CZ2012935A3 - Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce a zařízení k jeho provádění - Google Patents

Abstract

Vynález se týká způsobu vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, při kterém se na proud pracovního plynu protékajícího štěrbinovou tryskou působí elektromagnetickým polem. Ve štěrbinové trysce se vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem vytvářeným a tvarovaným nejméně jednou vysokonapěťovou elektrodou (7) dielektricky oddělenou od dutiny štěrbiny (3) a nejméně jednou uzemněnou elektrodou (8) působí na protékající atomární pracovní plyn, čímž se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma na vysokém nebo nízkém elektrickém potenciálu, kterým se zpětnovazebně mění původní vysokofrekvenční elektromagnetické pole a vysokotlaké vysokofrekvenční plazma se statisticky rozprostře po celé délce štěrbiny (3) a proudem atomárního pracovního plynu se vyfukuje z celé délky štěrbiny (3). Vynález se také týká zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku obsahující nejméně jedno duté těleso (1) opatřené alespoň jedním přívodem (2) pracovního plynu a dále opatřené nejméně jednou štěrbinou (3) tvořící výstupní otvor plazmatu, přičemž dutému tělesu (1) je přiřazena alespoň jedna elektroda. Štěrbina (3) je tvořena mezerou mezi dvojicí dielektrických desek (9), přičemž štěrbině (3) je přiřazena alespoň jedna vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda (7) oddělená od dutiny štěrbiny (3) dielektrickou deskou (9) a alespoň jedna uzemněná elektroda (8).

Description

Název přihlášky vynálezu:

Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce a zařízení k jeho provádění

Anotace:

Vynález se týká způsobu vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, při kterém se na proud pracovního plynu protékajícího štěrbinovou tryskou působí elektromagnetickým polem. Ve štěrbinové trysce se vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem vytvářeným a tvarovaným nejméně jednou vysokonapěťovou elektrodou (7) dielektricky oddělenou od dutiny štěrbiny (3) a nejméně jednou uzemněnou elektrodou (8) působí na protékající atomární pracovní plyn, čímž se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma na vysokém nebo nízkém elektrickém potenciálu, kterým se zpětnovazebně mění původní vysokofrekvenční elektromagnetické pole a vysokotlaké vysokofrekvenční plazma se statisticky rozprostře po celé délce štěrbiny (3) a proudem atomárního pracovního plynu se vyfukuje z celé délky štěrbiny (3). Vynález se také týká zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku obsahující nejméně jedno duté těleso (1) opatřené alespoň jedním přívodem (2) pracovního plynu a dále opatřené nejméně jednou štěrbinou (3) tvořící výstupní otvor plazmatu, přičemž dutému tělesu (1) je přiřazena alespoň jedna elektroda. Štěrbina (3) je tvořena mezerou mezi dvojicí dielektrických desek (9), přičemž štěrbině (3) je přiřazena

PS3864CZ

G.QKL -C&b

Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce a zařízení k jeho provádění

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, při kterém se na proud pracovního plynu protékajícího štěrbinovou tryskou působí elektromagnetickým polem.

Vynález se také týká zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku obsahující nejméně duté těleso opatřené alespoň jedním přívodem pracovního plynu a dále opatřené nejméně jednou štěrbinou tvořící výstupní otvor plazmatu, přičemž dutému tělesu je přiřazena alespoň jedna elektroda.

Dosavadní stav techniky

Z CZ 286 310 (analogie US 6 525 481 a EP 1 077 021) je znám způsob vytváření fyzikálně a chemicky aktivního prostředí plazmovou tryskou v zásadě válcovitého uspořádání s kruhovým výstupním otvorem plazmatu, která je založena na principu kovové duté katody válcové geometrie nebo dielektrické kapiláry obepnuté dutou katodou. Z CZ 286 310 jsou také známa různá uspořádání pro využití válcové plazmové trysky včetně kombinací více takových válcových plazmových trysek do multitryskových systémů. V rámci těchto multitryskových systémů jsou však jednotlivé proudy vytvářeného plazmatu od sebe poměrně striktně oddělené a na sobě vzájemně nezávislé, byť je známo vytváření střetu dvou a více proudů plazmatu od jednotlivých válcových plazmových trysek.

Z patentové přihlášky EP 07466017 jsou známa různá uspořádání pro využití plazmových trysek válcové geometrie s dielektrickou kapilárou, tj. uspořádání dle CZ 286 310, k současnému opracování větší plochy substrátu, kdy jsou vytvářeny multitryskové systémy tvořené řádkově nebo maticově uspořádanými tryskami dle CZ 286 310. Je také známo, zejména pro zesílení reakčních procesů, uspořádání jednotlivých plazmových trysek dle CZ 286 310 za sebou.

PS3864CZ

Typické pracovní podmínky jedné kapilární plazmové trysky dle CZ 286 310 s vnitřním průměrem trysky 2,5 mm jsou následující:

- výkon - 100 -150 W při frekvenci 13,56 MHz a napětí 2-3 kV

- průtok argonu - 1 - 5 l/min

- prekurzory - možno dodávat přímo do plazmatu uvnitř trysky a/nebo do části plazmatu vně trysky

- depoziční rychlost - obvykle stovky nm/s až 1 - 2 pm/s.

Typické pracovní podmínky multitryskového systému složeného z 20 trysek dle CZ 286 310 uspořádaných ve dvou řadách za sebou, každá řada o šířce 10 cm obsahuje 10 trysek CZ 286 310 o vnitřním průměr kapilár 2,5 mm jsou následující:

- výkon - 200 - 650 W při frekvenci 13,56 MHz a napětí 2 - 4 kV

- průtok argonu - 50 l/min

- prekurzory - možno dodávat pouze přímo do plazmatu uvnitř trysky

- depoziční rychlost - obvykle stovky nm/s.

U některých aplikací pro opracování širší plochy substrátu se jako nevýhoda těchto známých uspořádání ukazuje poměrně značná nespojitost plazmového výboje na přechodech mezi jednotlivými tryskami a také náročná technika potřebná k provozování celé soustavy jinak v podstatě samostatných plazmových trysek dodatečně uspořádaných v držáku do řádkového či maticového multitryskového systému.

Oproti výše popsanému způsobu generování vysokotlakého výboje jsou např. produkty firmy AcXys Technologies řady ULS a ULD založeny na principu dvojpólového výboje uvnitř trysky (viz. obr. 0), přičemž výboj je z vnitřního prostoru trysky vyfoukáván mimo trysku velmi velkým průtokem dusíku. Vně trysky pak již je pouze dohasínající výboj, který obsahuje převážně jen radikály a excitované molekuly, které následně působí na povrch opracovávaných materiálů. Některá zařízení (lokální) jsou určena k nanášení tenkých vrstev a v takových případech se prekurzor přidává až do proudu

PS3864CZ dohasínajícího plazmatu vně trysky. Pro produkty řady ULS jsou depoziční podmínky SIO2 vrstev následující:

- spotřeba N^ - 70 -150 l/min na jednu trysku o rozměru 7 mm

- VN lineární zdroj - 3kV, 100 kHz, 1000W

- spotřeba prekurzoru (hexamethyldisilan - HMDSO) 0,2 - 0,5 ml/min

- rychlost depozice 20 nm/s

- substrát je předehřívaný na teplotu 50 - 550 Ό.

V případě řady ULD je možné vytvářet výboj (plazma) ve štěrbinách o délce 6 až 50 cm. Potřebný průtok pracovního plynu N^ je závislý na délce štěrbiny, kde např. pro štěrbinu o délce 60 mm je průtok pracovního plynu N

120 l/min, při délce štěrbiny 120 mm je průtok pracovního plynu N 250 l/min, 2 při délce štěrbiny 250 mm je průtok pracovního plynu N^ 250 l/min, při délce štěrbiny 380 mm je průtok pracovního plynu N^ 380 l/min a při délce štěrbiny 500 mm je průtok pracovního plynu N^ 500 l/min. Pracovním plynem je obvykle N^ nebo tlakový vzduch.

Nevýhodou tohoto způsobu vytváření plazmatu je nutnost používat velké průtoky pracovního plynu, aby bylo možné vyfouknout výboj z trysky, neboť aktivně generovaný výboj vzniká pouze uvnitř trysky. Další nevýhodou je, že jako pracovní plyn se používá vzduch nebo dusík, u kterých je vytváření výboje obecně obtížnější, protože se jedná o molekulární plyny, kdežto v atomárních plynech, jako je např. argon, se výboj obecně vytváří snáze. Navíc se výboj vytvořený za pomoci molekulárních plynů chová odlišně a má i jiné vlastnosti, než výboj vytvořený za pomoci atomárních plynů, např. je výboj vytvářený pomocí vzduchu nebo dusíku oproti výboji vytvářenému pomocí argonu mnohem teplejší, je méně elektricky vodivý a také je méně neizotermický.

Jiným příkladem štěrbinového plazmového zařízení je systém Atomflo™ 400L firmy Surfx Technologies LLC, USA, který je systémem pro generování

PS3864CZ lineárního plazmatu o frekvenci 13,56 MHz, přičemž délka štěrbiny je 12,5 mm, 25 mm nebo 50 mm. Zařízení je vhodné pro ošetření plochých povrchů a pracovním médiem je směs helia a kyslíku. Výkon zdroje je 60 - 150 W při délce štěrbiny 25 mm, resp. 120 - 200 W při délce štěrbiny 50 mm. Průtok helia je 15 l/min při délce štěrbiny 25 mm, resp. 30 l/min při délce štěrbiny 50 mm. Průtok kyslíku je 0 - 1.5 l/min. Princip vytváření výboje nám není blíže znám, nicméně nevýhodou tohoto řešení je nutnost použití drahého helia a pouze omezená délka štěrbiny daná zejména požadavkem na zachování dostatečné homogenity plazmatu po celé délce štěrbiny.

Další typy štěrbinových plazmových trysek (např. produkt firmy SOFTAL Corona & Plasma GmbH, DE - Linear Plasma) jsou založeny na principu koránového výboje s vysokým elektrickým napětím řádově 10 kV a více a obvykle na frekvenci do 100 kHz s velmi malou proudovou hustotou. Tyto typy zařízení vykazují malou reaktibilitu a účinnost vytvářeného výboje, danou nízkou hustotou absorbovaného výkonu v jednotce objemu vytvářeného plazmatu, ale štěrbina může mít délku řádově v desítkách cm až jednotkách metrů.

Na základě nám v současnosti známých údajů, všechny tyto plazmové štěrbinové trysky využívají ke generování plazmatu VN elektrodu, která je umístěna uvnitř dutiny štěrbiny. Tím je vytvářeno primárně pouze plazma o vysokém elektrickém potenciálu, které však následně tento vysoký potenciál ztrácí při doteku s velkou plochou zemněné elektrody, na kterou se výboj uzavírá. Plazma je vně trysky pouze dohasínající (tj. není aktivně generováno elektromagnetickým polem, neprochází jím elektrický proud, obsahuje jen velmi malou koncentraci nabitých částic, ale obsahuje v plazmatu vzniklé radikály a metastabilní částice, které přenášejí reakční energii z plazmatu na upravovaný povrch materiálu), přičemž je zaručeno jeho vyfoukávání ze štěrbiny pouze při velmi velkých průtocích pracovního plynu.

Cílem vynálezu je odstranit nebo alespoň snížit nevýhody dosavadního stavu techniky, zejména z hlediska možnosti opracování širší plochy substrátu jediným zařízením s vysokou účinností a homogenitou plazmatu a to včetně možnosti efektivního povlakování plochy povrchu.

PS3864CZ

Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, jehož podstata spočívá v tom, že ve štěrbinové trysce se vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem vytvářeným a tvarovaným nejméně jednou vnější vysokonapěťovou elektrodou dielektricky oddělenou od štěrbiny a nejméně jednou uzemněnou elektrodou působí na protékající atomární pracovní plyn, čímž se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma na vysokém nebo nízkém elektrickém potenciálu, kterým se zpětnovazebně mění původní vysokofrekvenční elektromagnetické pole a vysokotlaké plazma se statisticky rozprostře po celé délce štěrbiny, a proudem atomárního pracovního plynu se vyfukuje ze štěrbiny.

Podstata zařízení k vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce spočívá v tom, že štěrbina je tvořena mezerou mezi dvojicí dielektrických desek, přičemž štěrbině je přiřazena alespoň jedna vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda oddělená od štěrbiny dielektrickou deskou a alespoň jedna uzemněná elektroda.

Vynález umožňuje snadné vytváření vysoce reaktivního a homogenního plazmatu za atmosférického tlaku v délce desítek cm až i více než 1m, čímž umožňuje relativně snadné průmyslové použití k povrchovým úpravám širších ploch různých materiálů, což je dáno vysokou variabilností vynálezu umožněnou variabilitou uspořádání elektrod i vlastní geometrie výbojového prostoru. Navíc vynález umožňuje relativně snadno využít aerosolové dávkování vhodných prekurzorů pro vytváření příslušných funkčních povlaků na površích materiálů a to při stejné geometrii uspořádání štěrbinové trysky nebo soustavy štěrbinových trysek. Vynález dále umožňuje dosáhnout rychlosti vytváření kompaktních homogenních povlaků řádově ve stovkách nm/s až jednotky pm/s, což je bezkonkurenční rychlost s ohledem na stávající plazmové technologie využívající neizotermického „chladného“ plazmatu, které jsou v porovnání s možnostmi podle tohoto vynálezu až o dva řády nižší (depoziční rychlosti u nízkotlakého plazmatu se pohybují řádově v desetinách nm/s, u atmosférických typů výbojů je to obvykle max. v jednotkách nm/s). Vlastnosti povlaků vznikajících při využití tohoto vynálezu jsou srovnatelné nebo i lepší, zejména z hlediska homogenity, kompaktnosti a jemnosti nanostruktury

PS3864CZ povrchové úpravy, s povlaky dosahovanými nízkotlakým plazmatem, tj. jedná se o velmi kvalitní tenké vrstvy.

Objasnění výkresů

Stav techniky a vynález je schematicky znázorněn na výkrese, kde ukazuje obr. 0 uspořádání zařízení AcXys Technologies řady ULS a ULD dle stavu techniky, obr. 1 čelní pohled na zařízení pro vytváření vysokotlakého plazmatu podle vynálezu, obr. 2 řez rovinou A-A z obr. 1, obr. 2a fotografie mikrokanálkového výboje dle vynálezu, obr. 2b fotografie doutnavého dohasínajícího výboje dle vynálezu, obr. 2c fotografie doutnavého výboje vytvářeného z výboje o nízkém elektrickém potenciálu dle vynálezu, obr. 3 příklad vybraných variací geometrického řešení dutiny štěrbinové trysky podle vynálezu a sdružování několika štěrbinových trysek dle vynálezu vč. kombinací s tryskou pro dávkování prekurzorů zvláště aerosolového charakteru, obr. 4 příklad vybraných variací vzájemného geometrického uspořádání elektrod pro variace řešení z obr. 3, tj. vybraných příkladů obsahujících různé kombinace vysokofrekvenční vysokonapěťové elektrody a zemněné elektrody vůči dielektrické stěně a štěrbině štěrbinové trysky a vůči sdružování štěrbinových trysek dle vynálezu vč. kombinací s tryskou pro dávkování prekurzorů, obr. 5 je detail obr. 4d, obr.6 příklad použití štěrbinových plazmových trysek s aerosoly prekurzorů dle vynálezu pro nanášení tenkých ochranných vrstev.

Příklady uskutečnění vynálezu

Vynález je založen na vytváření vysokofrekvenčního výboje za atmosférického tlaku uvnitř štěrbinové trysky, kterou protéká atomární plyn argon buď čistý nebo obohacený alespoň jednou příměsí a/nebo alespoň jedním prekurzorem, a to při různé geometrii dutiny trysky a v různém uspořádání alespoň jedné VNVF (vysokonapěťové a vysokofrekvenční) elektrody a alespoň jedné uzemněné elektrody. VNVF elektroda nebo elektrody a uzemněná elektroda nebo elektrody určují základní chování výboje a jeho vlastnosti.

PS3864CZ

Samotný princip inicializace a následného generování výboje uvnitř štěrbinové trysky dle vynálezu je založen na využití zpětnovazebného chování plazmatu po vzniku primárního výboje, čehož se dosáhne předionizací prostředí na ústí štěrbinové trysky nebo koncentrací prostorového elektrického náboje vysokou hustotou elektromagnetické energie v blízkosti elektrod, za přispění statistického rozložení prostorového elektrického náboje a elektromagnetického pole v dutém prostoru štěrbiny, které je zpětnovazebně ovlivňováno výbojem samotným, protože základní vlastností plazmatu je „zvláštní“ kolektivní chování nabitých částic spočívající ve vytváření vlastního elektromagnetického pole, které ovlivňuje jak nabité částice v plazmatu, tak i vnější elektromagnetické pole, které plazma vdaném případě vytváří. Důsledkem výše popsaných skutečností je, že se primární lokální výboj z místa svého vzniku rozšíří z místa svého vzniku v omezené oblasti délky štěrbiny do celé délky štěrbiny, která tak může být dlouhá i několik desítek cm, a to v závislosti na dodávaném výkonu a dalších podmínkách. Výboj takto vytvořený v celé délce štěrbiny, řádově v desítkách cm, je pak udržován v závislosti na konkrétním uspořádání VNVF a uzemněných elektrod relativně homogenně, resp. mikrokanálkové (viz. obr. 2a), nebo zcela homogenně, kdy má charakter doutnavého dohasínajícího výboje (obr.2b) nebo doutnavého výboje aktivně generovaného ve vnějším prostředí pomocnou vnější elektrodou na plovoucím nebo zemněném potenciálu (obr.2c)

Výboj je následně ze štěrbiny do vnějšího prostředí unášen proudem argonu a vně štěrbiny buď samovolně dohasíná, nebo je i vně trysky aktivně generován, přičemž jestli výboj vně štěrbiny dohasíná nebo je zde i aktivně generován závisí na uspořádání VNVF a uzemněných elektrod.

Ve vnějším prostředí lze takto pouhým uspořádáním elektromagnetického pole, tj. uspořádáním elektrod, a prouděním argonu dosáhnout buď výboje tvořeného hustou sítí statisticky kmitajících mikrokanálků nebo je možno dosáhnout vytvoření zcela homogenního výboje „doutnavého“ charakteru, a to vždy na celé délce štěrbiny v řádu desítek cm.

Tento doutnavý výboj vzniká pouze ve speciálních případech:

1. Pokud se vně štěrbinové trysky nachází další elektroda na plovoucím nebo zemněném potenciálu, tj. nachází se tam kov nebo kov oddělený tenkou

PS3864CZ vrstvou dielektrika, a současně je ve výbojovém prostoru štěrbiny 3 generován výboj o nízkém elektrickém potenciálu, který může vznikat dvěma způsoby:

a)při speciálním uspořádání elektrod (VNVF 7_a uzemněných 8) do nejméně jednoho „bloku“ (viz obr.4d a obr. 5), kdy „blok“ elektrod je vnořen do prostoru štěrbiny 3, kterou tímto rozděluje buďto na nejméně dva samostatné výbojové prostory štěrbiny 3 (vzniká tím např. dvojitá štěrbina apod.), nebo nejméně jeden „blok“ je umístěn u dielektrické stěny štěrbiny a výbojový prostor dutiny štěrbiny je následně jen z jedné strany daného „bloku“;

b) při speciálním uspořádání elektrod (obr.4c), kdy uvnitř štěrbiny 3 se nachází nejméně jedna zemněná elektroda 8 (vzniká tím např. dvojitá štěrbina), přičemž nejméně jedna VNVF elektroda 7 se nachází vně trysky za dielektrickou deskou 9 (na úrovni uzemněné elektrody 8 nebo je posunuta dále od ústí štěrbiny 3 proti směru proudění atomárního pracovního plynu).

V daných případech je výboj do „doutnavého“ charakteru vytažen „kapacitně“ z výboje o nízkém elektrickém potenciálu, a to na základě doplňkového, relativně slabšího, elektromagnetického pole vznikajícího na ústí a vně výbojového prostoru štěrbiny 3 vytvořené speciálním uspořádáním elektrod 7 a 8 dle výše uvedených případů a) a b) vůči další pomocné elektrodě na volném nebo zemněném potenciálu nacházející se vně plazmové trysky před jejím ústím.

2. Pokud elektrody jsou uspořádány tak, že VNVF elektroda 7 a uzemněná elektroda 8 jsou umístěny paralelně naproti sobě přes štěrbinu 3 oddělené dielektrickými deskami 9 tvořícími mezi sebou štěrbinu 3 (tj. Elektrody 7, 8 tvoří desky „kondenzátoru“ a výbojový prostor štěrbiny 3 je umístěn mezi těmito deskami „kondenzátoru“ oddělenými dielektrikem v podobě dielektrických desek 9), se mezi elektrodami 7, 8 vytváří příčné (k proudění atomárního pracovního plynu) homogenní elektromagnetické pole, které způsobuje vznik dostatečně homogenního doutnavého výboje, který je následně proudem atomárního pracovního plynu vyfoukáván vně štěrbiny 3, kde dohasíná (neteče jím elektrický proud). Podobný efekt lze získat při různých kombinacích VNVF elektrod 7 a uzemněných elektrod 8 umístěných po obou vnějších stranách dielektrických desek 9 tvořících štěrbinu/-y 3, kdy se střídají uzemněné elektrody 8 a VNVF elektrody 7 tak, že vzniká příčné elektromagnetické pole ke

PS3864CZ směru proudění atomárního pracovního plynu nebo příčné a současně podélné elektromagnetické pole, přičemž musí převažovat elektromagnetické pole příčné, neboť podélné elektromagnetické pole má za úkol pouze zintenzívnit výboj a vytáhnout jej do větší vzdálenosti od ústí štěrbiny 3. Doutnavý charakter výboje je zachováván při doteku plazmatu s povrchem předmětu pouze v případě, že se jedná o dielektrické materiály, u kovových materiálů doutnavý výboj přechází na mikrokanálkový nebo se lokálně mikrokanálky překládají přes doutnavý režim výboje.

Doutnavý charakter výboje typu 1. je vhodný pro úpravy povrchů kovů nebo tenkých dielektrických materiálů umístěných mezi ústí štěrbinové trysky a vnější elektrody z kovu. Oproti tomu doutnavý výboj typu 2. je vhodný spíše pro dielektrický materiál nebo úpravy tenkých dielektrických materiálů umístěných mezi ústí štěrbinové trysky a vnější elektrody z kovu (použití s výhodou pro materiály, které jsou tepelně citlivé nebo nesmějí být zatíženy průchodem elektrického proudu).

Oproti doutnavému výboji je mikrokanálkový výboj výrazně energetičtější a pro povrchové úpravy výrazně účinnější - v prostředí vně štěrbiny 3 je výboj v mikrokanálcích rovněž aktivně generován jako uvnitř štěrbiny 3 (váže se na elektrickou kapacitu okolí) a mikrokanálky protéká elektrický proud. Prouděním atomárního plynu a statistickým rozdělením elektromagnetického pole uvnitř a vně štěrbiny 3 zpětně ovlivňovaným vzniklými mikrokanálky, dochází ke kmitání mikrokanálků, které tímto vyplňují objem štěrbiny 3. Jednotlivé mikrokanálky mezi sebou interagují, přičemž mezi nimi navzájem, popř. mezi nimi a stěnou dielektrika, tj. dielektrickými deskami 9, vytvářejícími štěrbinu 3, vzniká slabý difúzní výboj o různé homogenitě. Tato proudící směs kmitající soustavy mikrokanálků a lokálního doutnavého výboje následně působí na povrch opracovávaných látek.

Jednotlivé štěrbinové plazmové trysky je možno řadit za sebe a vytvářet tak multištěrbinové systémy. Do těchto multištěrbinových plazmových systémů lze pak vřadit štěrbinové trysky s plynnými nebo aerosolovými prekurzory, které díky vhodné souhlasné geometrii proudu plynných nebo aerosolových prekurzorů s proudem plazmatu jsou snadno a homogenně aktivovány proudem

PS3864CZ plazmatu a tudíž mohou vytvářet průmyslově použitelné povrchové úpravy materiálů.

Základní jednoduchá varianta štěrbinové trysky dle vynálezu je schematicky znázorněna na obr. 1 v čelním pohledu a na obr. 2 v příčném řezu rovinou A-A z obr. 1.

Štěrbinová tryska pro vytváření vysokotlakého vysokofrekvenčního výboje 6, tj. plazmatu, dle vynálezu obsahuje podlouhlé duté těleso 1 opatřené alespoň jedním přívodem 2 pracovního plynu a dále opatřené výstupním otvorem plazmatu tvořeným štěrbinou 3. Základní varianta dutého tělesa 1 obsahuje rozdělovač a homogenizátor 4 pracovního plynu, který slouží pro homogenní rozdělení pracovního plynu po celé délce dutiny dutého tělesa 1 do štěrbiny 3, ve které se generuje vysokotlaký vysokofrekvenční výboj 6, jak bude popsáno dále. Štěrbina 3 jako dutý prostor je vytvořena mezi dvojicí paralelních desek 9 vytvořených z vysokoteplotního dielektrického materiálu. Deskám 9 nebo alespoň jedné z nich je přiřazena alespoň jedna vysokofrekvenční vysokonapěťová elektroda 7 (dále jen VNVF 7) a alespoň jedna uzemněná elektroda 8. S výhodou, zejména pro stabilitu vytvářeného proudu vysokotlakého vysokofrekvenčního výboje (plazmatu), má štěrbina 3 konstantní šířku po celé své délce. Štěrbina 3 tvořená mezerou mezi dvojicí dielektrických stěn 9 má ve směru R proudění pracovního plynu konstantní nebo proměnlivou šířku, tj. dielektrické desky 9 jsou buď paralelní, nebo jsou uspořádány ve tvaru „V“ nebo „Y“ nebo „X“ nebo mají obecně proměnný tvar svých vnitřních stěn, které vymezují štěrbinu 3, a to podle potřeb vytváření vhodného proudění pracovního plynu, proudu vysokotlakého plazmatu nebo dávkování příměsí nebo prekurzorů do pracovního plynu. Vybrané příklady vzájemného uspořádání desek 9 z hlediska jejich vnitřních stěn vymezujících štěrbinu 3 jsou zobrazeny na obr. 3, který ukazuje vybrané variace geometrického řešení dutého tělesa 1 a sdružování několika štěrbinových trysek podle vynálezu do multištěrbinových systémů vč. kombinací s tryskou 11 pro dávkování prekurzorů, obzvláště prekurzorů aerosolového charakteru.

Štěrbina 3 má ve směru P délky dutého tělesa resp. ve směru kolmém na směr R proudění pracovního plynu, větší délku než je šířka štěrbiny 9, tj. vzájemná vzdálenost vnitřních stěn dvojice dielektrických desek 9. Ve

PS3864CZ 11 znázorněném příkladu provedení je štěrbina 3 ve směru své délky, tj. směru P délky dutého tělesa 1, přímá tj. rovinná, ale v zásadě může být štěrbina 3 ve směru své délky zcela obecného tvaru, např. může být zahnutá, vícenásobně zahnutá, zalomená, vícenásobně zalomená, nebo může být kombinovaná na několika úsecích své délky, tzn. na části své délky je přímá, na jiné části své délky je zahnutá, na další části své délky je zalomená, atd. Štěrbina 3 také může být svými konci navzájem propojená a pak je uzavřena do tvaru kruhu nebo elipsy nebo do jiného vhodného uzavřeného tvaru apod. V podstatě je tak možno vytvořit štěrbinu 3 libovolně tvarovanou ve směru její délky. V neznázorněném příkladu provedení může být do ústí štěrbiny 3 vložen konstrukční prvek rozdělující štěrbinu 3 na dva nebo více paralelních kanálů, kde každým kanálem pak ze štěrbiny 3 vystupuje samostatný oddělený proud vysokotlakého vysokofrekvenčního plazmatu. Místo konstrukčního prvku, který umožňuje vznik paralelních mikrokanálů, může být do štěrbiny 3 vložen konstrukční prvek vytvářející matici otvorů (např. ve formě mřížky apod.), kde potom obdobně každým otvorem ze štěrbiny 3 vystupuje samostatný oddělený proud vysokotlakého vysokofrekvenčního plazmatu.

Rozdělovač a homogenizátor 4 pracovního plynu je s dielektrickými deskami 9 štěrbiny 3 spojen omezovačem 5 přenosu mechanických pnutí ze štěrbiny 3 na rozdělovač a homogenizátor 4 pracovního plynu, kdy mechanická pnutí vznikají v důsledku rozdílů teplotní roztažnosti materiálu jednotlivých částí štěrbinové trysky při generování výboje 6.

Alespoň jedné dielektrické desce 9, resp. jedné štěrbině 3, je přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a alespoň jedna uzemněná elektroda 8, přičemž uzemněná elektroda 8 je umístěna v blízkosti štěrbiny 3 jakožto výstupního otvoru štěrbinové trysky. Zemněná elektroda 8 přitom napomáhá směrování vytvářeného plošného proudu vysokotlakého plazmatu z tělesa 1 štěrbinou 3 ven. Různá uspořádání VNVF elektrod 7 a uzemněných elektrod 8 znázorňuje obr. 4. Elektrody 7, 8 je možné v různých kombinacích a počtu zapojovat nebo odpojovat jako VNVF elektrody 7 a uzemněné elektrody 8, případně je vynechávat nebo ponechávat na plovoucím elektrickém potenciálu, ale vždy je nutné zachovat alespoň jednu VNVF elektrodu 7 a jednu uzemněnou elektrodu 8. Tzn., že pro určité použití je možno konkrétní elektrodu

PS3864CZ zapojit jako VNVF elektrodu 7 a pro jiné použití lze tuto stejnou elektrodu zapojit jako uzemněnou elektrodu 8 nebo jako elektrodu na volném nebo uzemněném elektrickém potenciálu atd.

Ve znázorněném příkladu provedení je každé z protilehlých dielektrických stěn 9 štěrbiny 3 přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a alespoň jedna uzemněná elektroda 8. V neznázorněném příkladu provedení je jedné z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a druhé z dielektrických desek_9 štěrbiny 3 je přiřazena alespoň jedna uzemněná elektroda 8. V dalším neznázorněném příkladu provedení jsou alespoň jedna VNVF elektroda 7 a alespoň jedna uzemněná elektroda 8 přiřazeny pouze jedné z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 a druhé z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 není přiřazena žádná z elektrod 7, 8. V dalším neznázorněném příkladu provedení je každé z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a pouze jedné z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 je přiřazena alespoň jedna uzemněná elektroda 8. V dalším neznázorněném příkladu provedení je každé z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 přiřazena alespoň jedna uzemněná elektroda 8 a pouze jedné z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 je přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7, atd. Je zřejmé, že konkrétní přiřazení jednotlivých typů elektrod 7, 8, jednotlivým dielektrickým deskám 9 štěrbiny 3 je v rámci tohoto vynálezu značně variabilní. VNVF elektrody 7 a uzemněné elektrody 8 mohou být navzájem geometricky nebo materiálově odlišné atd.

VNVF elektroda 7, resp. VNVF elektrody 7, jsou vždy fyzicky odděleny od štěrbiny 3, tj. od prázdného prostoru, ve kterém se vytváří proud vysokotlakého plazmatu, materiálem dielektrické desky 9. Uzemněná elektroda 8, resp. uzemněné elektrody 8 jsou rovněž fyzicky odděleny od štěrbiny 3 nebo mohou být záměrně uspořádány ve štěrbině 3, tj. ve styku s vytvářeným proudem vysokotlakého plazmatu, takže materiál uzemněné elektrody 8 může být vytvářeným proudem vysokotlakého plazmatu záměrné narušován a jako prekurzor může být odnášen proudem plazmatu na neznázoměný opracovávaný substrát, čímž se dosáhne kombinovaného působení proudu vysokotlakého plazmatu a materiálu příslušné uzemněné elektrody 8. Toto je umožněno např. pomocí průchozí podélné drážky na vnitřní straně dielektrické

PS3864CZ desky 9, ve které je příslušná uzemněná elektroda 8 uspořádána atd. Jinou možností je vložení uzemněné elektrody 8 přímo do prostoru štěrbiny 3, viz. obr. 4c, takže je z obou svých stran obtékaná pracovním plynem a vytvořeným vysokotlakým vysokofrekvenčním plazmatem. V případě, že nejméně jedna VNVF elektroda 7 oddělená od štěrbiny 3 dielektrickou stěnou 9_se nachází na úrovni takto do štěrbiny 3 vložené uzemněné elektrody 8 nebo je posunuta dále od ústí štěrbiny 3 proti směru proudění atomároního pracovního plynu, vzniká v daném případě v prostoru štěrbiny 3 výboj na nízkém elektrickém potenciálu (přibližně), jaký má uzemněná elektroda 8. V případě, že do vnějšího prostředí před štěrbinu 3 umístíme do proudu atomárního pracovního plynu ze štěrbiny 3 další elektrodu na volném nebo zemněném elektrickém potenciálu, výboj na nízkém potenciálu ve štěrbině 3 způsobí vznik sekundárního homogenního doutnavého výboje mezi systémem elektrod 7, 8 ve štěrbině 3 a uvedenou vnější pomocnou elektrodou.

Ve znázorněném příkladu provedení jsou VNVF elektrody 7 i uzemněné elektrody 8 tvořeny spojitým plochým tělesem po celé délce štěrbiny 3. V neznázorněném příkladu provedení je alespoň jedna VNVF elektroda 7 tvořena soustavou za sebou ve směru délky štěrbiny 3 uspořádaných samostatných VNVF elektrod 7, které jsou kratší, než je délka štěrbiny 3, a které jsou uspořádány dohromady za sebou ve směru délky štěrbiny 3 po celé délce štěrbiny 3. V dalším neznázorněném příkladu provedení jsou alespoň jedné z dielektrických desek 9 štěrbiny 3 přiřazeny dvě (nebo i více než dvě) ve směru proudění pracovního plynu za sebou uspořádané VNVF elektrody 7. Stejně nebo podobně je to s uzemněnými elektrodami 8. Uzemněná elektroda 8 je podle jednoho z příkladů provedení umístěna ve směru proudění pracovní plynu ještě před VNVF elektrodou 7 nebo se s vysokofrekvenční vysokonapěťovou elektrodou 7 postupně a opakovaně střídají, tj. pořadí elektrod ve směru proudění plazmatu je uzemněná elektroda 8 - VNVF elektroda 7 - uzemněná elektroda 8 - atd., čímž se získává dle vhodné zvolené geometrie uspořádání buďto zvýšení, nebo snížení účinků vytváření plošného proudu vysokotlakého plazmatu. V neznázorněném příkladu provedení je uzemněná elektroda 8 dále připojena ke zdroji stejnosměrného napětí (předpětí) pro zlepšení vytváření

PS3864CZ proudu vysokotlakého plazmatu, toto napětí (předpětí) je jiné, než na které je připojena VNVF elektroda 7.

Elektrody 7, 8 buď kopírují podélný tvar štěrbiny 3, přičemž buď leží přímo na dielektrické desce 9, nebo mají konstantní vzdálenost od dielektrické desky 9 nebo mají proměnlivou vzdálenost od dielektrické desky 9, což umožňuje vytvářet vhodně diferencované oblasti vysokotlakého plazmatu ve směru P délky štěrbiny 3, nebo elektrody 7, 8 leží částí své délky na dielektrické desce 9 a na zbývající části své délky jsou od dielektrické desky 9 oddáleny na konstantní nebo proměnlivou vzdálenost atd. Jsou možné i v podstatě libovolné kombinace výše popsaných znaků uspořádání elektrod 7, 8 vůči dielektrickým deskám 9. V neznázorněném příkladu provedení je alespoň jedna z elektrod 7, 8 uspořádána v drážce v dielektrické desce 9, popř. je v této drážce vyměnitelně nebo nevyměnitelně uložena a případně je překryta materiálem dielektrické desky 9 nebo jiným vhodným krycím materiálem.

V příkladu provedení na obr. 3 e, f a 4 e, f je znázorněno sdružování několika štěrbinových elektrod podle vynálezu paralelně vedle sebe, takže jejich štěrbiny 3 jsou uspořádány u sebe tak, že společně směřují na jeden substrát 5, jehož povrch se působením vytvářeného plošného proudu vysokotlakého plazmatu opracovává. Takto vytvořený funkční celek umožňuje dosahování pokročilých výsledků opracování substrátu 5 plošným proudem vysokotlakého plazmatu při jediném průchodu substrátu 5.

V příkladu provedení na obr. 3 c, d je znázorněno další možné řešení, kde duté těleso 1 opatřené alespoň jedním společným přívodem 2 pracovního plynu je rozděleno ve své spodní části nejméně jednou paralelní přepážkou na nejméně dva navzájem oddělené prostory s odpovídajícími výstupními otvory vysokotlakého plazmatu, které vytvářejí příslušný počet paralelních podélných štěrbin 3, přičemž vzniklé soustavě paralelních štěrbin 3 je přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a alespoň jedna uzemněná elektroda 8.

V případě paralelní soustavy štěrbin 3 je možné alespoň jednu štěrbinu 3 využít jako trysku k přivádění přídavného materiálu do vnější části plošného proudu vysokotlakého plazmatu, čímž se zamezí případnému nežádoucímu usazovaní přídavného materiálu na vnitřních stěnách dielektrických desek 9 štěrbiny 3.

PS3864CZ

V příkladu provedení na obr. 4d a obr. 5 je znázorněno další konstrukční řešení štěrbinové plazmové trysky podle vynálezu. Obvykle se předpokládá, že mezi deskami kondenzátoru je velmi silné elektromagnetické pole (rovněž i pro vysokou frekvenci), přičemž vně těchto desek je pole prakticky zcela zanedbatelné (výjimku tvoří pouze prostor u okrajů desek). V našem případě tohoto dalšího konstrukčního řešení jsou elektrody (znázorněné tmavými silnými čarami) uspořádány do „bloku“ ve tvaru např. nejméně dvou rovnoběžných pásků, které jsou od sebe odděleny vysokoteplotním dielektrikem výrazně přesahujícím okraje elektrod (znázorněná varianta je pro tříelektrodový systém - obr. 5). Vnější části elektrod jsou rovněž překryty dielektrikem. Tento jednolitý „blok“ elektrod (tvořící kondenzátor) je vložen do štěrbiny 3 štěrbinové trysky, kterou tímto rozděluje buďto na nejméně dva samostatné výbojové prostory štěrbiny 3 (vzniká tím např. dvojitá štěrbina apod.), nebo je nejméně jeden takový „blok“ umístěn u dielektrické stěny (desky 9) štěrbiny 3 a výbojový prostor štěrbiny 3 je situován jen z jedné strany daného „bloku“ elektrod (toto je neznázorněné varianta). Takto vytvořené „bloky“ elektrod se mohou sdružovat a vytvářet buďto systém výbojových štěrbin, nebo široký pás různě kombinovaných elektrod v „blocích“ (toto je neznázorněné varianta). V prostoru štěrbiny 3 mezi „blokem“ elektrod a vnějšími dielektrickými deskami 9 štěrbiny 3, nebo mezi „bloky“ elektrod navzájem, proudí do vnějšího prostředí atomární pracovní plyn - např. argon. V případě zobrazeného tříelektrodového systému v „bloku“ je v jedné z možných variant střední elektroda připojena k VNVF pólu elektrického napájecího zdroje a zemnění je symetricky napojeno na zbývající dvě elektrody. Vzniká tak symetrický kondenzátor se středovou VNVF elektrodou 7 a s bočními uzemněnými elektrodami 8. Předionizací prostředí vzniká v obou štěrbinách 3 intenzívní výboj, který se drží v blízkosti celé plochy rovinných izolovaných uzemněných elektrod 8 (přimyká se k nim) a sám od sebe prakticky nezasahuje vně štěrbiny 3. Tento výboj nereaguje na kov a dokonce ani na přiložený kovový hrot na zemnícím potenciálu (možnost vzniku vysoké intenzity elektromagnetického pole). Znamená to tedy, že plazma nereaguje kapacitně a je na tak nízkém potenciálu (přibližně), jako je zemněná elektroda. Plazmatu je možné se dotknout prstem bez toho, že by bylo cítit „brnění“ nebo lokální spálení. Aby výboj měl tyto vlastnosti, je nezbytné, aby vnější elektrody „v bloku“ byly zemněné.

PS3864CZ

Pokud VNVF elektroda 7 bude umístěna na vnější části „bloku“, výboj již bude mít jiné vlastnosti - bude na vyšším elektrickém potenciálu, ale také bude v prostoru štěrbiny 3 hořet. Pokud systém elektrod do „bloku“ bude sestaven tak, že jedna krajní elektroda bude VNVF elektrodou 7 a druhá krajní elektroda bude uzemněnou elektrodou 8 a současně u obou krajních elektrod bude výbojový prostor štěrbiny 3, bude výboj z jedné strany štěrbiny 3 na nízkém elektrickém potenciálu a výboj na druhé straně štěrbiny 3 bude na vysokém elektrickém potenciálu (od VNVF elektrody 7). Tyto dva výboje mohou přes prostor nad „blokem“ elektrod uzavírat elektrický obvod, a vzniká nový výbojový prostor se specifickým druhem plazmatu.

Těmito různými variantami uspořádání elektrod lze prověřit princip vytváření výboje a popř. jeho chování. Pokud by výboj pro zobrazený případ na obr. 4d a obr. 5 v obou vytvořených štěrbinách 3 mezi „blokem“ elektrod a bočními dielektrickými deskami 9 štěrbiny 3 nevznikl, bylo by to v souladu s předpokládaným chováním elektromagnetického pole před zapálením výboje (princip generování výboje ve štěrbině by se tedy řídil dle standardního „elektrotechnického“ přístupu ohledně elektromagnetického pole mezi elektrodami). Pokud výboj ve štěrbině 3 vzniká a udrží se, lze u podstaty vzniku výboje ve štěrbině 3 usuzovat na primární roli vlastního plazmatu a nikoliv na roli pouze elektrického pole mezi elektrodami kondenzátoru (pojaté klasicky „elektrotechnicky“ bez existence prostředí plazmatu, tj. bez zahrnutí zpětného vlivu plazmatu na prostředí, ve kterém plazma vzniklo). Elektromagnetické pole mezi elektrodami kondenzátoru by v tomto případě bylo pouze jako prvotní zdroj energie, kterou si vznikající plazma (prvotně vznikající např. předionizací prostředí VN Testovým transformátorem) je schopna zpětnovazebně „vytransformovat“ elektromagnetickým polem generovaným sebou samým na energii potřebnou k udržení vlastního výboje. Předionizováním prostředí vzniknou prvotní plazmové kanály, které následně ovlivní elektromagnetické pole kondenzátoru a umožní transformaci elektromagnetické energie z kondenzátoru do plazmatu. Tento jev je dle našeho názoru založen na zpětné vazbě plazmatu (kolektivně se pohybujících volných nosičů náboje vytvářejících vlastní elektromagnetické pole) a (zvláště) magnetického pole vytvářeného mezi deskami kondenzátoru, neboť následně provedený experiment s vnějšími

PS3864CZ zemněnými elektrodami z feromagnetického materiálu pokrytými dobře vodivou vrstvou z hliníku, které by měly alespoň z části odstínit vznikající magnetické pole mezi deskami kondenzátoru a současně dobře vést elektrický proud, tuto hypotézu potvrdil a to tím, že v daném případě výboj uvnitř štěrbiny 3 nevzniká nebo jen velmi obtížně - je velmi slabý a nestabilní.

V případě, že do vnějšího prostředí za „blok“ elektrod umístíme další elektrodu na volném nebo zemněném elektrickém potenciálu, výboj na nízkém potenciálu ve štěrbině 3 způsobí vznik sekundárního homogenního doutnavého výboje mezi „blokem“ elektrod a vnější elektrodou. Tento sekundární výboj je již vázán na elektromagnetické pole jdoucí „z okrajů“ „bloku“ elektrod (kondenzátoru) a vhodné uspořádání elektrod v „bloku“ zvyšuje tok energie do plazmatu. V případě, že vnější elektrodou je předmět ve smyslu substrátu, dochází kjeho povrchové úpravě. Rovněž vnější elektroda může být pokryta vrstvou dielektrika nebo se po ní může pohybovat tenký pás dielektrika (látka, fólie aj. podobné materiály).

V příkladu provedení na obr. 4b, e, f je znázorněno zařízení tvořené alespoň dvěma paralelně sdruženými štěrbinovými tryskami podle vynálezu, z nichž každá obsahuje duté těleso 1 opatřené alespoň jedním přívodem 2 pracovního plynu a výstupní štěrbinou 3 proudu vysokotlakého plazmatu, přičemž dutému tělesu 1 jedné štěrbinové trysky je přiřazena alespoň jedna VNVF elektroda 7 a dutému tělesu 1 druhé štěrbinové trysky je přiřazena alespoň jedna uzemněná elektroda 8, která kopíruje podélný tvar štěrbiny 3 nebo má ve směru délky štěrbiny 3 proměnlivou vzdálenost od štěrbiny 3. V dalším příkladu provedení tyto paralelně sdružené štěrbinové trysky mají společné duté těleso 1, které je opatřeno alespoň jedním společným přívodem 2 pracovního plynu, a které je ve své spodní části rozděleno nejméně jednou paralelní přepážkou na nejméně dva navzájem oddělené prostory s odpovídajícími štěrbinami 3, přičemž každé z těchto paralelních štěrbin 3 je přiřazena buď alespoň jedna VNVF elektroda 7, a/nebo alespoň jedna uzemněná elektroda 8. Tímto je možné získat proud vysokotlakého plazmatu zároveň ve všech paralelně sdružených štěrbinových tryskách tak, že proud vysokotlakého plazmatu vznikající primárně ve sdruženém zařízení s VNVF elektrodou 7 se vně jeho štěrbiny 3 „otočí“ a „zamíří“ do štěrbiny 3 sdruženého

PS3864CZ zařízení s alespoň jednou uzemněnou elektrodou 8, kde indukuje vznik proudu vysokotlakého plazmatu rovněž mířícího směrem ven ze štěrbiny 3 tohoto sdruženého zařízení. Tímto vzniká vně štěrbin 3 všech sdružených zařízení vysoce intenzívní vysokotlaký výboj, který následně působí na opracovávaný substrát nebo nejprve na přídavný materiál a následně na opracovávaný substrát. V příkladu provedení na obr. 4g je znázorněno zařízení pro vytváření tohoto vysoce intenzivního proudu vysokotlakého plazmatu, které je tvořeno dvěma protilehlými štěrbinovými tryskami obrácenými proti sobě svými štěrbinami 3, takže z obou štěrbin 3 vystupující proud vysokotlakého plazmatu se střetává ve vnějším prostředí mezi tryskami a tím získává na vysoké intenzitě. V místě střetu může být opracováván povrch substrátů tvořených tenkými dielektrickými foliemi nebo textilií apod., přičemž účinek probíhá současně zobou stran materiálu nebo dokonce v celém objemu substrátu, pokud tento obsahuje otvory nebo póry apod.

Směr proudění a přimknutí proudu vysokotlakého plazmatu k vnitřní stěně jedné nebo druhé dielektrické desky 9 štěrbiny 3 nebo vnitřní přepážce ve štěrbině 3 lze také nastavovat nebo měnit nebo dále regulovat neznázorněnou doplňkovou nebo pomocnou elektrodou na odlišném elektrickém potenciálu vůči VNVF elektrodě 7 a uzemněné elektrodě 8, čímž se vytváří pomocné nebo doplňkové elektro-magnetické pole modifikující původní vysokofrekvenční vysokonapěťové elektromagnetické pole k vytváření proudu vysokotlakého plazmatu. Taková doplňková či pomocná elektroda je umístěna např. u té, či oné dielektrické desky 9 štěrbiny 3 nebo přepážky ve štěrbině 3, nebo je tvořena asymetrickým uspořádáním elektrod vzhledem ke štěrbině 3 apod., popř. jinými způsoby.

Alternativou k výše již uvedené možnosti přivádění příměsí a prekurzorů do plazmatu pomocí uzemněné elektrody 8 uspořádané ve štěrbině 3 v kontaktu s plazmatem je možnost přivádění příměsí a prekurzorů, tj. přídavného materiálu nebo přídavných materiálů, do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu buď přímo do dutého tělesa 1^ souběžně s pracovním plynem, nebo použitím externího zdroje přídavného materiálu s dostatečnou homogenitou rozptylování částic přídavného materiálu, např. pomocí technologie zmlžování atd., jejíž pomocí se přídavný materiál může přivádět buď přímo do proudu

PS3864CZ vysokotlakého plazmatu uvnitř štěrbiny 3, tj. do pracovního plynu před místem vytváření plazmatu, nebo se přídavný materiál ze zmlžovače přivádí do proudu plazmatu až mimo štěrbinu 3, resp. za štěrbinou 3. Další možností přivádění přídavného materiálu do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je umístění pasivního zdroje přídavného materiálu do štěrbiny 3 tak, aby byl pohodlně obtékán a narušován vytvářeným proudem vysokotlakého plazmatu, podobně jako je tomu u výše popsaných možností umístění uzemněné elektrody 8 ve štěrbině 3. Další možností přivádění přídavného materiálu do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je přivádění pomocí záměrné eroze dielektrického materiálu alespoň jedné dielektrické desky 9 štěrbiny 3 proudem vysokotlakého plazmatu atd.

Další příklady provedení, zejména uspořádání, kdy elektrody 7, 8 jsou pouze v přepážce uvnitř štěrbiny, lze přiblížit na příkladu z obr.4b, kdy elektroda E je zemněnou elektrodou 8 a elektroda F je VNVF elektrodou 7 (elektrody A, B, C, D buď nejsou umístěny, nebo jsou napojeny na plovoucím potenciálu). V tomto případě je výboj generován v obou paralelních štěrbinách. Obdobně lze uspořádat elektrody i pro ostatní varianty plazmových trysek dle obr. 4.

Příkladem vhodných použitých pracovních podmínek při nanášení tenkých vrstev štěrbinovými plazmovými tryskami podle vynálezu a s aerosolovou tryskou v uspořádání dle obr. 3f, resp. obr. 4f, kdy elektrody A, B, E, F jsou zemněné elektrody 8 a elektrody C, D, G, H jsou VNVF elektrody 7. K experimentu byly použity štěrbinové trysky podle vynálezu o délce štěrbiny 120 mm a šířce štěrbiny 2 mm. Oběma krajními plazmovými tryskami protékal atomární pracovní plyn - argon, o průtoku 50 l/min na každou ze štěrbinových trysek. Elektrody byly připojeny k vysokofrekvenčnímu generátoru na frekvenci 13,56 MHz přes společný impedanční přizpůsobovací člen. Výkon dodávaný do štěrbinových trysek se pohyboval v rozmezí 350 - 650 W při napětí řádově do cca 3 - 5 kV. Ultrazvukovým zmlžovačem byl generován aerosol prekurzoru (např. vodního skla, HMDSO aj.), který byl ke štěrbinovým plazmovým tryskám unášen argonem protékajícím přes nádobku s vytvářeným aerosolem (cca 1-15 l/min). Na ústí štěrbinových plazmových trysek a ústí aerosolové trysky docházelo k míchání aerosolu s plazmatem. Pod tryskami na dopravníkovém pásu projížděly vzorky, na které byla nanášena

PS3864CZ tenká vrstva z prekurzorů aktivovaných v plazmatu. Na obr. 6 jsou zachyceny snímky povrchu tenkých vrstev ze skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) pro prekurzor vodní sklo (obr. 6a) a HMDSO (obr. 6b). Tloušťka vrstev se pohybovala v rozmezí několika set nm až do několika mikrometrů. Depoziční rychlosti se pohybovali rovněž v řádu několika set nm/s až do několika pm/s. Tenké vrstvy z vodního skla se skládají z SiO^ Cca 2 - 4 % Na a mají vnitřní jemnou nanostrukturu („kuličky“ na povrchu jsou tvořeny sloučeninami na bázi Na nebo C o vyšší koncentraci, jsou rozpustné a lze je z povrchu materiálu snadno smýt). Vrstva SiO^ je nerozpustná a relativně tvrdá (odolnost vůči poškrábání ocelí). Tenké vrstvy z HMDSO jsou bez viditelné vnitřní struktury, jsou hladké a odolné vůči poškrábání ocelí. Vykazují rovněž velmi dobrou hydrofobicitu.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný při opracování i rozsáhlejších ploch povrchu substrátu vysoce reaktivním vysokotlakým plazmatem, např. pro vytváření plazmových povlaků, pro realizaci plazmových reakcí a polyreakcí atd.

Claims (29)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob vytváření plazmatu za atmosférického tlaku ve štěrbinové trysce, při kterém se na proud pracovního plynu protékajícího štěrbinovou tryskou působí elektromagnetickým polem, vyznačující se tím, že ve štěrbinové trysce se vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem v rozsahu od 3 MHz do 300 MHz vytvářeným a tvarovaným nejméně jednou vysokonapěťovou elektrodou (7) s napětím do 10 kV dielektricky oddělenou od dutiny štěrbiny (3) a nejméně jednou uzemněnou elektrodou (8) působí na protékající atomární pracovní plyn, čímž se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma na vysokém nebo nízkém elektrickém potenciálu, kterým se zpětnovazebně mění původní vysokofrekvenční elektromagnetické pole a vysokotlaké vysokofrekvenční plazma se statisticky rozprostře po celé délce štěrbiny (3) a proudem atomárního pracovního plynu se vyfukuje z celé délky štěrbiny (3).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že do proudu vysokotlakého vysokofrekvenčního plazmatu se uvnitř a/nebo vně štěrbinové trysky vnáší alespoň jeden přídavný materiál.
3. 3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavný materiál se přivádí spolu s atomárním pracovním plynem do štěrbinové trysky, ve které se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma.
4. 4. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavný materiál se přivádí záměrnou erozí materiálu obtékaného vytvářeným proudem vysokotlakého vysokofrekvenčního plazmatu.
5. 5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavný materiál se přivádí do samostatné štěrbinové trysky paralelní ke štěrbinové trysce, ve které se vytváří vysokotlaké vysokofrekvenční plazma.
6. 6. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že přídavný materiál se přivádí do vnějšího prostoru před štěrbinou (3) štěrbinové trysky.

   PS3684CZ

   23. 12. 2013
7. 7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že protékající atomární pracovní plyn se ve štěrbinové trysce rozdělí na alespoň dva proudy, přičemž na alespoň jeden z nich se působí vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem, čímž se z tohoto odděleného proudu atomárního pracovního plynu vytváří vysokotlaké vysokofrekvenčníplazma, které se proudem atomárního pracovního plynu vyfukuje ze štěrbiny (3).
8. 8. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysokofrekvenční elektromagnetické pole se aplikuje po celé délce štěrbiny (3) nebo se aplikuje jen na části délky (P) štěrbiny (3) a zbývající části délky (P) štěrbiny (3) je přiřazeno alespoň jedno další vysokofrekvenční elektromagnetické pole.
9. 9. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysokofrekvenční elektromagnetické pole se aplikuje jen na části délky (P) štěrbiny (3) a zbývající část délky (P) štěrbiny (3) je bez dalšího vysokofrekvenčního elektromagnetického pole.
10. 10. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vysokofrekvenční elektromagnetické pole má ve směru délky (P) štěrbiny (3) konstantní nebo proměnlivou intenzitu.
11. 11. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že na pracovní plyn se ve směru jeho proudění štěrbinou (3) působí jedním vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem nebo postupně alespoň dvěma vysokofrekvenčními v elektromagnetickými poli.
12. 12. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že v různých oblastech štěrbiny (3) se na pracovní plyn působí různým vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem.
13. 13. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že vytvářený proud vysokotlakého vysokofrekvenčního plazmatu se ve směru svého pohybu zakřivuje.
14. 14. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že na pracovní plyn se ve štěrbinové trysce působí kromě alespoň jednoho vysokofrekvenčního

    PŠ^6S4CZ

    23. 12. 2013 elektromagnetického pole také alespoň jedním stejnosměrným elektromagnetickým polem pomocí stejnosměrného napětí (předpětí).
15. 15. Zařízení pro vytváření plazmatu za atmosférického tlaku obsahující nejméně jedno duté těleso (1) opatřené alespoň jedním přívodem (2) pracovního plynu a dále opatřené nejméně jednou štěrbinou (3) tvořící výstupní otvor plazmatu, přičemž dutému tělesu (1) je přiřazena alespoň jedna elektroda, vyznačující se tím, že štěrbina (3) je tvořena mezerou mezi dvojicí dielektrických desek (9), přičemž štěrbině (3) je přiřazena alespoň jedna vysokonapěťová vysokofrekvenční elektroda (7) s napětím do 10 kV a frekvencí v rozmezí od 3 MHz do 300 MHz oddělená od dutiny štěrbiny (3) dielektrickou deskou (9) a alespoň jedna uzemněná elektroda (8).
16. 16. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že štěrbina (3) je ve směru své délky rovinná nebo je tvarovaná.
17. 17. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že štěrbina (3) je ve směru proudění pracovního plynu rovinná neboje tvarovaná.
18. 18. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že VNVF elektroda (7) a/nebo uzemněná elektroda (8) kopíruje podélný tvar štěrbiny (3) nebo má ve směru délky štěrbiny (3) proměnlivou vzdálenost od štěrbiny (3), přičemž je situována po celé délce štěrbiny (3) nebo jen na části délky štěrbiny (3).
19. 19. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že VNVF elektroda (7) je fyzicky oddělena od štěrbiny (3).
20. 20. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že ve štěrbině (3) je uspořádána alespoň jedna dělicí přepážka proudu pracovního plynu.
21. 21. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že štěrbině (3) tvořené mezerou mezi dvojicí dielektrických desek (9) je přiřazena alespoň jedna paralelní štěrbina (3), přičemž štěrbinám (3) je přiřazena alespoň jedna samostatná nebo společná VNVF elektroda (7) a alespoň jedna samostatná nebo společná uzemněná elektroda (8) a obě štěrbiny (3) mají společné duté těleso (1) a společný přívod (2) pracovního plynu.

    PS3684CZ

    23. 12. 2013
22. 22. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že štěrbině (3) tvořené mezerou mezi dvojicí dielektrických desek (9) je přiřazena alespoň jedna paralelní štěrbina (3) se samostatným dutým tělesem (1) a s alespoň jedním samostatným přívodem (2) pracovního plynu, přičemž štěrbinám (3) je přiřazena alespoň jedna samostatná nebo společná VNVF elektroda (7) a alespoň jedna samostatná nebo společná uzemněná elektroda (8).
23. 23. Zařízení podle nároku 21 nebo 22, vyznačující se tím, že alespoň dvě štěrbiny (3) jsou uspořádány vedle sebe a/nebo za sebou.
24. 24. Zařízení podle nároku 15, vyznačující se tím, že štěrbině (3) je přiřazen zdroj přídavného materiálu do vytvářeného plošného proudu vysokotlakého plazmatu.
25. 25. Zařízení podle nároku 24, vyznačující se tím, že zdroj přídavného materiálu do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je tvořen alespoň jedním zařízením s podélnou štěrbinou k dávkování přídavného materiálu.
26. 26. Zařízení podle nároku 24, vyznačující se tím, že zdroj přídavného materiálu do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je tvořen tělesem uspořádaným v dráze vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu.
27. 27. Zařízení podle nároku 26, vyznačující se tím, že tělesem uspořádaným v dráze vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je alespoň jedna uzemněná elektroda (8).
28. 28. Zařízení podle nároku 24, vyznačující se tím, že zdroj přídavného materiálu do vytvářeného proudu vysokotlakého plazmatu je tvořen zdrojem přídavného materiálu přidávaného do proudu pracovního plynu před jeho vstupem do štěrbiny (3).
29. 29. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 15 až 24, vyznačující se tím, že štěrbině (3) je přiřazena alespoň jedna pomocná elektroda připojená na zdroj stejnosměrného napětí.