimento do plasma de acordo com a presente invenção pode ser tão longo ou tão curto quanto necessário através da variação do comprimento das superfícies emissoras de elétrons. Os plasmas de acordo com a presente invenção podem ser feitos para serem muito longos, > 0,5 metros. Preferencialmente, os plasmas de acordo com a presente invenção são maiores do que um metro de comprimento.
[0059] As superfícies emissoras de elétrons também podem ser compreendidas de um material poroso condutivo eletricamente, tal como grafite, carboneto de silício, diboreto de titânio. Quando o projeto incorpora estes materiais porosos para as superfícies emissoras de elétrons, o gás reagente pode ser fornecido através destas superfícies. Este método de injeção de gás reagente tende a evitar que o gás precursor contate as paredes e forma um revestimento.
[0060] Se desejado, a quantidade de superfícies emissoras de elétrons pode ser aumentada para formar uma matriz de superfícies emissoras de elétrons, tal como aquelas representadas nas figuras 3 e 5. O inventor da matéria em discussão neste documento descobriu surpreendentemente que tais matrizes de superfícies emissoras de elétrons são capazes de formar plasmas que tem não apenas comprimento, mas também largura significativa. Em outras palavras, tal como representado nas figuras 3 e 5, são capazes de formar plasmas de duas dimensões. Tais fontes de PEVCD tipo matrizes oferecem uma vantagem sobre aquelas com apenas duas superfícies emissoras de elétrons. O inventor da matéria em discussão neste documento também descobriu inesperadamente que o "espaço escuro" que existe entre as superfícies emissoras de elétrons polarizadas positivamente e negativamente pode ser explorado para fornecimento de gás precursor e/ou reagente dentro do espaço de corrente de elétrons alternada. Os plasmas são conhecidos por não se dispersarem dentro de tais "espaços escuros" e assim, o gás precursor e/ou reagente pode ser fornecido próximo a um substrato sem qualquer degradação ou reação significativa dos gases precursor e/ou reagente antes de alcançar uma superfície de um substrato que se deseja revestir.
[0061] Embora não seja necessário para a criação de um plasma uniforme, longo e estável de acordo com a presente invenção, imãs podem ser utilizados com as fontes de plasma descritas neste documento e oferecer algumas vantagens que incluem, mas não estão limitadas ao seguinte: 1) imãs podem ser usados onde não é formada nenhuma corrente Hall significativa; 2) um plasma adensado pode ser formado através das linhas de campos magnéticos convergentes; 3) as linhas de campos magnéticos usadas para criar um plasma adensado podem passar próximas a, ou mesmo através de, uma superfície de um substrato; 4) um "espelho" magnético pode ser formado no trajeto da corrente entre as superfícies emissoras de elétrons; e 5) um plasma adensado pode ser colocado em contato com um eletrodo adicional. [0062] As vantagens mencionadas acima dos aparelhos e fonte de plasma de acordo com a presente invenção têm impacto direto no campo de revestimentos de grande área, tais como revestimentos de vidro de grande área. Os substratos de vidro são revestidos com películas finas que incluem, mas não estão limitadas a: 1) películas finas dielétricas; 2) películas finas condutivas transparentes; 3) películas finas semicondutoras; e 4) películas finas de controle solar. Com respeito aos grupos de revestimento mencionados acima, propriedades tais como cristalinidade, tensão de tração e porosidade podem ser adaptadas através do ajuste de certos parâmetros de deposição de fontes de plasma de acordo com a presente invenção.
[0063] Com respeito aos revestimentos de película fina condutiva transparente de grande área, o grau de cristalinidade afeta diretamente o grau de condutividade das películas condutivas transparentes. Convencionalmente, a maior parte das camadas condutivas transparentes é depositada, através de pulverização catódica ou CVD, quando o substrato está a uma temperatura elevada. É a temperatura elevada do substrato que dá ao material condutivo transparente depositado a energia necessária para rearranjar em uma cristalinidade ótima para condutividade elétrica. A necessidade de elevar a temperatura do substrato, tal como um substrato de vidro, dá origem a uma quantidade de problemas. Estes problemas incluem, mas não estão limitados a: 1) aquecimento e resfriamento do substrato; 2) aparelhos que podem manipular aquecimento e resfriamento do substrato; 3) o custo associado com aquecimento e resfriamento do substrato; e 4) o tempo requerido para aquecer e resfriar um substrato tende a ser longo (pelo menos 1 hora). A fonte de plasma do dispositivo de PEVCD de acordo com a presente invenção contorna estes problemas devido à película fina condutiva transparente poder ser depositada sem a exigência de um substrato a temperatura elevada. Em vez de um substrato a temperatura elevada ser a fonte de energia que facilita o rearranjo para uma cristalinidade ótica, esta energia pode ser fornecida pelo próprio plasma, e os problemas mencionados acima podem ser eliminados.
[0064] Com respeito a revestimentos de grande área de película fina dielétrica, os métodos tipo PEVCD são difíceis de implementar para revestimentos de superfície de grande área. A maior parte dos filmes dielétricos para tais revestimentos de superfície de grande área são depositados através de métodos do tipo pulverização catódica. Estes métodos têm sido usados para a produção de revestimentos dielétricos que são relativamente finos, aproximadamente 0,1 μm ou menos. Assim, até hoje, revestimentos dielétricos grossos, de aproximadamente 0,1 μm ou mais, para revestimentos de superfície de grande área têm sido limitados. A fonte de plasma do dispositivo de PEVCD de acordo com a presente invenção contorna esta limitação porque a mesma habilita o uso de altas taxas de deposição, por exemplo, pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo ou mais. Uma taxa de deposição preferencial é de aproximadamente 0,3 μm/segundo.
Uma taxa de deposição mais preferencial é de aproximadamente 0,5 μm/segundo. Esta alta taxa de deposição, por sua vez, permite um revestimento dielétrico mais grosso quando o dispositivo de PEVCD de acordo com a presente invenção é adaptado para revestimento de superfície de grande área.
[0065] Com respeito aos revestimentos de grande área de película fina semicondutora, tais como película fina se silício em vidro para aplicações fotovoltaicas, os métodos convencionais de deposição de película fina semicondutora são limitados por uma taxa lenta de deposição de material. A fonte de plasma do dispositivo de PEVCD de acordo com a presente invenção contorna esta limitação porque habilita o uso de altas taxas de deposição, por exemplo, de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo ou mais. Esta alta taxa de deposição, por sua vez, permite um revestimento de película fina semicondutora mais grosso quando o dispositivo de PEVCD de acordo com a presente invenção é adaptado para revestimento de superfície de grande área.
[0066] Os diferentes materiais que podem ser depositados pelo dispositivo e métodos de PECVD de acordo com a presente invenção não são particularmente limitados a materiais dielétricos, materiais condutivos transparentes e/ou materiais semicondutores. Se desejado, materiais orgânicos podem ser depositados com o dispositivo e métodos de PEVCD de acordo com a presente invenção. Por exemplo, um monômero orgânico que é sujeito a um plasma a partir do dispositivo de PEVCD descrito neste documento deve ser provido de energia suficiente para sofrer polimerização.
[0067] As modalidades a seguir da presente invenção não têm a intenção de ser limitadas de qualquer forma. Os indivíduos versados na técnica reconhecerão e avaliarão como adaptar os dispositivos e métodos descritos neste documento sem se afastar do espírito ou escopo da presente invenção.
[0068] Uma modalidade da presente invenção é mostrada na figura 2, que representa um arranjo de duas superfícies emissoras de elétrons 51 e 52 que são conectadas a uma fonte de energia elétrica bipolar de corrente alternada (não mostrada) de modo que as tensões das superfícies 51 e 52 ficam fora de fase elétrica uma com a outra. As tensões podem ir de 300 a 1200 volts e tipicamente quando uma superfície é polarizada negativamente a outra é polarizada positivamente. Entretanto, ambas as superfícies emissoras de elétrons podem ser polarizadas positivamente ou negativamente, desde que haja diferença de tensão suficiente para conduzir a formação de plasma. A polaridade pode ser comutada a uma frequência predeterminada, usualmente entre aproximadamente 10Hz até 108 Hz, uma faixa preferencial de frequência de acordo com a presente invenção é de aproximadamente 103 Hz até 107 Hz. A modalidade da presente invenção mostrada na figura 2 demonstra a natureza compacta da fonte de PEVCD, que tem aproximadamente 18 mm de largura e 30 mm de altura. Estas dimensões são muito menores do que a maior parte das fontes de plasma convencionais e conhecidas. A distância do fundo do dispositivo de PEVCD da figura 2 até o substrato 11 pode ser de aproximadamente 3 mm até aproximadamente 100 mm. Uma distância preferencial é de aproximadamente 6 mm até aproximadamente 50 mm. Tipicamente, o substrato 11 se moverá a uma taxa predeterminada abaixo da fonte de plasma, mas pode ficar estacionário se desejado. [0069] Um gás precursor pode ser injetado através do tubo de entrada 55 para dentro do distribuidor de precursor 54 de modo que o gás precursor em seguida entra na região de corrente de plasma através de uma linha de furos 56 e então interage com o plasma. Vantajosamente, o plasma criado fornece uma grande quantidade de energia que é disponível para ativar, ionizar, e/ou quebrar as moléculas de gás precursor a taxas muito altas de modo que revestimentos altamente eficientes podem ser depositados em substrato de grande área 11. Quando o dispositivo da figura 2 é adaptado par PEVCD, podem ser realizadas taxas de deposição que excedem aquelas reportadas para outras fontes de deposição lineares, de grande área. Surpreendentemente, as taxas de deposição podem ser tão altas quanto 0,5 μm/segundo ou maiores. A camada de isolamento 53 restringe a geração de plasma para a região entre as superfícies de emissão de elétron 51 e 52. Em outras palavras, a camada de isolamento 53 impede que o plasma deixe o espaço definido pelas superfícies emissoras de elétrons 51 e 52 e entre no ambiente.
[0070] Surpreendentemente, o plasma formado entre as duas superfícies 51 e 52 se espalha linear e uniformemente por todo o comprimento das superfícies. Na operação do dispositivo de PEVCD da figura 2, é gerado um plasma que é tem aproximadamente 200 mm de comprimento. Entretanto, o plasma pode ter alguns metros de comprimento e ainda manter estabilidade e uniformidade. As dimensões específicas do dispositivo de PEVCD da presente invenção podem ser modificadas com relação a aquelas discutidas neste documento para mudar o comprimento do plasma, como será reconhecido e avaliado pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. A corrente de plasma na região entre as superfícies pode ser relativamente alta, na faixa de 1 a 2 amps por 25 mm de comprimento. O consumo de energia total pelo dispositivo é alto e pode ser de dezenas de kWs por unidade de comprimento.
[0071] A figura 2, e as figuras restantes, mostram os distribuidores e outros componentes das fontes de PEVCD descritas neste documento como de extremidades abertas para propósitos de ilustração apenas. Tipicamente, as extremidades devem ser fechadas para conter qualquer dos gases reagentes, gases precursores e o plasma, como será reconhecido e avaliado pelos indivíduos versados na técnica.
[0072] Na figura 3 é mostrada uma modalidade da fonte de PEVCD da presente invenção. A figura 3 é similar a figura 2 pelo fato de que as modalidades representam superfícies emissoras de elétrons dispostas paralelas uma com respeito à outra. Na figura 3, entretanto, a quantidade de superfícies emissoras de elétrons foi aumentada de 2 para 10, para formar uma matriz de superfícies emissoras de elétrons. A quantidade exata de superfícies emissoras de elétrons não é limitada particularmente e pode ser ajustada como desejado, como será reconhecido a avaliado pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. Tipicamente, podem ser usadas de 4 a 20 superfícies emissoras de elétrons, mas podem ser usadas mais do que 20, se desejado. Conforme a quantidade de pares de superfícies emissoras de elétrons é aumentada, igualmente é a capacidade de taxa de deposição do dispositivo de PECVD. A taxa de deposição possível que já é alta de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo pode ser dobrada se a quantidade de superfícies emissoras de elétrons é aumentada para quatro, ou triplicada se aumentada para seis (por exemplo, duas superfícies emissoras de elétrons correspondem a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo; 4 superfícies emissoras de elétrons correspondem a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,4 μm/segundo; 6 superfícies emissoras de elétrons correspondem a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,6 μm/segundo). Este aumento na taxa de deposição pode continuar a crescer quanto mais pares de superfícies emissoras de elétrons são adicionados a matriz.
[0073] Para criar uma região de fluxo de elétrons entre cada superfície emissora de elétrons adjacente, as superfícies emissoras de elétrons são alternadamente conectadas aos polos de uma fonte de energia bipolar ou fonte de energia pulsada (não mostrada). Preferencialmente, a conexão pode ser feita de modo que para qualquer dada superfície, as voltagens das duas superfícies em cada lado estejam fora de fase com aquela no centro. Assim, uma primeira superfície emissora de elétrons 40 e uma segunda superfície emissora de elétrons 41 são energizadas por uma tensão alternada ou pulsada e estão fora de fase uma com a outra. As superfícies emissoras de elétrons subsequentes no restante da matriz podem ser polarizadas de tal forma que toda outra superfície da matriz esteja eletricamente em fase. As conexões elétricas são feitas de modo que cada superfície emissora de elétrons tenha em cada lado uma superfície emissora de elétrons que está fora de fase exceto pelas superfícies emissoras de elétrons em cada extremidade da matriz. Uma parede isolante 42 é disposta no lado externo das superfícies emissoras de elétrons a fim de impedir a formação de plasma fora da matriz.
[0074] Do lado do dispositivo de PEVCD longe do substrato 11 ficam uma série de distribuidores para o gás reagente e gás precursor. Os distribuidores de gás reagente 43 existem para cada espaço de corrente de elétrons e são posicionados para que o gás reagente flua ao longo da superfície emissora de elétrons. Os distribuidores de gás precursor 44 são posicionados para que o gás precursor primariamente flua através do centro do espaço de fluxo da corrente de elétrons. Este posicionamento dos distribuidores de gás reagente 43 e distribuidores de gás precursor 44 são para reduzir a deposição de materiais de deposição nas superfícies emissoras de elétrons 41 e 40. Consequentemente, cada espaço de fluxo de elétrons tem três distribuidores associados. Distribuidores de gás precursor 44 podem ser alimentados por diferentes gases precursores de modo que uma deposição multicamadas seja formada no substrato 11 conforme este passa pela fonte de PEVCD da figura 3. Como um exemplo não limitante, se um sistema de revestimento de vidro de: vidro/SiO2/TiO2/SnO2 é desejado, três distribuidores de gás precursor consecutivos podem ser abastecidos com os gases precursores apropriados que compreendem silício, titânio e estanho, respectivamente.
[0075] Distribuidores de gás reagente 43 também podem ser alimentados por diferentes materiais de gás. Como um exemplo não limitante, se é desejada uma camada do tipo oxinitreto, o distribuidor de gás reagente pode ser abastecido com oxigênio e nitrogênio. Os gases reagente e precursor fluem a partir dos distribuidores 43 e 44 através de furos 45 na parede isolante. Três distribuidores 46 são abreviados na figura 3 para mostrar as linhas de furos 45 para fluxo de gás para dentro do espaço de fluxo da corrente.
[0076] Para o revestimento ou tratamento da superfície de substratos de grande área, a matriz pode ser alongada para tamanhos de pelo menos 2 a 3 metros, como será reconhecido e avaliado pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. Na figura 3, deve ocorrer alongamento na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel.
[0077] A matriz inteira pode ser conduzida por uma fonte de energia (não mostrada). Surpreendentemente, a partir de uma fonte de energia, não apenas o plasma é distribuído uniformemente ao longo do comprimento de cada superfície, mas também é distribuído uniformemente de superfície emissora de elétrons para superfície emissora de elétrons da matriz, em que deste modo cria um plasma bidimensional. Este espalhamento uniforme bidimensional do plasma permite taxas inesperadamente altas de deposição, de aproximadamente 0,5 μm/segundo ou maiores, de materiais sobre uma superfície do substrato pelo PEVCD.
[0078] O inventor da matéria em discussão descrita neste documento descobriu que catodos ocos alongados podem surpreendentemente ser usados como fonte de PEVCD para revestimento de superfícies de grande área. Catodos ocos são superfícies de duas faces que são geralmente paralelas com respeito uma a outra, em que as superfícies são polarizadas com tensão elétrica e ficam fora de fase uma com a outra, similar as superfícies emissoras de elétrons descritas neste documento. Quando polarizadas com a tensão apropriada, as superfícies geram um plasma e as superfícies são então impactadas por elétrons ou outros íons.
[0079] A figura 4 mostra um catodo oco dual de acordo com a presente invenção. O catodo oco 12 é disposto em grande proximidade a outro catodo oco 13. Deve ser observado que os catodos ocos são compreendidos de materiais emissores de elétrons. Material isolante elétrico 14 é disposto em volta dos catodos ocos e impede que o plasma se desloque para fora dos catodos ocos para o ambiente. As áreas de oscilação elétrica 16, que ocorrem entre os catodos ocos, e a corrente de elétrons secundária 15 são mostradas na figura 4. A fonte de PECVD é disposta com um distribuidor de gás precursor 17 e um tubo de entrada de gás precursor 19 para fornecer os gases precursores que se pretende sejam depositados. Os tubos 18 também são providos para fornecimento de gases reagentes.
[0080] No dispositivo de PECVD da figura 4, entre cada um dos catodos ocos 12 e 13, existe um espaço 20, conhecido como espaço escuro. Um espaço escuro entre os catodos ocos duais mostrado na figura 4 não compreende um plasma ou permite fluxo de corrente entre os catodos, e assim, oferece um canal para fluxo de gases precursores. É vantajoso fluir os gases precursores no espaço escuro 20 entre os catodos ocos duais porque a ausência de um plasma no espaço escuro 20 garante que os gases precursores não reajam ou degradem antes de alcançar o substrato 11 a ser revestido. Em outras palavras, nenhuma ionização dos gases precursor ou reagente pode ocorrer no espaço escuro. Opcionalmente, se desejado, o espaço escuro 20 pode ser preenchido com um material isolante se não é desejado fluxo dentro do espaço. A largura do espaço escuro 20 é dependente da pressão e pode ser de aproximadamente 0,3 mm até aproximadamente 3 mm na faixa de pressão de aproximadamente 100 pascal até aproximadamente 0,1 pascal.
[0081] Para o revestimento ou tratamento de superfície de substratos de grande área, os catodos ocos podem ser alongados para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 4, o alongamento deve ocorrer na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel. [0082] Na figura 5 é mostrada uma modalidade de um catodo oco de fonte de PEVCD da presente invenção. A figura 5 é similar a figura 4 pelo fato de que as modalidades representam catodos ocos dispostos de forma adjacente. Na figura 5, entretanto, a quantidade de catodos ocos foi aumentada de 2 para 4, para formar uma matriz de catodos ocos dispostos de forma adjacente. A quantidade exata de catodos ocos não é limitada particularmente e pode ser ajustada conforme desejado, como será reconhecido e avaliado pelos indivíduos versados na técnica em vista de revelação deste documento. Tipicamente, 4 a 8 catodos ocos podem ser usados, mas mais do que 8 podem ser usados, se desejado.
[0083] Os catodos ocos da figura 5 são equipados com superfícies emissoras de elétrons 31 e 38 que facilitam oscilações entre as duas superfícies. No dispositivo da figura 5, superfícies emissoras de elétrons 31 são conectadas eletricamente com tensões alternadas em fase. As superfícies emissoras de elétrons 38 ficam fora de fase com as superfícies emissoras de elétrons 31. Assim, cada superfície emissora de elétrons da matriz deve ter em cada lado uma superfície emissora de elétrons que está fora de fase de tensão. A fenda 32 é para fluxo de corrente e plasma para superfícies emissoras de elétrons adjacentes. O espaço 33 pode ser opcionalmente preenchido por um isolador sólido. A largura do espaço escuro é dependente da pressão e pode ser de aproximadamente 0,3 mm até aproximadamente 3 mm na faixa de pressão de aproximadamente 100 pascal até aproximadamente 0,1 pascal. O espaço escuro 33 pode ser usado para fluxo de gás precursor a partir de tubos de alimentação 36 e distribuidores 37 de precursor para a região da corrente de elétrons 39 entre as superfícies emissoras de elétrons 31 e 38 e o substrato 11. As faces externas dos catodos ocos em cada extremidade da matriz e no fundo da matriz são cobertas por material isolante 34 para reduzir a formação de plasma no fundo ou lados do dispositivo de PEVCD da figura 5.
[0084] O gás reagente pode ser abastecido diretamente dentro da região de oscilação de elétrons através de tubos 35. Gases reagentes diferentes também podem ser abastecidos através dos tubos 35. Como um exemplo não limitante, se é desejada uma camada do tipo oxinitreto, o distribuidor de gás reagente pode ser abastecido com oxigênio e nitrogênio.
[0085] Os distribuidores de gás precursor 36 podem ser abastecidos com diferentes gases precursores de modo que seja formada uma deposição multicamadas no substrato 11 conforme este passa pela fonte de PECVD da figura 5. Como um exemplo não limitante, se um sistema de revestimento de vidro de: vidro/SiO2/TiO2/SnO2 é desejado, três distribuidores de gás precursor consecutivos podem ser abastecidos com os gases precursores apropriados que compreendem silício, titânio e estanho, respectivamente. Em casos onde é desejada uma taxa de deposição muito alta para um único material, o mesmo gás precursor pode ser injetado em mais do que um distribuidor de precursor 36. A taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo que é obtida com esta configuração pode então ser multiplicada pela quantidade de pares de catodos ocos (por exemplo, 1 par de catodos ocos corresponde a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/segundo; 2 pares de catodos ocos correspondem a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,4 μm/segundo; 3 pares de catodos ocos correspondem a uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,6 μm/segundo).
[0086] Para o revestimento ou tratamento de superfície de substratos de grande área, os catodos ocos podem ser alongados para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 5, o alongamento deve ocorrer na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel. [0087] Na figura 6 é mostrada uma fonte de PEVCD de acordo com a presente invenção que pode ser descrita como uma fonte de PEVCD "em linha". A fonte de PEVCD da figura 6 é adaptada para permitir que gases precursor e/ou reagente passem através da região 25 da corrente de plasma. Paredes condutoras elétricas que compreendem uma pluralidade de superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 são dispostas de forma adjacente e a oscilação de elétrons acontece entre as superfícies de eletrodo destas paredes, tal como entre as superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24. Uma fonte de energia bipolar 29 pode ser usada para conectar as superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24. A oscilação de elétrons ocorre quando as superfícies de eletrodo 21 e 22 estão polarizadas negativamente com respeito às superfícies de eletrodo 23 e 24. Esta respectiva polarização é em seguida invertida em polaridade a uma frequência de modo que as superfícies 23 e 24 se tornem polarizadas negativamente com respeito às superfícies 21 e 22. Esta inversão de polaridade forma uma corrente de plasma alternada através da região de plasma 25. Embora não mostrada, paredes condutoras elétricas que compreendem superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 podem ser cobertas nas superfícies externas por isolamento elétrico para impedir a formação de plasma no lado de fora das paredes.
[0088] As superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 podem ser isoladas eletricamente uma da outra através de isoladores elétricos 30. Os isoladores elétricos 30 também podem ser dispostos entre as paredes condutoras elétricas que compreendem as superfícies de eletrodo 23 e 24 e distribuidores de gás 26, 27 e 28. O distribuidor 26 pode ser usado para abastecimento de gás precursor, de modo que o gás precursor de desloque abaixo do centro entre as paredes condutoras elétricas que compreendem as superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24. Os distribuidores de gás 27 e 28 permitem que os gases reagentes se desloquem ao longo destas paredes para impedir deposição indesejada do precursor.
[0089] Assim, o arranjo de fonte PEVCD "em linha" pode ser considerado como um "gameta de plasma" que os gases reagente e/ou precursor são forçados a "atravessar". Neste arranjo, a chance de que os gases reagentes e/ou plasma se tornem energizados é aumentada dramaticamente devido à distância que os gases precisam atravessar e a exposição à maior energia de plasma na região de plasma para alcançar o substrato 11. Para o revestimento ou tratamento da superfície de substratos de grande área, o aparelho pode ser alongado para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 6, deve ocorrer alongamento na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel.
[0090] A figura 7 mostra uma fonte de PEVCD de acordo com a presente invenção que também pode ser descrita como uma fonte de PEVCD "em linha". A fonte de PEVCD de figura 7 é adaptada para permitir que gases precursor e/ou reagente passem através da região 25 da corrente de oscilação de elétron e formação de plasma. Paredes condutoras elétricas que compreendem uma pluralidade de superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 são dispostas de forma adjacente e a oscilação de elétrons acontece entre as superfícies de eletrodo destas paredes, tal como entre as superfícies de eletrodo 21 e 22 e 23 e 24. Uma fonte de energia bipolar pode ser usada para conectar as superfícies de eletrodo 21 e 22 e 23 e 24. A oscilação de elétrons ocorre quando as superfícies de eletrodo 21 e 22 estão polarizadas negativamente com respeito às superfícies de eletrodo 23 e 24. Esta respectiva polarização é em seguida invertida em polaridade a uma frequência entre as superfícies 21, 22, 23 e 24. Embora não mostrado, paredes condutoras elétricas que compreendem superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 podem ser cobertas nas superfícies externas por isolamento elétrico para impedir a formação de plasma no lado de fora das paredes.
[0091] As superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24 podem ser isoladas eletricamente uma da outra através de isoladores elétricos 30. Os isoladores elétricos 30 também podem ser dispostos entre as paredes condutoras elétricas que compreendem as superfícies de eletrodo 23 e 24 e distribuidores de gás 26, 27 e 28. A figura 7 mostra as extremidades das paredes e distribuidores de formação de plasma abertas para fins de ilustração. Tipicamente, as extremidades devem ser fechadas para conter qualquer dos gases reagentes, gases precursores e o plasma, como será reconhecido pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. O distribuidor 26 pode ser usado para abastecimento de gás precursor, de modo que o gás precursor se desloque abaixo do centro entre as paredes condutoras elétricas que compreendem as superfícies de eletrodo 21, 22, 23 e 24. Os distribuidores de gás reagente 27 e 28 permitem que os gases reagentes se desloquem ao longo destas paredes para impedir deposição indesejada do precursor.
[0092] Assim, o arranjo de fonte PEVCD "em linha" da figura 7 pode ser considerado como ainda mais "gameta de plasma" do que o arranjo da figura 6 porque a distância que os gases reagente e/ou precursor têm que atravessar para alcançar o substrato 11 é ainda maior do que aquela da figura 6. Para o revestimento ou tratamento da superfície de substratos de grande área, o aparelho pode ser alongado para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 7, deve ocorrer alongamento na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel.
[0093] A figura 8 mostra uma fonte de PEVCD de acordo com a presente invenção que inclui a adição de imãs. A adição de um campo magnético ajuda no direcionamento dos elétrons fora do caminho normalmente reto entre as superfícies emissoras de elétrons. Assim o adensamento do plasma pode ser formado de alguma forma remotamente ao aparelho de geração de plasma. Se as linhas do campo magnético incorporam o efeito de "espelho magnético", uma localização surpreendentemente densa e energética do plasma pode ser formada. Esta região adensada também pode ser alongada em uma faixa de plasma de energia alta uniforme para uso na modificação ou revestimento da superfície de substratos de grande área.
[0094] O fenômeno de espelho magnético é conhecido no campo da física de plasma. O efeito de espelho magnético existe onde campos elétrico e magnético estão ambos presentes para acelerar e direcionar o movimento de elétrons. Se as linhas de campo magnético convergem em algum ponto, os elétrons que se movem em direção e para dentro da convergência tendem a ser refletidos de volta motivados a inverter a direção. Na área de convergência magnética, a densidade de elétrons aumenta por unidade de área para criar uma região de polaridade elétrica negativa. Devido à carga negativa presente, os íons positivos podem ser acelerados para fora desta região e estes íons podem, por sua vez, colidir contra uma superfície.
[0095] Na fonte de plasma da figura 8, os elétrons são gerados pela primeira superfície emissora de elétrons 70 e pela segunda superfície emissora de elétrons 71. Na figura 8, as superfícies emissoras de elétrons são tubos ocos que compreendem paredes para confinar um plasma de elétrons oscilantes. Os tubos 79 fornecem gás para os tubos 70 e 71.
Tipicamente, este pode ser um gás inerte, um gás reagente ou uma mistura destes. Outros tipos de superfícies emissoras de elétrons podem ser substituídos pelos que geram os plasmas de elétrons oscilantes. Fendas (não mostradas) são feitas nos tubos 70 e 71 para criar um caminho de saída para os elétrons e íons do plasma gerado. As superfícies emissoras de elétrons são energizadas através de uma fonte de energia de corrente alternada bipolar (não mostrada). Isto cria um caminho de fluxo de elétrons alternado para frente e para trás 72 e através de uma região de espelho magnético 74. O fluxo alternado de elétrons tende a espalhar e distribuir uniformemente o plasma quando o aparelho é alongado. O inventor descobriu que surpreendentemente os comprimentos de plasma que se aproximam de quatro metros podem manter características de plasma uniforme e estável. A região de plasma adensado 74 é surpreendentemente uniforme sobre estes comprimentos e transmite uma quantidade surpreendentemente grande de energia para a superfície do substrato 11. No caso do substrato 11 ser, por exemplo, um monólito de vidro ou fita de vidro de 3 mm de espessura, a temperatura sobe dentro de poucos segundos o suficiente para cortar o vidro linearmente ao longo da linha do plasma. É desejável manter o substrato 11 em movimento para evitar danos térmicos localizados, particularmente se o substrato é um vidro, um polímero ou qualquer outro material que seja sujeito a dano por calor.
[0096] A região do plasma adensado 74 é mantida em contato com o substrato 11 por ter um ou mais polos magnéticos 75 no lado oposto do substrato a partir das superfícies emissoras de elétrons. Uma parte do campo magnético passa próximo as superfícies emissoras de elétrons, através da área de plasma 72 e em seguida através do substrato 11 na região 77 para o polo atrás do substrato. A outra parte do circuito magnético é compreendida pelo campo que flui através das peças do polo 78 e 79. Estas devem ser tipicamente feitas de um material condutor magnético, tal como ferro. Entre as peças do polo 77 e 78 o campo magnético passa através do substrato 11 para dentro da região 76.
[0097] Pode ser obtida uma energia ou espalhamento de energia maior sobre uma área maior através do aumento da quantidade de polos magnéticos atrás do substrato 11. Tipicamente, para facilitar o circuito magnético, um número ímpar de polos é mantido atrás do substrato 11. Muitas outras configurações são possíveis se múltiplos pares de superfícies emissoras de elétrons são incorporadas bem como polos magnéticos adicionais. Estas configurações adicionais serão reconhecidas e avaliadas pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento.
[0098] O bloco 80 na figura 8 pode corresponder a uma quantidade de diferentes componentes de hardware. Em sua forma mais simples, o mesmo pode ser uma parede cercando o espaço de plasma para fins de controle de pressão, confinamento de gás, blindagem ou outro uso mecânico. O bloco 80 pode ser uma fonte adicional de átomos de deposição tal como uma fonte de pulverização catódica, uma fonte de evaporação ou um distribuidor de gás para distribuição de um gás precursor. Tais configurações serão reconhecidas e avaliadas pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. [0099] O dispositivo da figura 8 é particularmente vantajoso se este adensamento do plasma estiver em contato com uma superfície de substrato e os átomos de deposição das fontes de deposição passarem através da região de plasma adensado 74 antes de aderirem ao substrato. Se os átomos ou moléculas de deposição passam através de região de plasma adensado 74, a energia adicional transmitida para o material depositante pode resultar em propriedades desejáveis sendo transmitidas para a camada depositada. As propriedades vantajosas transmitidas para a camada depositada podem incluir, mas não estão limitadas a, propriedades de proteção melhoradas, densidade da camada e cristalinidade melhorada. Além disso, a cristalinização também pode ser obtida ou melhorada através de pós-tratamento e rápido recozimento de um revestimento existente.
[00100] O dispositivo da figura 8 também pode ser eficaz em modificar quimicamente uma superfície através da energia do plasma, através de bombardeamento de íons, ou de espécies de gás altamente reagentes contidas dentro do plasma. Para o revestimento ou tratamento de substratos de grande área, o aparelho pode ser alongado para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 8 o alongamento deve ocorrer na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel.
[00101] A figura 9 mostra uma fonte de PECVD de acordo com a presente invenção que inclui adicionalmente um terceiro eletrodo. Este terceiro eletrodo pode funcionar para acelerar íons para fora do plasma formado pelas superfícies emissoras de elétrons duais através da aplicação de uma tensão elétrica aplicada a este terceiro eletrodo. Esta tensão é separada da tensão aplicada às superfícies emissoras de elétrons e pode ser uma polaridade não mutável positiva ou negativa (corrente direta) ou variada em alguma forma de uma tensão alternada. A tensão alternada pode ser mudada ou pulsada continuamente. A mesma pode ser sincronizada a tensão das superfícies emissoras de elétrons. As exigências de tensão adequadas serão determinadas pela aplicação desejada da fonte de PECVD da figura 9, como será reconhecido e avaliado pelos indivíduos versados na técnica em vista da revelação deste documento. O terceiro eletrodo pode ser configurado com campos magnéticos para confinar ou direcionar elétrons de alguma maneira específica. Outras combinações de equipamento e posicionamento do terceiro eletrodo serão reconhecidas e avaliadas pelos indivíduos versados na técnica.
[00102] Na figura 9, o plasma é formado pela primeira superfície emissora de elétrons 100 e pela segunda superfície emissora de elétrons 101. As superfícies emissoras de elétrons 100 e 101 são do tipo de oscilação de elétrons. As mesmas podem ser opcionalmente arrefecidas a água através de quatro tubos de água de arrefecimento 102. O plasma 103 é formado entre e dentro das superfícies opostas de cada uma das duas superfícies emissoras de elétrons 100 e 101. O terceiro eletrodo condutor elétrico 105 é isolado do contato elétrico direto com as superfícies emissoras de elétrons através de isoladores 104 em cada extremidade. Um feixe de íons singularmente longo, porém muito compacto, em largura e altura pode ser acelerado em direção ou para longe do eletrodo 105.
[00103] Uma aplicação prática da fonte de PEVCD da figura 9 pode ser feita através de conectar um terceiro eletrodo 105 a uma fonte de energia capaz produzir pulsos de alta corrente, alta tensão negativa. Quando pulsados desta maneira os íons positivos são acelerados em direção a superfície do terceiro eletrodo 105 resultando em pulverização catódica, ou erosão através de bombardeamento de íons, desta superfície. Os átomos pulverizados são dirigidos primariamente para fora a partir da superfície do eletrodo para formar um revestimento na superfície do substrato 11. O revestimento através deste método permite a deposição de materiais tipicamente difíceis de fazer através de pulverização catódica de magnetron, tais como materiais magnéticos. O plasma 103 é uma fonte de íons extraordinariamente eficaz para esta aplicação devido a sua densidade e alta corrente de plasma. O comprimento potencial deste método de pulverização catódica não é disponível eficazmente por outro hardware. Para o revestimento ou tratamento de superfície de substratos de grande área, o aparelho pode ser alongado para comprimentos de pelo menos 2 a 3 metros. Na figura 9, o alongamento deve ocorrer na direção para cima, ou vindo para fora do plano do papel.
[00104] A fonte de PEVCD da figura 9 também pode ter aplicação como uma fonte de bombardeamento de íons. Ao polarizar o terceiro eletrodo 105 positivamente por uma tensão ou uniforme (corrente contínua) ou alternada, os íons podem ser acelerados em direção ao substrato.
[00105] A figura 10 mostra outra modalidade de uma fonte de PEVCD de acordo com a presente invenção. A figura 10 mostra um projeto de catodo oco dual em que as superfícies emissoras de elétrons 81, 82, 83 e 84 que formam duas regiões de oscilação de elétrons 92 e 93 com uma corrente de plasma entre as mesmas compreendem materiais condutores porosos. Surpreendentemente, o efeito de oscilação de elétrons é mantido quando superfícies emissoras de elétrons opostas 81, 82, 83 e 84 não consistem de uma parede condutiva sólida. As superfícies 81, 82, 83 e 84 podem compreender estruturas de tela de arame, metal poroso sinterizado, placas furadas ou qualquer material condutivo que permite um fluxo de constituintes de gás ou plasma. Em alguns casos, é vantajoso para os poros das superfícies emissoras de elétrons fornecerem um caminho direto para as partículas aceleradas, tal como íons, para atravessar sem colidir com um sólido. A porosidade das superfícies emissoras de elétrons pode ser tão grande quanto aproximadamente 75% até tão pequena quanto 0,1%. Uma faixa preferencial é aproximadamente 50% até aproximadamente 1%. Os poros podem compreender uma variedade de formas que inclui, mas não está limitada a, fendas, furos quadrados ou redondos. As superfícies emissoras de elétrons podem ser feitas de uma espuma condutora ou material sinterizado.
[00106] A entrada de gás dentro da região de plasma pode ser configurada de muitas formas. Na figura 10, gás de operação é injetado através do tubo 88 em seguida através de um furo 90 na parede isolante elétrica 85. O afastamento das paredes isolantes 85 pode ser de aproximadamente 2 mm de distância até aproximadamente 1 metro de distância. Surpreendentemente, o plasma se espalha uniformemente independentemente do afastamento. Se a fonte é alongada (para cima na orientação da figura 10), a mesma pode ser feita de aproximadamente 10 mm a aproximadamente 4 metros de comprimento. O plasma se espalha uniformemente por todo este comprimento e pode ser feito um grande plano bidimensional de plasma, se desejado.
[00107] Na figura 10, imãs opcionais 86 com peças de polo anexas 87 são mostrados. Nesta configuração, o plasma 92 e 93 é concentrado no substrato 11 pela convergência das linhas de campo do imã posicionado no lado do substrato 11 ao aparelho de formação de plasma. As linhas do campo magnético passam através do substrato na região em que o plasma 92 contata a superfície na região 91 através das peças condutoras magnéticas dos polos 87. A parede isolante 89 isola a região de plasma do imã.
[00108] A figura 11 mostra uma fonte de PEVCD de acordo com a presente invenção. A figura 11 mostra as superfícies emissoras de elétrons da figura 6 repetidas em uma matriz. Nesta configuração, o par de superfícies opostas 110 e 111 que forma o plasma de elétrons oscilantes é duplicado em uma linha. A quantidade de pares emissores de elétrons pode ser de um, como na figura 6, a dezenas de pares. Todos podem ser eletricamente conectados a uma fonte de energia bipolar 117 através de dois fios 118 e 119. A linha inteira de superfícies emissoras de elétrons opostas 111 mais próxima ao substrato pode ser conectada eletricamente junta pelo fio 119 para gerar o plasma 114. A linha inteira de superfícies emissoras de elétrons opostas 110 pode ser conectada eletricamente junta através de uma tensão alternada fora de fase com a linha 111 através de outro fio 118 para gerar o plasma 113. Surpreendentemente, apesar de serem acionadas por uma fonte de energia, o plasma é distribuído uniformemente na direção da largura de lado a lado por todos os pares da matriz. Quando a fonte é alongada para até 4 metros, o plasma também é uniforme em comprimento. [00109] Os gases precursores e gases reagentes podem ser distribuídos através de distribuidores de gás separados 114 e 115. Preferencialmente, o gás precursor é injetado através do distribuidor central 114. O gás reagente preferencialmente é injetado através de distribuidores 115 de uma maneira que o gás reagente flui ao longo das superfícies emissoras de elétrons 110 e 11 para reduzir o revestimento destas superfícies. Opcionalmente, as superfícies emissoras de elétrons 110 e 111 podem ser arrefecidas através de canais de água de arrefecimento 112.
[00110] A matriz da figura 11 pode ser usada para depositar material de revestimento no substrato 11 a taxas de deposição extremamente altas quando um precursor é usado. Podem ser alcançadas taxas de deposição que estão atualmente além da capacidade dos dispositivos de PECVD convencionais, de aproximadamente 0,5 μm/segundo. O aparelho também pode ser operado com diferentes gases precursores injetados dentro de diferentes pares de superfície emissora de elétrons para criar uma pilha de revestimento multicamadas. A capacidade de criar uma pilha multicamadas a partir de um dispositivo que pode ser tão fino quanto 50 mm e também de até 4 metros de comprimento também não está disponível com o uso de tecnologia de revestimento PEVCD convencional.
Exemplo 1 [00111] Um revestimento de dióxido de silício feito pelo dispositivo de PEVCD da figura 5 é descrito abaixo. O dispositivo de PEVCD tem um comprimento total de 150 mm e uma largura de aproximadamente 50 mm. A distância a partir do fundo dos eletrodos de catodo oco para uma superfície de topo de um substrato de vidro foi fixada em 11 mm. Um total de quatro catodos ocos foi disposto de forma adjacente e conectados a uma fonte de energia AC. Foi fornecido gás precursor no espaço escuro 33 através de tubos de alimentação 36 e foi fornecido a uma taxa de 100 sccm. O gás precursor era 100% tetrametildissiloxano. Foi fornecido gás reagente para o espaço do catodo oco através de tubos de alimentação 35. O gás reagente era 100% oxigênio e foi fornecido a uma taxa de 300 sccm. O substrato 11 era uma peça de vidro ótico do tipo soda-lime e foi mantido estacionário sob a fonte de PECVD da figura 5. A fonte de abastecimento de energia AC usada foi uma fonte de fornecimento de energia AC de 40 kHz Advanced Energy PE-II. O tamanho da área revestida do substrato 11 foi de 50 mm x 100 mm. Os resultados do processo de revestimento são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1. Parâmetros de deposição para revestimento de película fina descrito no Exemplo 1.
[00112] Como pode ser visto na Tabela 1, um revestimento de película fina de dióxido de silício foi depositado em um substrato de vidro estacionário por 10 segundos para produzir uma película fina de dióxido de silício que tem 6 mícrons de espessura. Isto realiza uma taxa de deposição de 0,6 μm/segundo. Nenhum outro dispositivo de PEVCD do qual o inventor esteja atualmente informado é capaz de tão alta taxa de deposição. As propriedades óticas da película de dióxido de silício foram inspecionadas qualitativamente com um microscópio ótico para mostrar que o revestimento tinha um alto grau de lisura e um baixo grau de opacidade. A tensão de tração foi avaliada qualitativamente através da separação do revestimento de dióxido de silício do substrato e observar qualquer "ondulação" do revestimento. Se tensão de tração significativa estava presente no revestimento, era esperado que o mesmo ondulasse. Entretanto, não foi observada nenhuma ondulação, e assim, o revestimento de dióxido de silício do Exemplo 1 foi considerado como tendo baixa tensão de tração.
[00113] Embora a presente invenção tenha sido descrita com respeito a modalidades específicas, a mesma não é restrita a detalhes específicos apresentados, mas inclui várias mudanças e modificações que podem sugerir-se aos indivíduos versados na técnica, todas ficando dentro do escopo da invenção como definida pelas reivindicações a seguir.
REIVINDICAÇÕES

Claims (41)

1. Fonte de plasma que forma um revestimento que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma (PECVD) que compreende: uma primeira superfície emissora de elétrons (12) e uma segunda superfície emissora de elétrons (13) separadas por um espaço que contém gás; caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: pelo menos um distribuidor e/ou tubo (17, 19) configurado para fornecer gases precursores ou reagentes; e uma fonte de energia a qual as superfícies emissoras de elétron são conectadas eletricamente configurada para fornecer uma tensão que alterna entre os polos positivo e o negativo, em que a tensão fornecida à segunda superfície emissora de elétrons (13) está fora de fase com a tensão fornecida para a primeira superfície emissora de elétrons (12); em que uma corrente que compreende elétrons flui entre as superfícies emissoras de elétron (12, 13); e em que um plasma é criado entre as superfícies emissoras de elétron e em que o dito plasma é feito substancialmente uniforme ao longo de seu comprimento na ausência substancial de tração eletrônica de circuito fechado; em que o gás precursor é fornecido através de pelo menos um distribuidor e/ou tubo (17, 19) próximo ao plasma; e em que o plasma energiza, parcialmente decompõe, ou inteiramente decompõe o gás precursor.
2. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron (12, 13) são separadas uma da outra pelo menos por aproximadamente 1 milímetro a pelo menos aproximadamente 0,5 metro.
3. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o plasma criado pela fonte de plasma é de pelo menos aproximadamente um metro de comprimento.
4. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron (12, 13) estão em uma temperatura de pelo menos aproximadamente 600°C a pelo menos aproximadamente 2000°C.
5. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron (12, 13) estão em uma temperatura de pelo menos 800°C a pelo menos 1200°C.
6. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a corrente flui através de um orifício ou uma abertura restrita disposta nas superfícies emissoras de elétron (12, 13).
7. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o espaço que contém gás contém um gás precursor, um gás reagente ou combinações dos mesmos.
8. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o gás precursor compreende metais, metais de transição, boro, carbono, germânio silício, selênio ou combinações dos mesmos.
9. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o gás reagente compreende oxigênio, nitrogênio, halogênios, hidrogênio ou as combinações dos mesmos.
10. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir pelo menos um revestimento em uma taxa de deposição de aproximadamente 0.2 μm/s.
11. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir pelo menos um revestimento em uma taxa de deposição de aproximadamente 0,3 μm/s.
12. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir pelo menos um revestimento em uma taxa de deposição de aproximadamente 0,5 μm/s.
13. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétrons são compreendidas de um material poroso.
14. Revestimento caracterizado pelo fato de ser produzido pela fonte de plasma como definida na reivindicação 1.
15. Fonte de plasma que forma um revestimento que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma (PECVD) caracterizada pelo fato de que compreende: uma pluralidade de pares de superfícies emissoras de elétrons, cada par compreendendo uma primeira superfície emissora de elétrons (31) e um segunda superfície emissora de elétrons (38) separadas por um espaço contendo gás, em que a pluralidade de pares de superfícies emissoras de elétron é disposta adjacente em uma disposição; pelo menos um distribuidor e/ou tubo (36, 37) é configurado para fornecer gases precursores ou reagentes; e uma fonte de energia em que cada par de superfícies emissoras de elétron (31, 38) é conectado eletricamente configurada para fornecer uma tensão que alterna entre os polos positivo e o negativo, em que a tensão fornecida à segunda superfície emissora de elétrons (38) está fora de fase com a tensão fornecida à primeira superfície emissora de elétrons (31); em que uma corrente que compreende elétrons flui entre as superfícies emissoras de elétron (31,38) de cada par; e em que um plasma bidimensional é formado pelos plasmas criados entre as superfícies emissoras de elétron de cada par; e em que o dito plasma bidimensional é feito substancialmente uniforme em duas dimensões na ausência substancial de tração eletrônica de circuito fechado; em que o gás precursor é fornecido através de pelo menos um distribuidor e/ou tubo (36, 37) próximo ao plasma; e em que o plasma energiza, parcialmente decompõe, ou inteiramente decompõe o gás precursor.
16. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron de cada par (31, 38) são separadas uma da outra de pelo menos por aproximadamente 1 milímetro a pelo menos aproximadamente 0,5 metro.
17. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que o plasma bidimensional criado pela fonte de plasma é de pelo menos aproximadamente um metro de comprimento.
18. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron de cada par (31, 38) ficam em uma temperatura de pelo menos aproximadamente 600°C a pelo menos aproximadamente 2000°C.
19. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétron de cada par (31, 38) ficam em uma temperatura de pelo menos aproximadamente 800°C a pelo menos aproximadamente 1200°C.
20. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a corrente flui através de um orifício ou de uma abertura restrita disposta nas superfícies emissoras de elétron de cada par.
21. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que o espaço que contém gás contém um gás precursor, um gás reagente ou combinações dos mesmos.
22. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o gás precursor compreende metais, metais de transição, boro, carbono, germânio do silício, selênio ou combinações dos mesmos.
23. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 21, caracterizada pelo fato de que o gás reagente compreende oxigênio, nitrogênio, halogênios, hidrogênio ou combinações dos mesmos.
24. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir um revestimento em uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/s
25. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir um revestimento em uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,3 μm/s
26. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a fonte de plasma pode produzir um revestimento em uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,5 μm/s.
27. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétrons são compreendidas de um material poroso.
28. Revestimento caracterizado pelo fato de ser produzido pela fonte de plasma como definida na reivindicação 15.
29. Fonte de plasma que forma um revestimento que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma (PECVD) caracterizada pelo fato de que compreende: uma primeira superfície emissora de elétrons (70) e uma segunda superfície emissora de elétrons (71) separadas por um espaço que contém gás; e pelo menos um distribuidor e/ou tubo configurado para fornecer gases precursores e reagentes; e pelo menos dois polos magnéticos (75); uma fonte de energia a qual as superfícies emissoras de elétrons (70, 71) são conectadas eletricamente configurada para fornecer uma tensão que esteja alternando entre os polos positivo e o negativo, em que a tensão fornecida à segunda superfície emissora de elétrons (71) está fora de fase com a tensão fornecida à primeira superfície emissora de elétrons (70); em que uma corrente que compreende elétrons flui entre as superfícies emissoras de elétron (70, 71); em que pelo menos um campo magnético é posicionado próximo ao plasma; e em que o gás precursor é fornecido através do pelo menos um distribuidor e/ou tubo próximo ao plasma; e em que o plasma energiza, parcialmente decompõe, ou inteiramente decompõe o gás precursor.
30. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 29, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétrons são compreendidas de um material poroso.
31. Fonte de plasma que forma um revestimento que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma caracterizada pelo fato de que compreende: uma primeira superfície emissora de elétron (100) e uma segunda superfície emissora de elétron (101) separadas por um espaço contendo gás; e pelo menos um eletrodo (105) configurado para acelerar íons em direção a ou em direção oposta à superfície do pelo menos um eletrodo; pelo menos um distribuidor e/ou tubo configurado para fornecer gases precursores e reagentes; uma fonte de energia a qual as superfícies emissoras de elétron são conectadas eletricamente configurada para fornecer uma tensão que alterna entre os polos positivo e o negativo, em que a tensão fornecida à primeira superfície emissora de elétrons está fora de fase com a segunda superfície emissora de elétrons, e em que uma corrente que compreende elétrons secundários flui entre as superfícies emissoras de elétrons; uma segunda fonte de energia a qual pelo menos um eletrodo é conectado configurada para fornecer uma tensão que é diferente da tensão fornecida à primeira e à segunda superfícies emissoras de elétrons; em que a corrente cria um plasma entre as superfícies emissoras de elétrons que é substancialmente uniforme sobre seu comprimento na ausência substancial de tração eletrônica de circuito fechado; em que o gás precursor é fornecido através do pelo menos um distribuidor e/ou tubo próximo ao plasma; e em que o plasma energiza, parcialmente decompõe, ou inteiramente decompõe o gás precursor.
32. Fonte de plasma de acordo com a reivindicação 31, caracterizada pelo fato de que as superfícies emissoras de elétrons são compreendidas de um material poroso.
33. Revestimento caracterizado pelo fato de ser produzido pela fonte de plasma como definida na reivindicação 31.
34. Método de formar um revestimento como definido na reivindicação 14, que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma (PECVD), caracterizado pelo fato de compreender: a) fornecer um plasma que é linear que é feito substancialmente uniforme ao longo do seu comprimento na ausência substancial de tração eletrônica de circuito fechado; b) fornecer gases precursores e/ou reagentes próximo ao plasma; c) fornecer um substrato com pelo menos uma superfície a ser revestida próxima ao plasma; d) energizar, parcialmente decompor, ou inteiramente decompor o gás precursor; e e) depositar o revestimento na pelo menos uma superfície do substrato usando PECVD; em que depositar inclui ligar ou condensar um fragmento químico do gás precursor contendo um elemento químico desejável para revestimento na pelo menos uma superfície do substrato.
35. Método de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/s.
36. Método de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição pelo de menos aproximadamente 0,3 μm/s.
37. Método de acordo com a reivindicação 36, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição pelo menos de aproximadamente 0,5 μm/s.
38. Método de formar um revestimento como definido na reivindicação 28, que utiliza deposição química a vapor melhorada de plasma (PECVD), caracterizado pelo fato de compreender: a) fornecer um plasma que é bidimensional e é feito substancialmente uniforme em duas dimensões na ausência substancial de tração eletrônica de circuito fechado; b) fornecer o gases precursores e/ou reagentes próximo ao plasma; c) fornecer um substrato com pelo menos uma superfície a ser revestida próxima ao plasma; d) energizar, parcialmente decompor, ou inteiramente decompor o gás precursor; e e) depositar o revestimento na pelo menos uma superfície do substrato usando PECVD; em que depositar inclui ligar ou condensar um fragmento químico do gás precursor contendo um elemento químico desejável para revestimento na pelo menos uma superfície do substrato.
39. Método de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição de pelo menos aproximadamente 0,2 μm/s.
40. Método de acordo com a reivindicação 39, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição pelo menos de aproximadamente 0,3 μm/s.
41. Método de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o revestimento é depositado em uma taxa de deposição pelo menos de aproximadamente 0,5 μm/s.
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