DE102017216139B3 - Process for producing a layer - Google Patents

Process for producing a layer Download PDF

Info

Publication number
DE102017216139B3
DE102017216139B3 DE102017216139.6A DE102017216139A DE102017216139B3 DE 102017216139 B3 DE102017216139 B3 DE 102017216139B3 DE 102017216139 A DE102017216139 A DE 102017216139A DE 102017216139 B3 DE102017216139 B3 DE 102017216139B3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
plasma
layers
precursor
substrate
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102017216139.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Sven Gerullis
Oliver Beier
Andreas Pfuch
Björn Martin
Bernd Grünler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Innovent eV Technologieentwicklung
Original Assignee
Innovent eV Technologieentwicklung
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Innovent eV Technologieentwicklung filed Critical Innovent eV Technologieentwicklung
Priority to DE102017216139.6A priority Critical patent/DE102017216139B3/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102017216139B3 publication Critical patent/DE102017216139B3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/50Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
    • C23C16/513Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using plasma jets
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/40Oxides
    • C23C16/401Oxides containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials
    • C23C16/4486Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials by producing an aerosol and subsequent evaporation of the droplets or particles
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45514Mixing in close vicinity to the substrate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563Gas nozzles

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aufsatz (1) für eine Plasmaquelle (2) zur Dosierung von Precursoren, umfassend mindestens eine Düse (5), die an der Plasmaquelle (2) befestigt oder anderweitig in einer festen Position zur Plasmaquelle (2) anordenbar ist, derart, dass ein aus der Düse (5) ausströmender Precursor einem aus der Plasmaquelle (2) austretenden Plasmastrahl unter einem vorgegebenen Winkel (ω) sowie mit einem in einem Bereich von 0,5 mm bis 10 mm einstellbaren vorgegebenen Abstand (b) zwischen einer Austrittsöffnung der Düse (5) und einem zu beschichtenden Substrat (4) zuführbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat (4), wobei in der Nähe des Substrats (4) mindestens ein Precursor über den Aufsatz (1) in oder in die Nähe eines aus einer Plasmaquelle (2) austretenden Plasmastromes eindosiert wird.The invention relates to an attachment (1) for a plasma source (2) for metering precursors, comprising at least one nozzle (5) attached to the plasma source (2) or otherwise locatable in a fixed position to the plasma source (2) in that a precursor flowing out of the nozzle (5) is exposed to a plasma jet emerging from the plasma source (2) at a predetermined angle (ω) and with a predetermined distance (b) which can be set within a range of 0.5 mm to 10 mm between an outlet opening the nozzle (5) and a substrate to be coated (4) can be fed. The invention further relates to a method for producing a layer on a substrate (4), wherein in the vicinity of the substrate (4) at least one precursor via the attachment (1) in or in the vicinity of a plasma stream emerging from a plasma source (2) metered becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung einer Schicht oder einer Mischschicht.The invention relates to a method for depositing a layer or a mixed layer.

Die Herstellung und Nutzung von Mischschichten ist bekannt.The production and use of mixed layers is known.

Vor allem Prozesse der physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD) wie beispielsweise thermisches Verdampfen [Gaffney, A. M., et al. „Characterization and catalytic studies of PVD synthesized Mo/V/Nb/Te oxide catalysts.“ Journal of Catalysis 229.1 (2005): 12-23.] oder Sputtern [Hovsepian, P. Eh, A. P. Ehiasarian, and U. Ratayski. „CrAlYCN/CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering/unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS/UBM) technology.“ Surface and coatings technology 203.9 (2009): 1237-1243.] werden zur Herstellung von Mischoxidschichten beschrieben. In der Regel wird für solche Verfahren allerdings eine entsprechende Vakuum- und Anlagentechnik benötigt, welche mit zusätzlichen Kosten verbunden ist.In particular, physical vapor deposition (PVD) processes such as thermal evaporation [Gaffney, A.M., et al. "Journalization of Catalysis 229.1 (2005): 12-23.] Or sputtering [Hovsepian, P. Eh, A.P. Ehiasarian, and U. Ratayski. "CrAlYCN / CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering / unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS / UBM) technology." Surface and coatings technology 203.9 (2009): 1237-1243.] Are described for the preparation of mixed oxide films. As a rule, however, a corresponding vacuum and system technology is required for such methods, which is associated with additional costs.

Mischschichten lassen sich auch unter Normaldruckbedingungen herstellen. Vor allem thermische CVD (chemical vapour deposition) wie die APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapour Deposition) wären in diesem Zusammenhang zu nennen. Die für die chemische Umsetzung der Precursoren benötigte Energie wird bei dieser Methode häufig durch das Beheizen des Substratmaterials bereitgestellt. So können Substrattemperaturen von 200 °C bis 700 °C [ Wang, H. B., et al. „Deposition and characterization of YSZ thin films by aerosol-assisted CVD.“ Materials Letters 44.1 (2000): 23-28 .; Gesheva, K. A., et al. „Crystallization of chemically vapor deposited molybdenum and mixed tungsten/molybdenum oxide films for electrochromic application.“ Thin Solid Films 515.11 (2007): 4609-4613 .; Bodurov, Georgi, et al. „Thin film optical coatings of Vanadium Oxide and mixed Tungsten/Vanadium Oxide deposited by APCVD employing precursors of Vanadyl Acetylacetonate and a mixture with tungsten hexacarbonyl.“ Physics Procedia 46 (2013): 127-136.] notwendig werden. Diese Tatsache schließt somit die Beschichtung temperaturempfindlicher Substrate wie Kunststoffe aus.Mixed layers can also be produced under normal pressure conditions. Above all, thermal CVD (chemical vapor deposition) such as the APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) should be mentioned in this context. The energy required for the chemical reaction of the precursors is often provided in this method by heating the substrate material. Thus, substrate temperatures of 200 ° C to 700 ° C [ Wang, HB, et al. "Deposition and characterization of YSZ thin films by aerosol-assisted CVD." Materials Letters 44.1 (2000): 23-28 . Gesheva, KA, et al. "Crystallization of chemically vapor deposited molybdenum and mixed tungsten / molybdenum oxide films for electrochromic application." Thin Solid Films 515.11 (2007): 4609-4613 . Bodurov, Georgi, et al. "Thin film optical coatings of vanadium oxides and mixed tungsten / vanadium oxides deposited by APCVD employing precursors of vanadyl acetylacetonate and a mixture of tungsten hexacarbonyl." Physics Procedia 46 (2013): 127-136.]. This fact thus excludes the coating of temperature-sensitive substrates such as plastics.

Eine weitere Methode zur Erzeugung dünner Mischoxidschichten ist die Sol-Gel-Technik [ Galatsis, Kosmas, et al. „Comparison of single and binary oxide MoO3, TiO2 and WO3 sol-gel gas sensors.“ Sensors and Actuators B: Chemical 83.1 (2002): 276-280 .; Rampaul, Ashti, et al. „Titania and tungsten doped titania thin films on glass; active photocatalysts.“ Polyhedron 22.1 (2003): 35-44 .]. Beim Sol-Gel-Prozess handelt es sich um ein nasschemisches Beschichtungsverfahren, wobei in der Regel ein anschließender Nachbehandlungsschritt (Trocknen, Wärmebehandlung, UV-Aushärtung) der Schichten notwendig wird. Die nasschemische Abscheidung und/oder die Nachbehandlung können bei der Wahl des Substratmaterials ebenfalls limitierende Faktoren sein.Another method for producing thin mixed oxide layers is the sol-gel technique [ Galatsis, Kosmas, et al. "MoO 3 , TiO 2 and WO 3 sol-gel gas sensors." Sensors and Actuators B: Chemical 83.1 (2002): 276-280 . Rampaul, Ashti, et al. "Titania and tungsten doped titania thin films on glass; active photocatalysts. "Polyhedron 22.1 (2003): 35-44 .]. The sol-gel process is a wet-chemical coating process, whereby a subsequent post-treatment step (drying, heat treatment, UV curing) of the layers is generally necessary. The wet-chemical deposition and / or the aftertreatment can also be limiting factors in the choice of the substrate material.

Mischoxide bzw. Mischoxiddünnschichten oder Mischschichten allgemein können in einer Vielzahl von Bereichen Anwendung finden. Zu nennen wären hier Katalysatorschichten (Mo/V/Nb/Te-Oxide [ Gaffney, A. M., et al. „Characterization and catalytic studies of PVD synthesized Mo/V/Nb/Te oxide catalysts.“ Journal of Catalysis 229.1 (2005): 12-23 .]), Verschleißschutzschichten [ Hovsepian, P. Eh, A. P. Ehiasarian, and U. Ratayski. „CrAlYCN/CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering/unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS/UBM) technology.“ Surface and coatings technology 203.9 (2009): 1237-1243 .], ionenleitende Schichten (YSZ [Wang, H. B., et al. „Deposition and characterization of YSZ thin films by aerosol-assisted CVD.“ Materials Letters 44.1 (2000): 23-28.]), elektrochrome Schichten u.a. für schaltbare Gläser (MoOx, MoWOx [Gesheva, K. A., et al. „Crystallization of chemically vapor deposited molybdenum and mixed tungsten/molybdenum oxide films for electrochromic application.“ Thin Solid Films 515.11 (2007): 4609-4613.]), Schichten für Spintronikanwendungen (z. B. Y3FesO12 - Yttrium Eisen Granat YIG [Dubs, Carsten, et al. „Sub-micrometer yttrium iron garnet LPE films with low ferromagnetic resonance losses.“ J. Phys. D: Appl. Phys. 50 (2017), https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6b1c]) oder photokatalytisch aktive Beschichtungen (TiOx, TiWOx [Rampaul, Ashti, et al. „Titania and tungsten doped titania thin films on glass; active photocatalysts.“ Polyhedron 22.1 (2003): 35-44.]). Darüber hinaus kann die Aufwachsrate von Schichten erhöht werden [ Bodurov, Georgi, et al. „Thin film optical coatings of Vanadium Oxide and mixed Tungsten/Vanadium Oxide deposited by APCVD employing precursors of Vanadyl Acetylacetonate and a mixture with tungsten hexacarbonyl.“ Physics Procedia 46 (2013): 127-136 .]. Dabei wurden bei der Herstellung von WO3 zu dem Precursor W(CO)6 zusätzlich V(CO)6 oder Vanadium acetylacetonate mit dem Ziel eingebracht, Schichtwachstumsraten zu erhöhen und damit den Beschichtungsprozess wirtschaftlicher zu gestalten. In diesem Beispiel wurde ein APCVD-Beschichtungsprozess zur Abscheidung der Schichten verwendet (Beheizen der Substrate auf 400-500 °C und Beheizen der Gasströme zum Precursortransport auf~170 °C notwendig). Weitere Anwendungsgebiete von MischoxidSchichten wären die Batterietechnik [Davari, Elaheh, et al. „Manganese-cobalt mixed oxide film as a bifunctional catalyst for rechargeable zinc-air batteries.“ Electrochimica Acta 211 (2016): 735-743.], hier werden u.a. Verfahren wie Elektrodeposition (Elektroplating) angewandt, wobei es sich hier um eine elektrochemische Beschichtungsmethode handelt.Mixed oxides or mixed oxide thin layers or mixed layers in general can be used in a variety of fields. Catalyst layers (Mo / V / Nb / Te oxides [ Gaffney, AM, et al. "Characterization and catalytic studies of PVD synthesized Mo / V / Nb / Te oxide catalysts." Journal of Catalysis 229.1 (2005): 12-23 .]), Wear protection layers [ Hovsepian, P. Eh, AP Ehiasarian, and U. Ratayski. "CrAlYCN / CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering / unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS / UBM) technology." Surface and coatings technology 203.9 (2009): 1237-1243 .], ion-conducting layers (YSZ [Wang, HB, et al., "Deposition and characterization of YSZ thin films by aerosol-assisted CVD." Materials Letters 44.1 (2000): 23-28.]), electrochromic layers, among others, for switchable glasses (MoO x, x Mowo [Gesheva, KA, et al "Crystallization of Chemically vapor deposited molybdenum and tungsten mixed / molybdenum oxide films for electrochromic application." Thin Solid films 515.11 (2007):.. 4609-4613]), layers for Spintronic Applications (eg, Y 3 FesO 12 - Yttrium Iron Garnet YIG [Dubs, Carsten, et al., Sub-micrometer yttrium iron garnet LPE films with low ferromagnetic moments losses.] J. Phys. D: Appl. Phys (2017), https://doi.org/10.1088/1361-6463/aa6b1c]) or photocatalytically active coatings (TiO x , TiWO x [Rampaul, Ashti, et al., Titania and tungsten doped titanium thin films on glass; active photocatalysts. "Polyhedron 22.1 (2003): 35-44.]). In addition, the growth rate of layers can be increased [ Bodurov, Georgi, et al. "Thin film optical coatings of vanadium oxides and mixed tungsten / vanadium oxides deposited by APCVD employing precursors of vanadyl acetylacetonate and a mixture of tungsten hexacarbonyl." Physics Procedia 46 (2013): 127-136 .]. In the production of WO 3 to the precursor W (CO) 6 additionally V (CO) 6 or vanadium acetylacetonate were introduced with the aim to increase layer growth rates and thus to make the coating process more economical. In this example, an APCVD coating process was used to deposit the layers (heating the substrates to 400-500 ° C and heating the gas streams to precursor transport to ~ 170 ° C necessary). Further fields of application of mixed oxide layers would be the battery technology [Davari, Elaheh, et al. "Manganese cobalt mixed oxide film as a bifunctional catalyst for rechargeable zinc-air batteries." Electrochimica Acta 211 (2016): 735-743.], Using methods such as electrodeposition (electroplating), which is an electrochemical coating method.

Titandioxid wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Zu nennen wären Anwendungen im Bereich UV-Schutz, photokatalytisch aktive Schichten (z. B. selbstreinigende Oberflächen) oder Katalysatoren und z.T. antimikrobielle Anwendungen. Titandioxid in Form von Nanopartikeln ist vor allem aufgrund der hohen spezifischen Oberfläche interessant [ Wei, Xiaojin, et al. „Photocatalytic TiO2 nanoparticles enhanced polymer antimicrobial coating.“ Applied Surface Science 290 (2014): 274-279 .]. Für viele Anwendungen ist TiO2 immobilisiert in Form von Schichten allerdings vorteilhafter. Herkömmliche Verfahren zur Erzeugung von TiO2-Dünnschichten sind physikalische Dampfphasenabscheidung (PVD) wie Sputtern [ Tang, H., et al. „Electrical and optical properties of TiO2 anatase thin films.“ Journal of Applied Physics 75.4 (1994): 2042-2047 .; Tölke, Tina, et al. „The influence of pressure on the structure and the self-cleaning properties of sputter deposited TiO2 layers.“ Thin Solid Films 518 (2010), 4242-4246 ], Sol-Gel [Yu, Jiaguo, et al. „Preparation, microstructure and photocatalytic activity of the porous TiO2 anatase coating by sol-gel processing.“ Journal ofsol-gel Science and Technology 17.2 (2000): 163-171] oder chemische Dampfphasenabscheidung (CVD) [Richards, B. S., N. T. P. Huong, and A. Crosky. „Highly porous nanocluster TiO2 films deposited using APCVD in an excess of water vapor.“ Journal of The Electrochemical Society 152.7 (2005): F71-F74.]. CVD Prozesse haben allerdings den Nachteil, dass die Substrate während der Beschichtung häufig geheizt (~250 °C [Jung, Sang-Chul, and Nobuyuki Imaishi. „Preparation, crystal structure, and photocatalytic activity of TiO2 films by chemical vapor deposition.“ Korean Journal of Chemical Engineering 18.6 (2001): 867-872.]) werden müssen, um photokatalytisch aktive Schichten zu erzeugen. Eine thermische Nachbehandlung (~450 °C [Mills, Andrew, et al. „Photocatalytic oxidation of deposited sulfur and gaseous sulfur dioxide by TiO2 films.“ The Journal of Physical Chemistry C 111.14 (2007): 5520-5525.]) wird hingegen bei Sol-Gel Prozessen oftmals notwendig. Derartige Methoden sind für die Beschichtung temperaturempfindlicher Substrate entsprechend ungeeignet. In der Literatur sind allerdings auch Sol-Gel Methoden bekannt, welche bei deutlich niedrigeren Substrat- oder Nachbehandlungstemperaturen (~ 100 °C [Langlet, M., et al. „Sol-gel preparation of photocatalytic TiO2 films on polymer substrates.“ Journal ofsol-gel science and technology 25.3 (2002): 223-234.], 120 °C [Yun, Young Jin, et al. „Lowtemperature coating of sol-gel anatase thin films.“ Materials Letters 58.29 (2004): 3703-3706.]) photokatalytisch aktive Schichten erzeugen. Jedoch beinhalten diese Ansätze mehrere und oft zeitraubende Arbeitsschritte (z. B. achtstündige Temperaturbehandlung des Sols).Titanium dioxide is used in a variety of applications. Worth mentioning are applications in the field of UV protection, photocatalytically active layers (eg self-cleaning surfaces) or catalysts and in some cases antimicrobial applications. Titanium dioxide in the form of nanoparticles is especially interesting due to the high specific surface area [ Wei, Xiaojin, et al. "Photocatalytic TiO 2 nanoparticles enhanced polymer antimicrobial coating." Applied Surface Science 290 (2014): 274-279 .]. For many applications, however, TiO 2 immobilized in the form of layers is more advantageous. Conventional methods for producing TiO 2 thin films are physical vapor deposition (PVD) such as sputtering [ Tang, H., et al. "Electrical and optical properties of TiO 2 anatase thin films." Journal of Applied Physics 75.4 (1994): 2042-2047 . Tölke, Tina, et al. TiO 2 layers. "Thin Solid Films 518 (2010), 4242-4246 ], Sol-gel [Yu, Jiaguo, et al. "Preparation, microstructure and photocatalytic activity of the porous TiO 2 anatase coating by sol-gel processing." Journal ofsol-gel Science and Technology 17.2 (2000): 163-171], or chemical vapor deposition (CVD) [Richards, BS, NTP Huong , and A. Crosky. "Highly porous nanocluster TiO 2 films deposited using APCVD in excess of water vapor." Journal of The Electrochemical Society 152.7 (2005): F71-F74.]. However, CVD processes have the disadvantage that the substrates are frequently heated during the coating (~ 250 ° C. [Jung, Sang-Chul, and Nobuyuki Imaishi. "Preparation, crystal structure, and photocatalytic activity of TiO 2 films by chemical vapor deposition." Korean Journal of Chemical Engineering 18.6 (2001): 867-872.]) To produce photocatalytically active layers. A thermal aftertreatment (~ 450 ° C [Mills, Andrew, et al., "Photocatalytic oxidation of deposited sulfur and gaseous sulfur dioxide by TiO 2 films." The Journal of Physical Chemistry C 111.14 (2007): 5520-5525.]) however, often necessary for sol-gel processes. Such methods are correspondingly unsuitable for the coating of temperature-sensitive substrates. In the literature, however, sol-gel methods are also known, which at significantly lower substrate or post-treatment temperatures (~ 100 ° C [Langlet, M., et al., Sol-gel preparation of photocatalytic TiO 2 films on polymer substrates. "Journal of sol-gel science and technology 25.3 (2002): 223-234.], 120 ° C [Yun, Young Jin, et al., "Low-temperature coating of sol-gel anatase thin films." Materials Letters 58.29 (2004): 3703- 3706.]) produce photocatalytically active layers. However, these approaches involve several and often time-consuming operations (eg, eight hours of sol temperature treatment).

Vor diesem Hintergrund könnten plasmabasierte Prozesse, welche Schichten mit ähnlichen Eigenschaftsspektren in nur einem Arbeitsschritt ermöglichen, von Interesse sein. Plasma-enhanced CVD (PECVD) Prozesse wurden in diesem Zusammenhang in der Literatur untersucht. Neben Prozessen, die im Vakuum arbeiten, existieren auch Methoden, die unter Atmosphärendruckbedingungen eine Schichtherstellung ermöglichen. Eine Möglichkeit wäre der Einsatz von DBD-Quellen. So wurde in der Literatur die Herstellung von TiOx-Schichten unter dem Einsatz von TiCl4 beschrieben, die nanokristalline Bestandteile enthalten [ Xu S., J. Xu, X. Peng, J. Zhang, Plasma Sci. Technol. 8 (1999) 292 .; Zhu, A - M., et al. „Crystalline, Uniform - Sized TiO2 Nanosphere Films by a Novel Plasma CVD Process at Atmospheric Pressure and Room Temperature.“ Chemical Vapor Deposition 13.4 (2007): 141-144 .].Against this background, plasma-based processes that allow layers with similar property spectra in just one step could be of interest. Plasma-enhanced CVD (PECVD) processes were investigated in this context in the literature. In addition to processes that work in a vacuum, there are also methods that allow layer production under atmospheric pressure conditions. One possibility would be the use of DBD sources. Thus, the production of TiO x layers with the use of TiCl 4 was described in the literature, the nanocrystalline constituents [ Xu S., J. Xu, X. Peng, J. Zhang, Plasma Sci. Technol. 8 (1999) 292 . Zhu, A-M., et al. "Crystalline, Uniform - Sized TiO 2 Nanosphere Films by a Novel Plasma CVD Process at Atmospheric Pressure and Room Temperature." Chemical Vapor Deposition 13.4 (2007): 141-144 .].

Aus der AT 517 694 A4 ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine Oberfläche eines Substrats mit einem Plasmaerzeuger umfassend eine Anode und eine Kathode zum Erzeugen eines atmosphärischen Plasmastrahls durch elektrische Entladung in einem Arbeitsgas bekannt, wobei der Plasmaerzeuger einen Austrittskanal für den Plasmastrahl aufweist, der sich über eine Ausströmöffnung zur umgebenden Atmosphäre öffnet, an die sich ein Ausströmbereich des in die umgebende Atmosphäre austretenden Plasmastrahls anschließt, und eine Zufuhreinrichtung mit einer Einlassseite zum Beschicken der Zufuhreinrichtung mit einem Beschichtungsmaterial und einer Auslassseite zum Einbringen des Beschichtungsmaterials in den Plasmastrahl vorgesehen ist. Es wird vorgeschlagen, dass die Zufuhreinrichtung einlassseitig mit einem Verdampfer für das Beschichtungsmaterial verbunden ist und auslassseitig eine Austrittsöffnung für das gasförmige Beschichtungsmaterial aufweist, die in den Ausströmbereich gerichtet ist. Mithilfe der örtlichen Verstellbarkeit der Materialeinleitung in den Plasmastrahl gelingt es dabei insbesondere, die funktionalen Eigenschaften der Beschichtung homogener und besser kontrollierbar zu gestalten.From the AT 517 694 A4 a device for applying a coating on a surface of a substrate with a plasma generator comprising an anode and a cathode for generating an atmospheric plasma jet by electrical discharge in a working gas, said plasma generator having a discharge channel for the plasma jet, which extends via an outflow to the and a supply means having an inlet side for charging the supply means with a coating material and an outlet side for introducing the coating material into the plasma jet is provided. It is proposed that the supply device is connected on the inlet side to an evaporator for the coating material and on the outlet side has an outlet opening for the gaseous coating material which is directed into the outflow region. With the aid of the local adjustability of the material introduction into the plasma jet, it is possible in particular to make the functional properties of the coating more homogeneous and better controllable.

Aus der DE 10 2004 029 911 A1 ist die Herstellung anorganischer Schichten auf einem Substrat unter Verwendung eines Heißgasstroms und eines einen Precursor enthaltenden Trägergasstroms bekannt. Sie ermöglicht bei relativ geringem und gut kontrollierbarem Wärmeeintrag und hoher Materialvielfalt sowohl der beschichtbaren Substrate als auch der Schichten selbst die Herstellung homogener, haftfester Schichten mit deutlich höheren Abscheideraten. Der Heißgasstrom und der Trägerstrom, der deutlich kühler ist als der Heißgasstrom, werden erst in der Nähe des zu beschichtenden Substrats zu einem Gemisch zusammengeführt, dessen Temperatur das Gesamtsubstrat nicht chemisch und/oder physikalisch beeinflusst.From the DE 10 2004 029 911 A1 For example, the preparation of inorganic layers on a substrate using a hot gas stream and a precursor-containing carrier gas stream is known. With relatively low and easily controllable heat input and a high diversity of materials, it enables both the coatable substrates and the layers themselves to produce homogeneous, adherent layers with significantly higher deposition rates. The hot gas stream and the carrier stream, which is much cooler than the Hot gas stream, are brought together only in the vicinity of the substrate to be coated to form a mixture whose temperature does not chemically and / or physically affects the entire substrate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes Verfahren zur Abscheidung einer Schicht anzugeben.The invention is based on the object to provide an improved method for depositing a layer.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Abscheidung einer Schicht.The object is achieved by a method for depositing a layer.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer Aufsatz für eine Plasmaquelle zur Dosierung von Precursoren umfasst mindestens eine Düse, die an der Plasmaquelle befestigt oder anderweitig in einer festen Position zur Plasmaquelle anordenbar ist, derart, dass ein aus der Düse ausströmender Precursor einem aus der Plasmaquelle austretenden Plasmastrahl unter einem vorgegebenen Winkel sowie mit einem in einem Bereich von 0,5 mm bis 10 mm einstellbaren vorgegebenen Abstand zwischen einer Austrittsöffnung der Düse und einem zu beschichtenden Substrat zuführbar ist.An attachment according to the invention for a plasma source for metering precursors comprises at least one nozzle which can be attached to the plasma source or otherwise arranged in a fixed position relative to the plasma source, such that a precursor flowing out of the nozzle projects a plasma jet emerging from the plasma source at a predetermined angle and can be supplied with an adjustable in a range of 0.5 mm to 10 mm predetermined distance between an outlet opening of the nozzle and a substrate to be coated.

In einer Ausführungsform ist ein Abstand zwischen einer Austrittsöffnung der Plasmaquelle und dem Substrat und/oder der Winkel einstellbar.In one embodiment, a distance between an exit opening of the plasma source and the substrate and / or the angle is adjustable.

In einer Ausführungsform sind mindestens zwei Düsen vorgesehen.In one embodiment, at least two nozzles are provided.

In einer Ausführungsform sind die mindestens zwei Düsen unabhängig voneinander bezüglich des Abstands und/oder des Winkels einstellbar.In one embodiment, the at least two nozzles are independently adjustable in pitch and / or angle.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat wird in der Nähe des Substrats mindestens ein Precursor über einen Aufsatz wie oben beschrieben in oder in die Nähe eines aus einer Plasmaquelle austretenden Plasmastromes eindosiert. In die Nähe bedeutet hier, dass der Precursor nicht direkt mit dem Plasmastrom interagieren muss. Das ist zum Beispiel der Fall, wenn der Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Plasmaquelle und dem Substrat besonders groß gewählt ist und der Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Düse und dem Substrat sehr klein. Denkbar wäre auch, den Precursor außermittig zum Plasmastrom einzudosieren.In a method according to the invention for producing a layer on a substrate, at least one precursor is metered into the vicinity of the substrate via an attachment as described above in or in the vicinity of a plasma stream emerging from a plasma source. Proximity means here that the precursor does not have to interact directly with the plasma stream. This is the case, for example, if the distance between the exit opening of the plasma source and the substrate is chosen to be particularly large and the distance between the exit opening of the nozzle and the substrate is very small. It would also be conceivable to dose the precursor off-center to the plasma stream.

Erfindungsgemäß wird durch Eindosieren mehrerer Precursoren in oder in die Nähe des Plasmastroms eine Metalloxid-Mischschicht oder eine Metalloxid/Halbleiteroxid-Mischschicht abgeschieden.According to the invention, by metering in a plurality of precursors in or in the vicinity of the plasma stream, a metal oxide mixed layer or a metal oxide / semiconductor oxide mixed layer is deposited.

In einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Oxidschicht, eine Nitridschicht, eine Carbidschicht, eine Phosphatschicht, eine Polymerschicht, oder durch Eindosieren mehrerer Precursoren in oder in die Nähe des Plasmastroms eine Metalloxid/Nichtmetalloxid-Mischschicht, eine Halbleiteroxid/Nichtmetalloxid-Mischschicht, eine Polymer-Mischschicht, eine Metalloxid/Polymer-Mischschicht, eine Halbleiteroxid/Polymer-Mischschicht oder eine Kompositschicht bestehend aus einer Matrixschicht, die mit Partikeln beladen ist, abgeschieden.In one embodiment not according to the invention, an oxide layer, a nitride layer, a carbide layer, a phosphate layer, a polymer layer, or by metering in a plurality of precursors in or in the vicinity of the plasma stream is mixed with a metal oxide / nonmetal oxide mixed layer, a semiconductor oxide / nonmetal oxide mixed layer, a polymer Mixed layer, a metal oxide / polymer mixed layer, a semiconductor oxide / polymer mixed layer or a composite layer consisting of a matrix layer, which is loaded with particles, deposited.

In einer Ausführungsform werden die Precursoren dem Aufsatz in Form eines Gases oder Gasgemisches, als Aerosol oder in Feststoffform, beispielsweise als Pulver, zugeführt.In one embodiment, the precursors are supplied to the attachment in the form of a gas or gas mixture, as an aerosol or in solid form, for example as a powder.

Erfindungsgemäß wird mittels des Aufsatzes ein Abstand zwischen einer Austrittsöffnung der Düse und einem zu beschichtenden Substrat in einem Bereich von 0,5 mm bis 10 mm eingestellt.According to the invention, a distance between an outlet opening of the nozzle and a substrate to be coated in a range of 0.5 mm to 10 mm is set by means of the attachment.

In einer Ausführungsform wird Luft oder Stickstoff als Arbeitsgas für die Plasmaquelle verwendet.In one embodiment, air or nitrogen is used as the working gas for the plasma source.

In einer Ausführungsform erfolgen eine Temperierung des Substrates während des Beschichtungsprozesses und/oder eine anschließende Wärmebehandlung.In one embodiment, a temperature control of the substrate takes place during the coating process and / or a subsequent heat treatment.

In einer alternativen Ausführungsform unterbleiben eine Temperierung des Substrates während des Beschichtungsprozesses und/oder eine anschließende Wärmebehandlung.In an alternative embodiment, a tempering of the substrate during the coating process and / or a subsequent heat treatment are omitted.

Die Erfindung betrifft weiter ein Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens mit einer photokatalytisch aktiven TiOx - Schicht oder SiOx / TiOx-Mischschicht beschichtet ist.The invention further relates to a component comprising a surface which is coated by means of the method described above with a photocatalytically active TiO x layer or SiO x / TiO x mixed layer.

Ferner betrifft die Erfindung ein Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens mit einer Yttrium-Eisen-Granat oder Yttrium-Aluminum-Granat oder SiOx / SnOx - Mischschicht beschichtet ist. Furthermore, the invention relates to a component comprising a surface which is coated by means of the method described above with an yttrium-iron-garnet or yttrium-aluminum-garnet or SiO x / SnO x - mixed layer.

Weiter betrifft die Erfindung ein Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des oben beschriebenen Verfahrens mit einer optisch transparenten SiOx / TiOx oder SiOx / SnOx Mischschicht beschichtet ist, wobei eine Brechzahl oder ein Brechzahlgradient über die Schichtdicke durch Variation des Mischungsverhältnisses zweier eindosierter Precursoren gezielt einstellbar ist.Furthermore, the invention relates to a component comprising a surface which is coated by means of the method described above with an optically transparent SiO x / TiO x or SiO x / SnO x mixed layer, wherein a refractive index or a refractive index gradient over the layer thickness by varying the mixing ratio of two Metered precursors is specifically adjustable.

Die erfindungsgemäß verwendeten Plasma-Jets haben im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsprozessen den Vorteil, dass Oberflächenbereiche auch selektiv behandelbar sind. Das Erhitzen und/oder Verdampfen der Precursoren ist nicht zwingend notwendig. Stattdessen werden die Precursoren in Aerosolform zugeführt. Somit ist auch kein Aufheizen von Schläuchen notwendig, um ein Auskondensieren des Precursors zu vermeiden.The plasma jets used according to the invention have the advantage, in comparison with conventional coating processes, that surface areas can also be treated selectively. The heating and / or evaporation of the precursors is not absolutely necessary. Instead, the precursors are supplied in aerosol form. Thus, no heating of hoses is necessary to prevent condensation of the precursor.

Es wurde ein neuer Aufsatz für Plasmadüsen entwickelt, mit dem gezielt die Einspeisepunkte des Precursors in das Plasma eingestellt werden können. Dabei zeigte sich überraschenderweise, dass gezielt Mischschichten (Schichten bestehend aus mehreren Metalloxiden, beispielsweise Siliciumoxid und Titanoxid) durch gleichzeitiges Einbringen verschiedener Precursoren hergestellt werden können. Solche Schichten zeigen unter anderem die Möglichkeit auf, durch Variation des Mischungsverhältnisses diverse Schichteigenschaften (Brechzahl, photokatalytisehe Aktivität, Transmission, antimikrobielle Aktivität) gezielt einzustellen, ohne dass eine Temperierung des Substrates während des Beschichtungsprozesses oder eine anschließende Wärmebehandlung (oft 400 °C bis 500 °C) notwendig ist.A new attachment for plasma nozzles was developed with which the entry points of the precursor into the plasma can be adjusted. It has surprisingly been found that specifically mixed layers (layers consisting of several metal oxides, for example silicon oxide and titanium oxide) can be produced by simultaneous introduction of different precursors. Such layers show, inter alia, the possibility of selectively adjusting various coating properties (refractive index, photocatalytic activity, transmission, antimicrobial activity) by varying the mixing ratio, without temperature control of the substrate during the coating process or subsequent heat treatment (often 400 ° C. to 500 ° C.) C) is necessary.

Aufgrund dessen ist auch erstmalig die Beschichtung temperaturempfindlicher Substrate (beispielsweise Kunststoffe, Holz, WPC, Verbundwerkstoffe, Fasern, Textilien, Farben oder lackierte Oberflächen) möglich, vor allem zur Abscheidung photokatalytisch aktiver Schichten. Weiterhin bietet der Aufsatz den Vorteil, dass eine Verschmutzung der Plasmadüsen nicht stattfindet, im Gegensatz zur Einspeisung des Precursors direkt durch die Plasmadüse (sogenannter direct mode). Somit wird ein langzeitstabiler Plasma- und Beschichtungsprozess ermöglicht, und auf Reinigungsschritte der Plasmadüsen kann verzichtet werden.Because of this, the coating of temperature-sensitive substrates (for example plastics, wood, WPC, composites, fibers, textiles, paints or painted surfaces) is also possible for the first time, above all for the deposition of photocatalytically active layers. Furthermore, the article has the advantage that contamination of the plasma nozzles does not take place, in contrast to the feed of the precursor directly through the plasma nozzle (so-called direct mode). Thus, a long-term stable plasma and coating process is possible, and cleaning steps of the plasma nozzles can be dispensed with.

Insbesondere erfolgt die Abscheidung bei Atmosphärendruck.In particular, the deposition takes place at atmospheric pressure.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.

Darin zeigen:

  • 1 eine schematische Ansicht eines Aufsatzes für eine Plasmaquelle zur Dosierung von Precursoren,
  • 2 eine schematische Ansicht der Plasmaquelle und des Aufsatzes, wobei die Düse verstellbar an der Plasmaquelle angeordnet ist,
  • 3 eine schematische Ansicht der Plasmaquelle und des Aufsatzes mit zwei Düsen,
  • 4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Plasmaquelle mit linienförmigem Plasma und eines Aufsatzes zur Dosierung von Precursoren,
  • 5 ein Diagramm mit einer Elementkonzentration in Abhängigkeit von einer Dosiermenge eines titanhaltigen Precursors,
  • 6 FTIR-Spektren von SiOx / TiOx Mischschichten und reinen SiOx und TiOx Plasmaschichten,
  • 7 ellipsometrisch ermittelte Brechzahlen von Schichten in Abhängigkeit von einer Dosierrate für SiOx / TiOx Mischschichten und reine SiOx und TiOx Plasmaschichten,
  • 8 relative Bandenflächen aus FTIR-Messungen in Abhängigkeit von einer Bestrahlungszeit für SiOx / TiOx Mischschichten und reine SiOx und TiOx Plasmaschichten,
  • 9 eine Schichtzusammensetzung in Abhängigkeit vom Precursorfluss für SiOx / SnO Mischschichten und reine SiOx und SnO Plasmaschichten,
  • 10 UV/VIS-Spektren von Schichten in Transmission für SiOx / SnO Mischschichten und reine SiOx und SnO Plasmaschichten,
  • 11 UV/VIS-Spektren von Schichten in Transmission für TiOx Plasma schichten,
  • 12 eine Bandlückenbestimmung für TiOx Plasmaschichten,
  • 13 relative Bandenflächen aus FTIR-Messungen in Abhängigkeit von einer Bestrahlungszeit für TiOx Plasmaschichten und Referenzproben,
  • 14 die Schichtdicke in Abhängigkeit von der Anzahl der Durchläufe der Beschichtung für SiOx Plasmaschichten, und
  • 15 der Schichtdickenverlust nach abrasiver Beanspruchung in Abhängigkeit von der Anzahl der Durchläufe der SiOx Beschichtung.
Show:
  • 1 a schematic view of an essay for a plasma source for the dosage of precursors,
  • 2 a schematic view of the plasma source and the attachment, wherein the nozzle is adjustably arranged on the plasma source,
  • 3 a schematic view of the plasma source and the attachment with two nozzles,
  • 4 a schematic view of another embodiment of a plasma source with linear plasma and an attachment for the dosage of precursors,
  • 5 a diagram with an element concentration as a function of a metered quantity of a titanium-containing precursor,
  • 6 FTIR spectra of SiO x / TiO x mixed layers and pure SiO x and TiO x plasma layers,
  • 7 ellipsometrically determined refractive indices of layers as a function of a metering rate for SiO x / TiO x mixed layers and pure SiO x and TiO x plasma layers,
  • 8th relative band areas from FTIR measurements as a function of an irradiation time for SiO x / TiO x mixed layers and pure SiO x and TiO x plasma layers,
  • 9 a layer composition as a function of the precursor flow for SiO x / SnO mixed layers and pure SiO x and SnO plasma layers,
  • 10 UV / VIS spectra of layers in transmission for SiO x / SnO mixed layers and pure SiO x and SnO plasma layers,
  • 11 UV / VIS spectra of layers in transmission for TiO x plasma layers,
  • 12 a band gap determination for TiO x plasma layers,
  • 13 relative band areas from FTIR measurements as a function of an irradiation time for TiO x plasma layers and reference samples,
  • 14 the layer thickness as a function of the number of passes of the coating for SiO x plasma layers, and
  • 15 the layer thickness loss after abrasive stress as a function of the number of passes of the SiO x coating.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Aufsatzes 1 für eine Plasmaquelle 2 zur Dosierung von Precursoren. 1 shows a schematic view of an essay 1 for a plasma source 2 for the dosage of precursors.

In Vorversuchen hat sich gezeigt, dass es für viele Precursoren vorteilhaft ist, deren Interaktionzeit im Plasma auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren. Lange Verweildauern der Precursoren im Plasma können beispielsweise zu übermäßiger Partikelbildung und Agglomeration führen, was die Bildung qualitativ schlechterer Schichten, beispielsweise in Hinblick auf Abrasionsstabilität, bewirken kann. Um die Interaktionszeit auf ein notwendiges Maß zu reduzieren, wurde ein Aufsatz 1 entwickelt und gefertigt. Der Aufsatz 1 umfasst mindestens eine Düse 5, die an der Plasmaquelle 2 befestigt oder anderweitig in einer festen Position zur Plasmaquelle 2 anordenbar ist, derart, dass ein aus der Düse 5 ausströmender Precursor einem aus der Plasmaquelle 2 ausgetretenen Plasmastrahl unter einem Winkel ω zuführbar ist. Dieser Winkel ω sowie ein Abstand b zwischen einer Austrittsöffnung der Düse 5 und einem Substrat 4 und einem Abstand a zwischen einer Austrittsöffnung der Plasmaquelle 2 und dem Substrat 4 können einstellbar sein.Preliminary experiments have shown that it is advantageous for many precursors to reduce their interaction time in the plasma to a necessary minimum. Long residence times of the precursors in the plasma, for example, lead to excessive particle formation and agglomeration, which can cause the formation of lower-quality layers, for example with regard to abrasion stability. To reduce the interaction time to a necessary level, became an essay 1 developed and manufactured. The essay 1 includes at least one nozzle 5 at the plasma source 2 attached or otherwise in a fixed position to the plasma source 2 is arrangeable, such that one out of the nozzle 5 effluent precursor one from the plasma source 2 leaked plasma jet at an angle ω can be fed. This angle ω as well as a distance b between an outlet opening of the nozzle 5 and a substrate 4 and a distance a between an exit opening of the plasma source 2 and the substrate 4 can be adjustable.

2 ist eine schematische Ansicht der Plasmaquelle 2 und des Aufsatzes 1, wobei die Düse 5 verstellbar an der Plasmaquelle 2 angeordnet ist. 2 is a schematic view of the plasma source 2 and the essay 1 , where the nozzle 5 adjustable at the plasma source 2 is arranged.

Mit Hilfe dieses Aufsatzes 1 können Precursoren in Form von Aerosol-Tröpfchen und/oder gasförmig, beispielsweise in einem Abstand b von etwa 0,5 mm bis 10 mm und unter einem einstellbaren Winkel ω, von 0° bis 90°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 60° (beispielsweise von 45°), zum Plasmastrahl durch die Düse 5, (beispielsweise mit einem Innendurchmesser von 2 mm, Edelstahl) in den Plasmastrahl eingebracht werden.With the help of this essay 1 For example, precursors can be in the form of aerosol droplets and / or gaseous, for example at a distance b from about 0.5 mm to 10 mm and at an adjustable angle ω , from 0 ° to 90 °, more preferably between 0 ° and 60 ° (for example, of 45 °), to the plasma jet through the nozzle 5 , (For example, with an inner diameter of 2 mm, stainless steel) are introduced into the plasma jet.

In einem Ausführungsbeispiel kann der Aufsatz 1 mehrere Düsen 5 umfassen. 3 ist eine schematische Ansicht der Plasmaquelle 2 und des Aufsatzes 1 mit zwei Düsen 5, von denen jede verstellbar an der Plasmaquelle 2 angeordnet ist, beispielsweise mittels einer Schelle 3 und schwenkbaren Armen 6. Somit kann über eine variable Anzahl an Düsen 5 die Anzahl von Precursoren je nach Anforderung an die Beschichtung gewählt werden.In one embodiment, the essay 1 several nozzles 5 include. 3 is a schematic view of the plasma source 2 and the essay 1 with two nozzles 5 , each of which is adjustable at the plasma source 2 is arranged, for example by means of a clamp 3 and swivel arms 6 , Thus, over a variable number of nozzles 5 the number of precursors can be selected according to the requirements of the coating.

In Ausführungsbeispielen von Verfahren zur Erzeugung von binären Mischschichten wurden zwei Düsen 5 verwendet. Weiterhin bietet dieses System konstruktiv die Möglichkeit, eine variable Anzahl n von Düsen 5 und damit eine variable Anzahl von Precursoren einzubringen, was die Möglichkeit zur Bildung noch komplexerer Schichtsysteme ermöglicht.In embodiments of methods for creating binary mixed layers, two nozzles were used 5 used. Furthermore, this system constructively offers the possibility of a variable number n of nozzles 5 and thus to introduce a variable number of precursors, which allows the possibility of forming even more complex layer systems.

Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist die Möglichkeit, den Abstand b unabhängig vom Abstand a zwischen einer Austrittsöffnung der Plasmaquelle 2 und dem Substrat 4 zu verändern. Somit kann zum einen der Abstand a verändert werden, um den thermischen Einfluss des Plasmas auf das Substrat 4 gezielt einzustellen und gegebenenfalls zu minimieren. Und zum anderen kann der Abstand b so angepasst werden, dass die für die Umsetzung des Precursors und Schichtbildung notwendige Interaktionszeit im Plasma gegeben ist, aber übermäßiger Energieeintrag in den Precursor vermieden werden kann. Auch können zur Abscheidung von Mischschichten 1 + n Düsen verwendet und deren jeweiliger Abstand b unabhängig von den Abständen b der anderen Düsen angepasst werden. Somit können die Abstände b1 (für Düse 1), b2 (für Düse 2), usw. gezielt an die jeweilige Precursorsubstanz optimal angepasst (Plasma-Precursor Interaktionszeit) werden, für die Schichtumsetzung.Another advantage of this design is the possibility of spacing b regardless of the distance a between an exit opening of the plasma source 2 and the substrate 4 to change. Thus, on the one hand, the distance a be changed to the thermal influence of the plasma on the substrate 4 to adjust and minimize if necessary. And second, the distance b be adjusted so that the necessary time for the implementation of the precursor and layer formation interaction time is given in the plasma, but excessive energy input into the precursor can be avoided. Also, for the deposition of mixed layers 1 + n nozzles can be used and their respective distance b regardless of the distances b adapted to the other nozzles. Thus, the distances b1 (for nozzle 1 ), b2 (for nozzle 2 ), etc. are optimally adapted to the respective precursor substance (plasma precursor interaction time), for the layer conversion.

4 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Plasmaquelle 2 mit linienförmigem Plasma und eines darauf angepassten Aufsatzes 1. 4 shows a schematic view of another embodiment of a plasma source 2 with line-shaped plasma and an adapted attachment 1 ,

In 4 ist die Plasmaquelle 2 dargestellt, wobei das linienförmige Plasma aus dem Schlitz unterhalb der Quelle austritt. In diesem Ausführungsbeispiel enthält der Aufsatz 1 ein Rohr mit einer auf die Breite des Plasmas angepassten Anordnung von Austrittsöffnungen (Düse 5), durch welche der Precursor in das Plasma eingebracht wird. Dabei sind analog zur 1 die Abstände a, b und der Winkel ω variabel einstellbar.In 4 is the plasma source 2 shown, wherein the line-shaped plasma emerges from the slot below the source. In this embodiment, the essay contains 1 a pipe with one on the width of the Plasma adapted arrangement of outlet openings (nozzle 5 ), through which the precursor is introduced into the plasma. Here are analogous to 1 the distances a . b and the angle ω variably adjustable.

In Tabelle 1 werden mögliche variable Beschichtungsparameter dargestellt. Tabelle 1: Prozessparameter Mischschichten Prozessparameter Einheit Einstellbereich Plasmaleistung [W] 50 bis 600 Arbeitsgas [-] Stickstoff, (Luft) Verfahrgeschwindigkeit [mm/s] 1 bis 300 Anzahl Durchläufe [-] 1 bis 100 Abstand a [mm] 5 bis 40 Abstand b [mm] 0,5 bis 10 Parameter Precursordosierung Precursorkonzentration (Flüssigprecursor → Aerosoldosiersystem) [Gew.-%] 0 bis 100 Precursorfluss Mikrodosierpumpe (Flüssigprecursor→ Aerosoldosiersystem) [µl/min] 5 bis 200 Zweistoffdüsendruck (Aerosoldosiersystem) [bar] 1 bis 6 Precursorfluss siliziumorganischer Precursor (Hexamethyldisiloxan → Verdampfereinheit) [ml/min] 1 bis 25 Table 1 shows possible variable coating parameters. Table 1: Process parameters of mixed layers process parameters unit Adjustment plasma power [W] 50 to 600 working gas [-] Nitrogen, (air) traversing [Mm / s] 1 to 300 Number of passes [-] 1 to 100 Distance a [Mm] 5 to 40 Distance b [Mm] 0.5 to 10 Parameter precursor dosing Precursor concentration (liquid precursor → aerosol dosing system) [Wt .-%] 0 to 100 Precursor flow microdosing pump (liquid precursor → aerosol dosing system) [Ul / min] 5 to 200 Two-substance nozzle pressure (aerosol dosing system) [bar] 1 to 6 Precursor flow of organosilicon precursor (hexamethyldisiloxane → evaporator unit) [Ml / min] 1 to 25

Zur Schichtabscheidung wurde eine Plasmaquelle 2 CAT (curved arc technology) 600 (W) der Firma Tigres GmbH (Marschacht, Deutschland) verwendet. Diese Plasmaquelle arbeitet bei Leistungen zwischen 50 und 600 W, wobei für die meisten der vorstehend aufgeführten Untersuchungen Leistungen von 600 W verwendet wurden. Diese Plasmaquelle 2 kann unter anderem mit den Arbeitsgasen Luft, Stickstoff und Argon betrieben werden, wobei die Schichtqualität in Hinblick auf Abrasionsbeständigkeit und optischer Güte bei Verwendung von Stickstoff am besten war. Demzufolge wurden die meisten der durchgeführten Experimente mit Stickstoff durchgeführt. Alternativ können aber auch andere Plasmasysteme, vorzugsweise Jet-Plasmaquellen und/oder andere Arbeitsgase verwendet werden. Precursoren können zum einen als Aerosol über ein Aerosoldosiersystem (wie in der EP 2 743 373 B1 beschrieben) in Kombination mit einer Zweistoffdüse und einer Mikrodosierpumpe dem Plasma bereitgestellt werden. Dabei werden die Flüssigprecursoren durch die Mikrodosierpumpe mit Flussraten typischerweise von 5 bis 200 µl/min in Schläuchen zu der Zweistoffdüse gefördert. Die Zweistoffdüse wird mit Gasdrücken von 1 bis 6 bar betrieben und so der Flüssigprecursor zu einem Aerosol zerstäubt, wobei die Gasart wie das Arbeitsgas der Plasmaquelle gewählt werden oder auch verschieden sein kann. Durch das Aerosoldosiersystem kann eine Separation und Limitierung der maximalen Tröpfengrößen realisiert werden und das Aerosol gelangt anschließend durch die Düsen 5 des Aufsatzes 1 in die Plasmazone und/oder zum Substrat. Aufgrund des Aerosoldosiersystems wird ein sehr homogenes Beschichtungsbild erhalten.For layer deposition, a plasma source was used 2 CAT (curved arc technology) 600 (W) from Tigres GmbH (Marschacht, Germany). This plasma source operates at powers between 50 and 600 W, with powers of 600 W being used for most of the studies listed above. This plasma source 2 can be operated, inter alia, with the working gases air, nitrogen and argon, wherein the layer quality was best in terms of abrasion resistance and optical quality when using nitrogen. As a result, most of the experiments carried out were carried out with nitrogen. Alternatively, however, other plasma systems, preferably jet plasma sources and / or other working gases may also be used. Precursors can on the one hand as aerosol via an aerosol dosing (as in the EP 2 743 373 B1 described) in combination with a two-fluid nozzle and a micro-metering pump are provided to the plasma. The liquid precursors are delivered by the microdosing pump with flow rates typically from 5 to 200 μl / min in hoses to the two-fluid nozzle. The two-fluid nozzle is operated with gas pressures of 1 to 6 bar and so the liquid precursor atomized to form an aerosol, wherein the type of gas as the working gas of the plasma source can be selected or may be different. By the aerosol dosing system, a separation and limitation of the maximum droplet sizes can be realized and the aerosol then passes through the nozzles 5 of the essay 1 in the plasma zone and / or to the substrate. Due to the aerosol dosing system, a very homogeneous coating image is obtained.

Zum anderen können Precursoren (z. B. Hexamethyldisiloxan) in gasförmiger Form eingebracht werden. In den dargestellten Beispielen (I, II und IV) wurden Precursoren über die Verdampfereinheit STS 10.0 der Firma Sura Instruments GmbH direkt durch die Dosierdüsen eingebracht. Gasflüsse von 1 bis 25 ml/min können mit diesem System erreicht werden. Die Zudosierung ist aber nicht auf gasförmige Precursoren oder Flüssigprecursoren beschränkt. Alternativ können beispielsweise Nanopartikel-Dispersionen oder Pulver verwendet und dem Plasma zugeführt werden, über den Aufsatz 1.On the other hand, precursors (eg hexamethyldisiloxane) can be introduced in gaseous form. In the illustrated examples (I, II and IV), precursors were introduced via the evaporator unit STS 10.0 from Sura Instruments GmbH directly through the metering nozzles. Gas flows from 1 to 25 ml / min can be achieved with this system. However, the metered addition is not limited to gaseous precursors or liquid precursors. Alternatively, for example, nanoparticle dispersions or powders may be used and delivered to the plasma via the attachment 1 ,

Beispiel I (SiOx / TiOx-Mischschichten)Example I (SiO x / TiO x mixed layers)

In einem Ausführungsbeispiel wurden zur Abscheidung des titanhaltigen-Schichtbestandteils die Precursoren TTIP (Titan (IV) Isopropoxid, 97%, Sigma Aldrich), TBO (Titan (IV) Butoxid, 97%, Sigma Aldrich) und TIPO (Titan (IV) Diisopropoxid bis(acetylacetonate), 75 Gew.-% in Isopropanol) direkt in den Arbeitsgasstrom der Plasmaquelle 2 eindosiert. Die Einbringung erfolgte dabei in Form von Aerosol-Tröpfchen mit Hilfe eines Aerosoldosiersystems, wie in EP 2 743 373 B1 beschrieben. Die EP 2 743 373 B1 wird hiermit durch Verweis einbezogen. Hierbei wird der flüssige Precursor mit Hilfe einer Zweistoffdüse zerstäubt und über einen sekundären Gasstrom (ebenfalls Stickstoff) transportiert. Die beiden erstgenannten Precursoren (TTIP, TBO) sind äußerst empfindlich gegenüber Wasser (beispielsweise Luftfeuchtigkeit), was eine zusätzliche Modifikation des Dosiersystems erfordert (zusätzliches Heizen der Schläuche). Weiterhin führt diese Eigenschaft bei direkter Einbringung in den Arbeitsgasstrom zu qualitativ minderwertigen Schichten hinsichtlich Abrasionsbeständigkeit und photokatalytischer Aktivität. Ein Vorteil zeigt sich in diesem Zusammenhang beim Einsatz von TIPO. Dieser Precursor ist deutlich weniger sensitiv gegenüber Luftfeuchtigkeit, wodurch eine Dosierung vereinfacht wurde und ein Verstopfen der Düsen und anderer Bauteile mit geringeren Innendurchmessern reduziert wurde. Ein zusätzliches Heizen der Schläuche ist mit der Verwendung dieses Precursors nicht notwendig. Weiterhin scheint sich dieser Precursor weniger schnell im Plasma umzusetzen, wodurch die exzessive Bildung von groben Partikeln reduziert und damit dichtere sowie stabilere Schichten erzeugt werden konnten. Trotz dieser Verbesserung waren die Schichten vergleichsweise staubig. Die direkte Einbringung der Precursoren in den Arbeitsgasstrom führt zu einer relativ langen Verweilzeit der Precursoren im reaktiven Plasmaraum (Umsetzung der Precursoren und Agglomeration der gebildeten Partikel).In one embodiment, for depositing the titanium-containing layer constituent, the precursors TTIP (titanium (IV) isopropoxide, 97%, Sigma Aldrich), TBO (titanium (IV) butoxide, 97%, Sigma Aldrich) and TIPO (titanium (IV) diisopropoxide bis (acetylacetonate), 75 wt .-% in isopropanol) directly into the working gas flow of the plasma source 2 metered. The introduction took place in the form of aerosol droplets with the aid of an aerosol dosing system, as in EP 2 743 373 B1 described. The EP 2 743 373 B1 is hereby incorporated by reference. Here, the liquid precursor is atomized by means of a two-fluid nozzle and a transported secondary gas stream (also nitrogen). The first two precursors (TTIP, TBO) are extremely sensitive to water (eg humidity), which requires an additional modification of the dosing system (additional heating of the hoses). Furthermore, this property, when introduced directly into the working gas stream, leads to layers of lower quality with regard to abrasion resistance and photocatalytic activity. An advantage in this context is the use of TIPO. This precursor is significantly less sensitive to humidity, which simplifies metering and reduces clogging of nozzles and other components with smaller inside diameters. Additional heating of the hoses is not necessary with the use of this precursor. Furthermore, this precursor appears to react less rapidly in the plasma, which reduced the excessive formation of coarse particles and thus could produce denser and more stable layers. Despite this improvement, the layers were comparatively dusty. The direct introduction of the precursors into the working gas stream leads to a relatively long residence time of the precursors in the reactive plasma space (conversion of the precursors and agglomeration of the particles formed).

Somit war es zielführend, die Interaktionszeit der Precursoren durch die Verwendung des in mindestens einer der 1 bis 4 gezeigten und oben beschriebenen Aufsatzes 1 auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren.Thus, it was expedient to increase the interaction time of the precursors by using the in at least one of the 1 to 4 shown and described above 1 to reduce to a necessary minimum.

Zusätzlich zur titanhaltigen Komponente können siliciumhaltige Precursoren eingebracht werden. In den durchgeführten Versuchen wurde Hexamethyldisiloxan (HMDSO) gasförmig über die Verdampfereinheit STS 10.0 der Fa. Sura Instruments GmbH eingebracht. Zur Erzeugung von SiOx/ TiOx-Mischschichten wurde die Menge des eingebrachten HMDSO konstant gehalten, die Menge des titanhaltigen Precursors schrittweise von 0 auf 7,5 µl/min, 15 µl/min und 30 µl/min erhöht. Auch im Zusammenhang mit der Kombination von Precursoren war die Reduktion der Interaktionszeit zielführend und führte zu qualitativ hochwertigeren Schichten.In addition to the titanium-containing component, silicon-containing precursors can be introduced. In the experiments carried out hexamethyldisiloxane (HMDSO) was gaseous via the evaporator unit STS 10.0 Fa. Sura Instruments GmbH introduced. To produce SiO x / TiO x mixed layers, the amount of introduced HMDSO was kept constant, the amount of the titanium-containing precursor increased stepwise from 0 to 7.5 μl / min, 15 μl / min and 30 μl / min. Also in connection with the combination of precursors the reduction of the interaction time was expedient and led to higher quality layers.

Aus Zwecken der Vergleichbarkeit wurden für alle Untersuchungen Schichtdicken von etwa 100 nm realisiert. Dafür wurde in Vorversuchen der Einfluss des Abstandes b, der Plasmaleistung, der Precursorkonzentration und der Anzahl der Durchläufe auf die Abscheiderate [nm/Durchlauf] untersucht. Die Verfahrtischgeschwindigkeit, mit der das Substrat 4 unter der Plasmaquelle 2 bewegt wurde, wurde mit 250 mm/s und einem Rasterabstand von 1 mm konstant belassen.For reasons of comparability, layer thicknesses of about 100 nm were realized for all investigations. For this, the influence of the distance was in preliminary experiments b , the plasma power, the precursor concentration and the number of runs to the deposition rate [nm / run] examined. The traversing speed with which the substrate 4 under the plasma source 2 was moved, was left constant at 250 mm / s and a grid spacing of 1 mm.

Schichtdickenbestimmungen erfolgten mit einem Alpha-Step D-600 Profilometer (KLA Tencor, Milpitas, USA). In den Untersuchungen wurden Schichten auf Glasobjektträgern (+30 nm Pyrosil-Beschichtung, um mögliche Alkalidiffusion in die Schichten zu vermeiden) und Si-Wafern hergestellt. Alle Substrate wurden zunächst in Isopropanol/Aceton (1: 1, V:V) ultraschallgereinigt und mit Druckluft getrocknet. Röntgenphotoelektronenspektroskopische Untersuchungen (XPS) erfolgten mit einem AXIS ULTRA DLD (Kratos Analytical Ltd., Manchester, UK), um die chemische Zusammensetzung der Schichten zu bestimmen. Ellipsometrische Untersuchungen dienten der Bestimmung der Schichtdicke und der Brechzahl der Schichten.Coating thickness determinations were made using an Alpha-Step D-600 profilometer (KLA Tencor, Milpitas, USA). The tests produced layers on glass slides (+30 nm Pyrosil coating to avoid possible alkali diffusion into the layers) and Si wafers. All substrates were first ultrasonically cleaned in isopropanol / acetone (1: 1, V: V) and dried with compressed air. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) was performed with an AXIS ULTRA DLD (Kratos Analytical Ltd., Manchester, UK) to determine the chemical composition of the layers. Ellipsometric investigations were used to determine the layer thickness and the refractive index of the layers.

Im folgenden Abschnitt werden ausgewählte Ergebnisse aus Untersuchungen an diesen Mischschichtsystemen dargestellt.The following section presents selected results from studies on these mixed-layer systems.

5 zeigt ein Diagramm mit der Elementkonzentration E, das heißt der chemischen Oberflächenzusammensetzung der SiOx/TiOx-Mischschichten in Atom - %, bestimmt mittels XPS, in Abhängigkeit von der Dosiermenge des titanhaltigen Precursors, das heißt des Precursorflusses P in µl/min. 5 shows a diagram with the element concentration e , that is, the chemical surface composition of the SiO x / TiO x mixed layers in atomic%, determined by means of XPS, as a function of the metered amount of the titanium-containing precursor, that is, the precursor flow P in μl / min.

Auf die Darstellung der Sauerstoffkonzentration wird an dieser Stelle verzichtet, da der Fokus auf dem Si/Ti-Verhältnis liegen soll. Der Si-Gehalt, bei der kein titanhaltiger Precursor eingebracht wurde (Precursorfluss P=0), liegt bei etwa 28 Atom-%; Ti ist an dieser Stelle nicht nachweisbar. Mit der Zunahme des titanhaltigen Precursorflusses P steigt die Ti-Konzentration der Schichten an, der Si-Anteil nimmt ab. Gehalte von rund 8 Atom-% Ti konnten durch die Verwendung von 30 µl/min Ti-Precursorfluss P erreicht werden. Auffällig ist weiterhin, dass mit zunehmendem Ti-Anteil der Kohlenstoffanteil der Schichten steigt, was auf nicht umgesetzte Bestandteile des titanorganischen Precursors zurückzuführen ist. Die Annahme, dass zusätzlich Precursorreste des titanhaltigen Precursors in die Schichten eingebettet werden, wird durch FTIR-Messungen (6) untermauert.The representation of the oxygen concentration is omitted here, since the focus should be on the Si / Ti ratio. The Si content at which no titanium-containing precursor was introduced (precursor flow P = 0) is about 28 atomic%; Ti is not detectable at this point. With the increase of the titanium-containing precursor flow P If the Ti concentration of the layers increases, the Si content decreases. Contents of about 8 atomic% Ti could be achieved by using 30 μl / min Ti precursor flow P be achieved. It is also striking that with increasing Ti content, the carbon content of the layers increases, which is due to unreacted constituents of the organo-organic precursor. The assumption that additionally precursor residues of the titanium-containing precursor are embedded in the layers is determined by FTIR measurements ( 6 ) underpinned.

6 zeigt die so bestimmten FTIR-Spektren der Mischschichten und reiner SiOx (0 µl/min) und TiOx Plasmaschichten. Dargestellt ist das Absorptionsvermögen A in Abhängigkeit von der Wellenzahl k in cm-1. Dargestellt sind eine Kurve K0 für einen Precursorfluss P von 0 µl/min, Kurve K1 für einen Precursorfluss P von 7,5 µl/min, Kurve K2 für einen Precursorfluss P von 15 µl/min, Kurve K3 für einen Precursorfluss P von 30 µl/min sowie Kurve K4 für ein reines TiOx-Plasma ohne SiOx. 6 shows the thus determined FTIR spectra of the mixed layers and pure SiO x (0 μl / min) and TiO x plasma layers. Shown is the absorbency A depending on the wave number k in cm -1 . Shown are a curve K0 for a precursor flow P of 0 μl / min, curve K1 for a precursor flow P of 7.5 μl / min, curve K2 for a precursor flow P of 15 μl / min, curve K3 for a precursor flow P of 30 μl / min and curve K4 for a pure TiO x plasma without SiO x .

Diese Untersuchungen zeigten, dass mit Zunahme des TIPO-Flusses die Bandenfläche zunimmt, welche vor allem auf CH2 -und CH3-Schwingungen dieses Precursors zurückzuführen sind [Sigma Aldrich, FTIR-Spektrum]. Zusätzlich lässt sich feststellen, dass der Anteil an Si-O-Si-Schwingungen mit zunehmendem TIPO-Precursorfluss P abnimmt, der Si-OH Anteil aber zunimmt.These investigations showed that as the TIPO flux increases, the band area increases, which are mainly due to CH 2 and CH 3 vibrations of this precursor [Sigma Aldrich, FTIR spectrum]. In addition, it can be stated that the proportion of Si-O-Si vibrations with increasing TIPO precursor flow P decreases, but the Si-OH content increases.

Ellipsometrisch ermittelte Brechzahlen der Schichten werden in 7 in Abhängigkeit von der TIPO-Dosierrate dargestellt. Dargestellt ist der Brechungsindex n in Abhängigkeit vom Ti-Precursorfluss P. Die titanfreie SiOx-Schicht weist eine Brechzahl von rund 1,46 auf. Die Brechzahl n der Schichten nimmt mit zunehmendem Ti-Precursorfluss P zu. Die Brechzahl n für reine TiOx Schichten, welche mit dieser Beschichtungsmethode hergestellt wurden, liegt bei rund 1,84. Diese Versuche zeigten, dass es durch die Anpassung des Ti-Precursorflusses P möglich ist, die chemischen Zusammensetzungen und Brechzahlen n der Schichten gezielt zu beeinflussen und/oder einzustellen.Ellipsometrically determined refractive indices of the layers are shown in 7 depending on the TIPO dosing rate. Shown is the refractive index n depending on the Ti precursor flow P , The titanium-free SiO x layer has a refractive index of about 1.46. The refractive index n of the layers decreases with increasing Ti precursor flow P to. The refractive index n for pure TiO x layers, which were produced with this coating method, is around 1.84. These experiments showed that it is due to the adaptation of the Ti precursor flow P possible, the chemical compositions and refractive indices n to selectively influence and / or adjust the layers.

Weiterhin wurde die photokatalytische Aktivität der Beschichtungen mittels Stearinsäure-Abbaus untersucht. Hierbei wurden die FT-IR Transmissionsspektren mit einem MB3000 FT-IR Spektrometer (ABB, Zürich, Schweiz) in einem Wellenzahlbereich von 2000 cm-1 bis 4000 cm-1 und einer spektralen Auflösung von 2 cm-1 untersucht. Stearinsäure ist eine häufig genutzte Modellsubstanz und kommt den Verbindungen nahe, die sich auf natürliche Weise an Oberflächen anlagern. Die Abscheidung der Stearinsäure auf den TiOx-Oberflächen erfolgte in einer Vakuumkammer. 7 mg Stearinsäure wurden dabei auf einer Heizplatte positioniert und nach Erreichen des gewünschten Vakuums verdampft. Dieser Präparationsschritt führte zu einer Stearinsäure-Schichtdicke von etwa 100 nm auf der Probenoberfläche. Anschließend wurden die Proben in einem Abstand von 20 cm unter einer Tageslichtlampe (Ultra-VITALUX® sun lamp, OSRAM) für 3 Stunden bestrahlt. Nach 0, 30, 60, 120 und 180 Minuten Bestrahlung wurden FT-IR Spektren im oben genannten Messbereich aufgenommen. Speziell die Banden bei etwa 2800 cm-1 bis 3000 cm-1, welche auf CH3 und CH2 Streckschwindungen der Stearinsäure zurückzuführen sind, wurden hierbei untersucht. Bei vorhandener photokatalytischer Aktivität kommt es mit zunehmender Bestrahlungsdauer zur Reduktion der Bandenfläche. Die photokatalytische Aktivität der Schichten wurde dabei mit der Aktivität eines kommerziell erhältlichen Produktes, dem Pilkington Activ® (Nippon Sheet Glass Co. Ltd.) verglichen. Pilkington Activ® besteht aus einer etwa 15 nm dicken Anatas-Schicht auf einem 4 mm Float-Glas. Das Float-Glas ist zusätzlich mit einer etwa 30 nm dicken SiO2-Schicht versehen, um eine Alkali-Diffusion zu vermeiden [Mills, Andrew, et al. „Photocatalytic oxidation of deposited sulfur and gaseous sulfur dioxide by TiO2 films.“ The Journal of Physical Chemistry C 111.14 (2007): 5520-5525.].Furthermore, the photocatalytic activity of the coatings was investigated by stearic acid degradation. The FT-IR transmission spectra were investigated with a MB3000 FT-IR spectrometer (ABB, Zurich, Switzerland) in a wavenumber range of 2000 cm -1 to 4000 cm -1 and a spectral resolution of 2 cm -1 . Stearic acid is a commonly used model substance and comes close to compounds that naturally attach to surfaces. The deposition of stearic acid on the TiO x surfaces was carried out in a vacuum chamber. 7 mg stearic acid were positioned on a hot plate and evaporated after reaching the desired vacuum. This preparation step resulted in a stearic acid layer thickness of about 100 nm on the sample surface. Subsequently, the samples were irradiated at a distance of 20 cm under a daylight lamp (Ultra-VITALUX® sun lamp, OSRAM) for 3 hours. After 0, 30, 60, 120 and 180 minutes of irradiation, FT-IR spectra were recorded in the above measurement range. Specifically, the bands at about 2800 cm -1 to 3000 cm -1 , which are due to CH 3 and CH 2 stretching shrinkages of stearic acid, were examined here. If the photocatalytic activity is present, the band area is reduced as the irradiation time increases. The photocatalytic activity of the films was then compared with the activity of a commercially available product, the Pilkington Activ ® (Nippon Sheet Glass Co. Ltd.). Pilkington Activ ® consists of an about 15 nm thick anatase layer on a 4 mm float glass. The float glass is additionally provided with an about 30 nm thick SiO 2 layer to prevent alkali diffusion [Mills, Andrew, et al. "Photocatalytic oxidation of deposited sulfur and gaseous sulfur dioxide by TiO 2 films." The Journal of Physical Chemistry C 111.14 (2007): 5520-5525.].

Das Ergebnis dieses Versuchs wird in 8 dargestellt. Im Diagramm werden die relativen Bandenflächen F aus FTIR-Messungen in Abhängigkeit von der Bestrahlungszeit t dargestellt. Hierbei sind die Ausgangsbanden auf 100% normiert und die Bandenflächen nach 30, 60, 120 und 180 min Bestrahlung werden entsprechend auf den Ausgangswert bezogen. Eine Reduktion des relativen Wertes zeigt damit die photokatalytische Eigenschaft der Schichten. Die titanfreie SiOx-Schicht S0 (0 µl/min) zeigte keine Reduktion der Bandenfläche der Stearinsäure, wodurch dieser Schicht keine photokatalytische Aktivität zuzusprechen ist. Mit zunehmendem Ti-Gehalt der Schichten S1 (7,5 µl/min), S2 (15 µl/min), S3 (30 µl/min) und S4 (reine TiOx-Plasmaschichten) steigt die photokatalytische Aktivität an. Die Mischschicht S3, welche mit dem höchsten TIPO-Fluss hergestellt wurde (30 µl/min), zeigte die höchste Aktivität und bewirkte eine Reduktion der Bandenfläche um etwa 20 % nach 180 min Bestrahlung. Im Vergleich dazu wurden bei siliciumfreien TiOx-Plasmaschichten S4 bereits nach 120 min keine Stearinsäure mehr nachgewiesen. Damit war eine deutliche Reduzierung der photokatalytischen Aktivität durch das Mischen mit SiOx zu beobachten. Die Kurve SA stellt die photokatalytische Aktivität der Schicht des kommerziell erhältlichen Produktes Pilkington Activ® dar.The result of this experiment will be in 8th shown. The diagram shows the relative band areas F from FTIR measurements as a function of the irradiation time t shown. Here, the output bands are normalized to 100% and the band areas after 30, 60, 120 and 180 min irradiation are correspondingly based on the initial value. A reduction of the relative value thus shows the photocatalytic property of the layers. The titanium-free SiO x layer S0 (0 μl / min) showed no reduction of the band area of the stearic acid, whereby this layer is not to be assigned any photocatalytic activity. With increasing Ti content of the layers S1 (7.5 μl / min), S2 (15 μl / min), S3 (30 μl / min) and S4 (pure TiO x -Plasmaschichten) increases the photocatalytic activity. The mixed layer S3 which was produced with the highest TIPO flux (30 μl / min) showed the highest activity and caused a reduction of the band area by about 20% after 180 min irradiation. In comparison, silicon-free TiO x plasma layers were used S4 Stearic acid is no longer detected after 120 minutes. Thus, a significant reduction in the photocatalytic activity was observed by mixing with SiO x . The curve SA illustrates the photocatalytic activity of the layer of the commercially available product ® Pilkington Activ.

Beispiel II (SiOx/ SnOx-Mischschichten)Example II (SiO x / SnO x mixed layers)

Als weiteres Ausführungsbeispiel wurden Siliciumoxid/ Zinnoxid/- Mischschichten hergestellt. Hierbei wurden analog zur Herstellung der Siliciumoxid/ Titanoxid-Mischschichten anstelle des titanhaltigen Precursors (TIPO) der zinnorganische Precursor Tetrabutylzinn (TBT) unter Verwendung des oben beschriebenen Aufsatzes 1 eingebracht.As another embodiment, silica / tin oxide / mixed layers were prepared. Here, analogously to the preparation of the silica / titanium oxide mixed layers, instead of the titanium-containing precursor (TIPO), the organotin precursor tetrabutyltin (TBT) was prepared using the above-described article 1 brought in.

Untersuchungen mittels XPS zeigten ebenfalls die Möglichkeit auf, derartige Mischschichtsysteme herzustellen. In 9 wird die Schichtzusammensetzung in Abhängigkeit vom TBT-Precursorfluss dargestellt. Dargestellt ist die Elementkonzentration E in Abhängigkeit vom TBT-Precursorfluss P.XPS studies also showed the potential to produce such mixed layer systems. In 9 the layer composition is represented as a function of the TBT precursor flow. Shown is the element concentration e depending on the TBT precursor flow P ,

Vergleichbar mit der Zusammensetzung der Siliciumoxid/Titanoxid/ - Mischschichten lässt sich für dieses Schichtsystem ein zunehmender Zinngehalt mit der Erhöhung des TBT-Precursorflusses P feststellen. Deutlich ist ebenfalls die Zunahme des Kohlenstoffgehaltes der Schichten, was auf nicht umgesetzte Precursorbestandteile (vor allem des TBT) zurückzuführen ist. Vor allem für die SnOx-Schicht ist dieser Anteil relativ hoch. Dies deutet darauf hin, dass die Plasmaenergie im Beschichtungsprozess zu gering ist, um den Precursor vollständig umzusetzen. Optional wäre in diesem Fall eine Erhöhung des Abstandes b für den zinnorganischen Precursor TBT, das Beheizen des Substratmaterials oder ein anschließender Wärmebehandlungsschritt möglich, um noch vorhandene Precursorreste zu verringern oder zu entfernen. Auch die Verwendung von Plasmaquellen 2 höherer Leistung könnte zur besseren Umsetzung des Precursors zielführend sein. Comparable with the composition of the silica / titanium oxide / mixed layers, an increasing tin content can be achieved for this layer system with the increase in the TBT precursor flow P determine. The increase in the carbon content of the layers, which is due to unreacted precursor constituents (especially of the TBT), is also clear. This proportion is relatively high, especially for the SnO x layer. This indicates that the plasma energy in the coating process is too low to fully implement the precursor. Optionally in this case would be an increase in the distance b for the organotin precursor TBT, the heating of the substrate material or a subsequent heat treatment step possible to reduce or remove any remaining Precursorreste. Also the use of plasma sources 2 Higher performance could be effective for better implementation of the precursor.

Zusätzlich wurden UV/VIS-Spektren der Schichten auf Glassubstraten in Transmission aufgenommen, welche in 10 dargestellt sind. Gezeigt ist die Transmission T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Mit Zunahme des Sn-Gehaltes der Schichten verschiebt sich die Absorptionskante zu höheren Wellenlängen. Weiterhin zeigt sich hier für die Mischschichten eine Transmissionserhöhung ab etwa 390 nm Wellenlänge für die Mischschichten. Die gepunktete Kurve stellt in diesem Diagramm das Transmissionsspektrum eines unbeschichteten Glasobjektträgers dar.In addition, UV / VIS spectra of the layers were recorded on glass substrates in transmission, which in 10 are shown. Shown is the transmission T depending on the wavelength λ , As the Sn content of the layers increases, the absorption edge shifts to higher wavelengths. Furthermore, here for the mixed layers, a transmission increase from about 390 nm wavelength for the mixed layers. The dotted curve in this diagram represents the transmission spectrum of an uncoated glass slide.

Beispiel III: TiOx-PlasmaschichtenExample III: TiO x plasma layers

In den im Beispiel I beschriebenen Versuchen zeigten vor allem die siliciumfreien TiOx-BeSchichtungen hervorragende photokatalytische Eigenschaften. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass diese sehr gute photokatalytische Aktivität ohne ein Beheizen des Substrates (Substrattemperatur 18-25°C) und ohne eine thermische Nachbehandung erzielbar ist, in Verbindung mit einer guten Transparenz der Schichten. Es erfolgt lediglich ein geringer Temperatureintrag über die Plasmaenergie in das Substratmaterial, sodass auch eine Beschichtung temperatursensibler Materialien (z. B. Kunststoffe, Fasern oder Textilien) möglich wird.In the experiments described in Example I above all the silicon-free TiO x -BeSchichtungen showed excellent photocatalytic properties. Surprisingly, it was found that this very good photocatalytic activity without heating the substrate (substrate temperature 18-25 ° C) and without a thermal aftertreatment can be achieved, in conjunction with a good transparency of the layers. There is only a small input of temperature via the plasma energy into the substrate material, so that it is also possible to coat temperature-sensitive materials (eg plastics, fibers or textiles).

Im folgenden Abschnitt soll deshalb noch einmal näher auf die photokatalytischen Eigenschaften solcher Schichten in Abhängigkeit verschiedener Anlagenparameter eingegangen werden.In the following section, we will therefore examine in more detail the photocatalytic properties of such layers as a function of various system parameters.

Zur Abscheidung qualitativ hochwertiger Schichten war es vorteilhaft, die Precursoren möglichst substratnah einzudosieren (unter Verwendung des beschriebenen Aufsatzes 1). In Versuchen, bei denen dieser Precursor weiter entfernt vom Substrat eingebracht wurde, konnte lediglich eine staubartige Bedeckung der Substratoberfläche erreicht werden, welche weder abrasionsbeständig noch photokatalytisch aktiv war.For depositing high-quality layers, it was advantageous to meter in the precursors as close to the substrate as possible (using the attachment described above) 1 ). In experiments in which this precursor was introduced further away from the substrate, only a dust-like covering of the substrate surface could be achieved, which was neither abrasion resistant nor photocatalytically active.

Es wurden TiOx-Schichten mit den in Tabelle 2 angegebenen Prozessparametern hergestellt. Tabelle 2: Prozessparameter Titanoxid: Vergleich Plasmaleistung Prozess parameter Einheit Wert Plasmaleistung [W] 300 W, 600 W Arbeitsgas [-] Stickstoff Verfahrgeschwindigkeit [mm/s] 25 mm/s Anzahl Durchläufe (Schichtdicke etwa 100 nm) [-] 3 Abstand a [mm] 20 Abstand b [mm] 5 Parameter Precursordosierung Precursorkonzentration [Gew.-%] 50 Precursorfluss Mikrodosierpumpe [µl/min] 25 Zwei stoffdüsendruck [bar] 4,5 TiO x layers were produced with the process parameters given in Table 2. Table 2: Process parameters titanium oxide: comparison of plasma power Process parameters unit value plasma power [W] 300 W, 600 W working gas [-] nitrogen traversing [Mm / s] 25 mm / s Number of passes (layer thickness about 100 nm) [-] 3 Distance a [Mm] 20 Distance b [Mm] 5 Parameter precursor dosing precursor concentration [Wt .-%] 50 Precursor flow microdosing pump [Ul / min] 25 Two fabric nozzle pressure [bar] 4.5

Mittels rasterelektronenmikroskopischer Untersuchungen an Bruchkanten der abgeschiedenen Schichten wurde speziell der Einfluss der Plasmaleistung auf die Schichteigenschaften untersucht. Dabei ergab sich, dass niedrige Leistungen generell zu glatten und homogenen Schichten führen. Der Einsatz hoher Leistungen führt im Vergleich dazu zu raueren Schichten und gröberen Partikeln auf der Oberfläche, aber dennoch zu einem homogenen Beschichtungsbild. Der Einsatz der niedrigeren Leistung führte allerdings zur Bildung wenig stabiler Beschichtungen, wodurch nach 1000 Waschzyklen (Washability Test, nach ASTM D2486) keine Beschichtung auf der Substratoberfläche mehr nachweisbar war. Eine photokatalytische Aktivität der bei 300 W Leistung hergestellten Schicht war zudem nicht nachweisbar bzw. nicht vorhanden. Die bei 600 W abgeschiedenen Schichten hingegen zeigten lediglich einen relativen Schichtdickenverlust von ~25% nach 1000 Zyklen, was auf die Entfernung von losen Partikeln auf der Oberfläche zurückzuführen sein kann. Weiterhin konnten sehr gute photokatalytische Eigenschaften nachgewiesen werden, welche mit der photokatalytischen Wirkung des Pilkington Activ® vergleichbar und zum Teil besser sind (Ergebnisse in nachfolgenden Abschnitten dargestellt). Demzufolge wurden nachfolgende Untersuchungen bei Plasmaleistungen von 600 W durchgeführt.By means of scanning electron microscopic investigations on fracture edges of the deposited layers, the influence of the plasma power on the layer properties was investigated. It was found that low power generally leads to smooth and homogeneous layers. The use of high power leads in comparison to rougher layers and coarser particles on the surface, but nevertheless to a homogeneous coating image. However, the use of lower power led to the formation less stable coatings, which after 1000 wash cycles (Washability Test, according to ASTM D2486) no coating on the substrate surface was more detectable. In addition, a photocatalytic activity of the layer produced at 300 W power was undetectable or absent. By contrast, the layers deposited at 600 W only showed a relative layer thickness loss of ~ 25% after 1000 cycles, which may be due to the removal of loose particles on the surface. Furthermore, very good photocatalytic properties could be detected, which are comparable and in some cases better with the photocatalytic effect of the Pilkington Activ ® (results shown in the following sections). As a result, subsequent tests were performed on plasma powers of 600W.

In weiteren Untersuchungen wurde der Einfluss des Abstandes b und der Precursorkonzentration auf die Dicke, Morphologie, optische Eigenschaften, photokatalytische Aktivität und Abriebbeständigkeit der Schichten untersucht. Dabei wurde der Abstand b zwischen 2 mm und 9 mm variiert. Mit abnehmender Precursorkonzentration wurde die Anzahl an Beschichtungsdurchläufen entsprechend erhöht, um eine finale Schichtdicke von etwa 100 nm zu realisieren (Schichtabscheidungsrate ermittelt in vorangegangenen Schichtdickenmessungen).In further investigations was the influence of the distance b and the precursor concentration on the thickness, morphology, optical properties, photocatalytic activity, and abrasion resistance of the layers. It was the distance b varies between 2 mm and 9 mm. With decreasing precursor concentration, the number of coating passes was increased accordingly to realize a final layer thickness of about 100 nm (layer deposition rate determined in previous layer thickness measurements).

Es wurden rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen an Bruchkanten der abgeschiedenen TiOx-Beschichtungen durchgeführt, welche mit Konzentrationen von 50, 25 und 12,5 % und Abständen b von 2 mm und 5 mm hergestellt wurden. Mit zunehmendem Abstand b erhöht sich die Anzahl an groben Partikeln an der Oberfläche. Ein ähnlicher Trend kann mit abnehmender Precursorkonzentration beobachtet werden. Vor allem bei Konzentrationen von 25 % und 12,5 % und Abstand b von 5 mm konnten Schichten mit sehr dichter Partikelkonzentration an der Oberfläche hergestellt werden, also Schichten mit hoher spezifischer Oberfläche. Diese Beobachtung deckt sich mit rasterelektronenmikroskopischen Untersuchungen von Draufsichten auf die Schichten. Durch die Erhöhung des Abstandes b erhöht sich die Interaktionszeit des Precursors mit dem Plasma. Dies kann zum einen zu einer vollständigeren Umsetzung des Precursors zu TiOx, zum anderen aber auch zur Bildung größerer Partikel und deren Agglomeration führen. Wird der Abstand weiter auf 7 oder 9 mm erhöht, entstehen lediglich noch staubigere Schichten, welche weder im Ultraschallbad noch im Washability-Test beständig sind. Somit sollten zur Erzeugung haftfester Schichten Abstände b kleiner als 7 mm gewählt werden.Scanning electron microscopic investigations were carried out at break edges of the deposited TiO x coatings, which had concentrations of 50, 25 and 12.5% and distances b of 2 mm and 5 mm were made. With increasing distance b the number of coarse particles on the surface increases. A similar trend can be observed with decreasing precursor concentration. Especially at concentrations of 25% and 12.5% and distance b of 5 mm, it was possible to produce layers with a very dense particle concentration at the surface, ie layers with a high specific surface area. This observation coincides with scanning electron micrographs of top views of the layers. By increasing the distance b increases the interaction time of the precursor with the plasma. On the one hand, this can lead to a more complete conversion of the precursor to TiO x , but on the other hand also to the formation of larger particles and their agglomeration. If the distance is further increased to 7 or 9 mm, only dustier layers are formed, which are neither resistant to ultrasound nor washability. Thus, distances should be used to produce adherent layers b smaller than 7 mm can be selected.

Die UV-Vis Transmissionsspektren werden beispielhaft für Schichten in 11 gegenübergestellt, die unter Verwendung des 25 %-igen Precursors und unterschiedlichen Abständen b hergestellt wurden. Dargestellt ist der Transmissionsgrad T in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ. Weiterhin wurden aus diesen Spektren die Bandlücken Eg bestimmt, die in 12 gezeigt sind, wobei α der optische Absorptionskoeffizient ist. Es konnte beobachtet werden, dass mit zunehmendem Abstand b und damit der Erhöhung der Interaktionszeit zwischen Plasma und Precursor die Bandlücke von 3,73 eV auf 3,65 eV reduziert wird. Dies könnte weiterhin auf die erhöhte Durchlaufanzahl, also auf einen erhöhten Energieeintrag durch das Plasma zurückzuführen sein (um eine Schichtdicke von etwa 100 nm zu realisieren) oder auch durch Veränderungen in der Schichtstruktur.The UV-Vis transmission spectra are exemplary for layers in 11 compared using 25% precursor and different distances b were manufactured. Shown is the transmittance T depending on the wavelength λ , Furthermore, these spectra became the band gaps E g definitely, in 12 where α is the optical absorption coefficient. It could be observed that with increasing distance b and thus increasing the interaction time between plasma and precursor, the band gap is reduced from 3.73 eV to 3.65 eV. This could furthermore be attributed to the increased number of passes, that is to say to an increased energy input through the plasma (in order to realize a layer thickness of about 100 nm) or else by changes in the layer structure.

Aus [Hong, Yong Cheol, et al. „Band gap narrowing of TiO2 by nitrogen doping in atmospheric microwave plasma.“ Chemical Physics Letters 413.4 (2005): 454-457.] ist bekannt, dass es durch den Einsatz von stickstoffhaltigen Plasmen möglich ist, TiOx-Schichten mit Stickstoff zu dotieren. In dieser Publikation konnten so mittels Sol-Gel-Prozess hergestellte Schichten über eine Plasmaentladung im Niederdruck dotiert werden. Derartige Dotierungen können den Vorteil haben, dass photokatalytische Effekte auch oder zusätzlich durch die Bestrahlung mit sichtbarem Licht initiiert werden, was die Effektivität der Beschichtung steigern kannFrom [Hong, Yong Cheol, et al. "Band gap narrowing of TiO2 by doping nitrogen in atmospheric microwave plasma." Chemical Physics Letters 413.4 (2005). 454-457] is known that it is possible through the use of nitrogen-containing plasmas, TiO x layers with nitrogen to dope. In this publication, layers produced by means of a sol-gel process could be doped using a plasma discharge in low pressure. Such dopants can have the advantage that photocatalytic effects are also or additionally initiated by the irradiation with visible light, which can increase the effectiveness of the coating

An dieser Stelle sollen ausgewählte Untersuchungen der photokatalytischen Aktivität der Beschichtungen gezeigt werden. In einem Beispiel soll der Einfluss einer Stickstoffplasma-Nachaktivierung im Vergleich zu nicht nachaktivierten Beschichtungen gezeigt werden (13). Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, bewirkte eine unbeschichtete Glasprobe Ref keinen Abbau der Stearinsäure bzw. keine Reduktion der CH2 und CH3 Bandenfläche. Deutliche Wirkungen zeigten die Pilkington Activ® Oberfläche (Active. 7) und die mittels Plasma-Jet hergestellten Proben P1, P2, P3. Die Wirkungen der TiOx-Schichten waren in diesem Test vergleichbar und es konnte nach 3 Stunden Bestrahlung ca. 85 % der Stearinsäure abgebaut werden. P4 stellt die Wirkung der nachaktivierten Proben dar. Diese wirkten im Test wesentlich besser und keine Stearinsäure konnte nach 3 Stunden Bestrahlung mehr nachgewiesen werden.At this point, selected investigations of the photocatalytic activity of the coatings will be shown. In one example, the influence of nitrogen plasma post-activation compared to non-post-activated coatings shall be shown ( 13 ). As can be seen from the diagram, an uncoated glass sample Ref caused no degradation of the stearic acid or reduction of the CH 2 and CH 3 band surface. Significant effects were shown by the Pilkington Activ ® surface (Active. 7) and the plasma jet samples P1 . P2 . P3 , The effects of the TiO x layers were comparable in this test and it was possible after 3 hours of irradiation, about 85% of stearic acid were degraded. P4 represents the effect of the nachaktivierten samples. These were significantly better in the test and no stearic acid could be detected after 3 hours of irradiation more.

Beispiel IV: SiOx-BeschichtungenExample IV: SiO x Coatings

Neben titanhaltigen Precursoren wurden die siliciumorganischen Precursoren HMDSO (eindosiert über eine Verdampfereinheit, beispielsweise der STS 10.0 - Sura Instruments GmbH) und TEOS (eindosiert über das Aerosol Dosiersystem aus EP 2 743 373 B1 ) zur Schichtabscheidung mit dem Aufsatz 1 verwendet. Auch bei der Abscheidung von quarz-ähnlichen Schichten kommt es mit steigender Schichtdicke zur Bildung gröberer Partikel auf der Oberfläche, was die maximal erreichbare Schichtdicke d und damit mögliche Einsatzzwecke einschränkt. Somit konnte auch hier die Bildung gröberer Partikel durch substratnähere Eindosierung des Precursors (über den beschriebenen Aufsatz) vermieden und dickere Schichten erzeugt werden. Im Falle dickerer Schichten können folglich auch höhere Konzentrationen an neuen Funktionalitäten (antimikrobielle Wirkstoffe, Farbstoffe, hydrophobe Substanzen, Polymere, Flammschutzmedien, UV-Schutzmedien, photokatalytische oder magnetische Partikel, Kohlenstoffnanoröhren, Nanopartikel wie Quantum Dots, Carbon Dots, Graphen) in die SiOx-Matrixschichten eingebracht werden, die nicht zwingend oxidischen Ursprungs sein müssen, wie im Falle der Beispiele I (SiOx/TiOx) und II (SiOx/SnO). Zunächst wurden in ersten Versuchen reine SiOx-Schichten betrachtet (14), die mit HMDSO als Precursor hergestellt wurden. Dargestellt ist die Schichtdicke d in nm in Abhängigkeit von der Anzahl DL der Durchläufe der Beschichtung. Für die nachfolgend dargestellten Ergebnisse sind die Beschichtungsparameter aus Tabelle 3 zu entnehmen. Der Beschichtungsprozess ist aber nicht auf diesen Parameterbereich beschränkt (siehe Tabelle 1). Tabelle 3: Prozessparameter Siliziumoxid Prozessparameter Einheit Einstellbereich Plasmaleistung [W] 600 Arbeitsgas [-] Stickstoff Verfahrgeschwindigkeit [mm/s] 25 Anzahl Durchläufe [-] 1 bis 4 Abstand a [mm] 20 Abstand b [mm] 2 bis 5 Precursorfluss siliziumorganischer Precursor (Hexamethyldisiloxan → Verdampfereinheit) [ml/min] 1 bis 2 In addition to titanium-containing precursors, the organosilicon precursors HMDSO (metered in via an evaporator unit, for example the STS 10.0 - Sura Instruments GmbH) and TEOS (metered in via the aerosol dosing system off EP 2 743 373 B1 ) for layer deposition with the attachment 1 used. Even with the deposition of quartz-like layers, as the layer thickness increases, coarser particles form on the surface, which is the maximum achievable layer thickness d and thus limits possible uses. Thus, the formation of coarser particles by substrate-closer metering of the precursor (via the described attachment) could be avoided and thicker layers could be produced. In the case of thicker layers, consequently, higher concentrations of new functionalities (antimicrobial agents, dyes, hydrophobic substances, polymers, flameproofing media, UV protection media, photocatalytic or magnetic particles, carbon nanotubes, nanoparticles such as quantum dots, carbon dots, graphene) can also be incorporated into the SiO x Matrix layers are introduced, which need not necessarily be of oxidic origin, as in the case of Examples I (SiO x / TiO x ) and II (SiO x / SnO). First, pure SiO x layers were considered in first experiments ( 14 ) prepared with HMDSO as precursor. Shown is the layer thickness d in nm depending on the number DL the runs of the coating. For the results shown below, the coating parameters are shown in Table 3. However, the coating process is not limited to this parameter range (see Table 1). Table 3: Process parameters silicon oxide process parameters unit Adjustment plasma power [W] 600 working gas [-] nitrogen traversing [Mm / s] 25 Number of passes [-] 1 to 4 Distance a [Mm] 20 Distance b [Mm] 2 to 5 Precursor flow of organosilicon precursor (hexamethyldisiloxane → evaporator unit) [Ml / min] 1 to 2

Es können je nach Dosierrate und Durchlaufanzahl unterschiedlich dicke Schichten realisiert werden. Generell steigt mit der Dosierrate, der Anzahl DL an Durchläufen und dem Abstand b die Schichtdicke an. In diesen Versuchen konnten überraschenderweise Schichten im Bereich von bis zu 1 µm hergestellt werden, welche trotz dieser sehr großen Schichtdicken mechanisch stabil sind (4% Schichtdickeverlust Δd nach 1.000 Washability-Zyklen, siehe 15). Im Vergleich dazu ist es mit herkömmlichen Precursordosierungen nicht möglich, derartig dicke Schichten mechanisch stabil zu realisieren.Depending on the dosing rate and number of passes, layers of different thicknesses can be realized. Generally, with the dosing rate, the number increases DL at runs and the distance b the layer thickness. In these experiments, layers in the range of up to 1 μm could surprisingly be produced, which are mechanically stable despite these very large layer thicknesses (4% layer thickness loss .DELTA.d after 1,000 washability cycles, see 15 ). In comparison, it is not possible with conventional Precursordosierungen to realize such thick layers mechanically stable.

Es ist zu erwarten, dass mit diesem entwickelten Aufsatz eine Vielzahl zusätzlicher Schichten, Schichtstöchiometrien und/oder Funktionalitäten erzielt werden können:

  • - Einsatz temperatursensibler Precursoren, die durch die Variation der Interaktionszeit im Plasma besser verarbeitet werden können (z. B. für Polymerschichten, Polymer-Mischschichten, DLC-Schichten, hydrophobe Schichten und weitere kohlenstoffbasierte Schichtsysteme)
  • - Erzeugung weiterer Metall- und/oder Halbleiter- und/oder Nichtmetallbasierter Oxidschichten auf Basis von z. B. Si, Ti, Sn, Zn, Al, Zr, W, Li, Na, Mg, Co, Mn, In, Sb, Ce, Y, Fe, Ni, V, Mo, Nb, Te, Cu, Ba, Ca, P, S, C, N, F;
  • - Erzeugung von Metalloxid-Mischschichten und/oder Metalloxid/Halbleiteroxid-Mischschichten und/oder Metalloxid/Nichtmetalloxid-Mischschichten und/oder Halbleiteroxid/Nichtmetalloxid-Mischschichten, bspw. SiOx / TiOx, SiOx / SnOx, YIG (yttrium iron garnet), YAG (yttrium aluminium garnet), LiCoO2, LiFePO4 oder weitere Mischungen der obengenannten Elemente
  • - Realisierung von Metalloxid/Polymer-Mischschichten, Halbleiteroxid/Polymer-Mischschichten und Kompositschichten, bestehend aus einer Matrixschicht, die mit Partikeln (z. B. antimikrobielle Wirkstoffe, Farbstoffe, hydrophobe Substanzen, Polymere, Flammschutzmedien, UV-Schutzmedien, photokatalytische oder magnetische Partikel, Kohlenstoffnanoröhren, Nanopartikel wie Quantum Dots, Carbon Dots, Graphen) beladen ist
  • - Erzeugung von Hartstoffschichten wie Nitride oder Carbide
  • - Phosphatschichten (wie z. B. Magnesiumphosphat, Zinkphosphat, Eisenphosphat) als Korrosionsschutzschichten oder direkte Konversionsschichten an metallischen Bauteiloberflächen bei Verwendung von Phosphorsäure oder Triethylphosphat.
It is expected that a variety of additional layers, layer stoichiometries and / or functionalities can be achieved with this developed article:
  • Use of temperature-sensitive precursors, which can be better processed by varying the interaction time in the plasma (for example for polymer layers, polymer mixed layers, DLC layers, hydrophobic layers and other carbon-based layer systems)
  • - Production of other metal and / or semiconductor and / or non-metal-based oxide layers based on z. B. Si, Ti, Sn, Zn, Al, Zr, W, Li, Na, Mg, Co, Mn, In, Sb, Ce, Y, Fe, Ni, V, Mo, Nb, Te, Cu, Ba, Ca, P, S, C, N, F;
  • Production of metal oxide mixed layers and / or metal oxide / semiconductor oxide mixed layers and / or metal oxide / non-metal oxide mixed layers and / or semiconductor oxide / non-metal oxide mixed layers, for example SiO x / TiO x , SiO x / SnO x , YIG (yttrium iron garnet ), YAG (yttrium aluminum garnet), LiCoO 2 , LiFePO 4 or other mixtures of the above elements
  • Realization of metal oxide / polymer mixed layers, semiconductor oxide / polymer mixed layers and composite layers, consisting of a matrix layer with particles (eg antimicrobial agents, dyes, hydrophobic substances, polymers, flame retardants, UV protection media, photocatalytic or magnetic particles , Carbon nanotubes, nanoparticles such as quantum dots, carbon dots, graphene)
  • - Production of hard coatings such as nitrides or carbides
  • - Phosphate layers (such as magnesium phosphate, zinc phosphate, iron phosphate) as corrosion protection layers or direct conversion layers on metallic component surfaces using phosphoric acid or triethyl phosphate.

Mit dem Aufsatz 1 und dem beschriebenen Verfahren ist die Realisierung von Mischschichten möglich durch zeitgleiches substratnahes Eindosieren mehrerer (1 + n) chemischer Vorläufersubstanzen (Precursoren) über eine Anordnung mehrerer Düsen (5) (Anzahl = 1 + n)

  • o Durch Variation der Precursorkonzentration, Flussraten, Verhältnisse lassen sich die Metalloxid-Konzentrationen in den Schichten (z. B. Si-Ox, TiOx, SnOx) von 0% bis 100% einstellen.
  • o Der Aufsatz 1 für Plasmasysteme erlaubt die gleichzeitige Eindosierung von mehreren Precursoren (gasförmig, flüssig -> Aerosole, Feststoffe - in Flüssigkeiten dispergiert und Pulver -> ebenso Aerosole), auch an unterschiedlichen Punkten im Plasma oder in der Nähe, durch Variation des Abstandes b für jede Düse 5. Weiterhin ist es denkbar, die Presursoren auch außermittig zum Plasmastrahl einzudosieren als zusätzliche Einstellgröße.
  • o Dadurch ist eine gezielte Einstellung der Plasma-Precursor Interaktionszeit für jede Precursorsubstanz gegeben für eine optimale Umsetzung und daraus resultierenden Schichteigenschaften.
With the essay 1 and the method described, the realization of mixed layers is possible by simultaneous dosing of several (1 + n) chemical precursor substances (precursors) via an arrangement of several nozzles ( 5 ) (Number = 1 + n)
  • By varying the precursor concentration, flow rates, ratios, the metal oxide concentrations in the layers (eg Si-O x , TiO x , SnO x ) can be adjusted from 0% to 100%.
  • o The essay 1 for plasma systems allows the simultaneous metering of several precursors (gaseous, liquid -> aerosols, solids - dispersed in liquids and powder -> aerosols also), even at different points in the plasma or in the vicinity, by varying the distance b for each nozzle 5 , Furthermore, it is conceivable to dose the presursors off-center to the plasma jet as an additional adjustment variable.
  • This provides a targeted adjustment of the plasma precursor interaction time for each precursor substance for optimum conversion and resulting layer properties.

Im Falle von siliciumfreien TiOx-Plasmaschichten (100% TiOx und 0% SiOx) abgeschieden mit dem Aufsatz 1, zeigt sich überraschenderweise eine sehr gute photokatalytische Aktivität ohne Heizen des Substrates und ohne thermische Nachbehandlung.

  • o kein zusätzliches Temperieren der Substrate notwendig → Substrattemperaturen 18 °C bis 25 °C)
  • o Es erfolgt lediglich ein geringer Temperatureintrag über die Plasmaenergie in das Substratmaterial, so dass auch eine Beschichtung temperatursensibler Materialien (z. B. Kunststoffe, Fasern oder Textilien) möglich wird.
  • o Das Einbringen des titanhaltigen Precursors TIPO als Aerosol in das Plasma ist ohne Heizen der Aerosoldosiereinheit und Schläuchen möglich. Daraus ergibt sich ein hohes Anwendungspotential und gute Wirtschaftlichkeit für den gesamten Beschichtungsprozess.
  • o Eine Dotierung der Schichten durch Plasmanachaktivierung ist möglich (z. B. Stickstoffdotierung bei Verwendung folgender Arbeitsgase oder - gasgemische: N2, Ar/N2, He/N2, N2/H2, N2/NH3) oder Kohlenstoffdotierung bei Verwendung von CO2, Ar/CO2, Ar/C3H8, Ar/C2H2).
In the case of TiO x silicon-free plasma layers (100% TiO x and 0% SiO x ) deposited with the attachment 1 , surprisingly shows a very good photocatalytic activity without heating the substrate and without thermal aftertreatment.
  • o no additional tempering of the substrates necessary → substrate temperatures 18 ° C to 25 ° C)
  • o Only a small input of temperature via the plasma energy into the substrate material takes place, so that it is also possible to coat temperature-sensitive materials (eg plastics, fibers or textiles).
  • o The introduction of the titanium-containing precursor TIPO as an aerosol into the plasma is possible without heating the aerosol dosing unit and hoses. This results in a high application potential and good economy for the entire coating process.
  • A doping of the layers by plasma post-activation is possible (eg nitrogen doping using the following working gases or gas mixtures: N 2 , Ar / N 2 , He / N 2 , N 2 / H 2 , N 2 / NH 3 ) or carbon doping when using CO 2 , Ar / CO 2 , Ar / C 3 H 8 , Ar / C 2 H 2 ).

Im Falle von titanfreien SiOx-Plasmaschichten (100% SiOx und 0 % TiOx) abgeschieden mit dem Aufsatz 1, sind transparente Schichten bis in den µm-Schichtdickenbereich bei überraschenderweise gleichzeitig sehr guter Abrasionsbeständigkeit möglich.In the case of titanium-free SiO x plasma layers (100% SiO x and 0% TiO x ) deposited with the attachment 1 , transparent layers are possible up to the micron layer thickness range at surprisingly simultaneously very good abrasion resistance.

Das Plasma-Jet-System verwendet bevorzugt Luft oder Stickstoff als Arbeitsgas, kann aber auch mit Edelgasen (z. B. Argon, Helium), wasserstoffhaltigen Gasen oder anderen Gasgemischen betrieben werden.The plasma jet system preferably uses air or nitrogen as the working gas, but can also be operated with noble gases (eg argon, helium), hydrogen-containing gases or other gas mixtures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aufsatzessay
22
Plasmaquelleplasma source
33
Schelleclamp
44
Substratsubstratum
55
Düsejet
66
Armpoor
aa
Abstanddistance
AA
Absorptionsvermögenabsorbance
bb
Abstanddistance
dd
Schichtdickelayer thickness
DLDL
Anzahl DurchläufeNumber of passes
Δd.DELTA.d
SchichtdickenverlustLayer thickness loss
Ee
Elementkonzentrationelement concentration
Eg E g
Bandlückebandgap
FF
Bandenflächeband surface
kk
Wellenzahlwavenumber
K0K0
KurveCurve
K1K1
KurveCurve
K2K2
KurveCurve
K3K3
KurveCurve
K4K4
KurveCurve
λλ
Wellenlängewavelength
nn
Brechungsindexrefractive index
PP
Precursorfluss precursor flow
P1P1
Probesample
P2P2
Probesample
P3P3
Probesample
P4P4
Probesample
RefRef
unbeschichtete Glasprobeuncoated glass sample
SASA
KurveCurve
S0S0
Schichtlayer
S1S1
Schichtlayer
S2S2
Schichtlayer
S3S3
Schichtlayer
S4S4
Schichtlayer
tt
Bestrahlungszeitexposure time
TT
Transmissiontransmission
ωω
Winkelangle

Claims (7)

Verfahren zur Herstellung einer Schicht auf einem Substrat (4) mittels eines Aufsatzes, umfassend mindestens zwei Düsen (5), die an einer Plasmaquelle (2) befestigt oder anderweitig in einer festen Position zur Plasmaquelle (2) angeordnet sind, derart, dass ein aus der jeweiligen Düse (5) ausströmender Precursor einem aus der Plasmaquelle (2) austretenden Plasmastrahl unter einem vorgegebenen Winkel (ω) sowie mit einem in einem Bereich von 0,5 mm bis 10 mm eingestellten vorgegebenen Abstand (b) zwischen einer Austrittsöffnung der Düse (5) und einem zu beschichtenden Substrat (4) zugeführt wird, wobei in der Nähe des Substrats (4) mehrere Precursoren über den Aufsatz (1) durch die mindestens zwei Düsen (5) in oder in die Nähe des aus der Plasmaquelle (2) austretenden Plasmastromes eindosiert werden, so dass eine Metalloxid-Mischschicht oder eine Metalloxid/Halbleiteroxid-Mischschicht abgeschieden wird, wobei der Abstand (b) einer der Düsen (5) zwischen der Austrittsöffnung der Düse (5) und dem zu beschichtenden Substrat (4) unabhängig vom Abstand (b) mindestens einer anderen der Düsen (5) zwischen der Austrittsöffnung der Düse (5) und dem zu beschichtenden Substrat (4) zur Erzielung einer vorgegebenen Plasma-Precursor-Interaktionszeit für den jeweiligen Precursor angepasst wird.A method for producing a layer on a substrate (4) by means of an attachment, comprising at least two nozzles (5) attached to a plasma source (2) or otherwise arranged in a fixed position to the plasma source (2), such that one precursor flowing out of the respective nozzle (5) from a plasma jet emerging from the plasma source (2) at a predetermined angle (ω) and with a predetermined distance (b) set between 0.5 mm and 10 mm between an outlet opening of the nozzle ( 5) and a substrate (4) to be coated, wherein in the vicinity of the substrate (4) a plurality of precursors via the attachment (1) through the at least two nozzles (5) in or in the vicinity of the from the plasma source (2) metered plasma streams are metered so that a metal oxide mixed layer or a metal oxide / semiconductor oxide mixed layer is deposited, wherein the distance (b) of one of the nozzles (5) between the outlet opening the nozzle (5) and the substrate to be coated (4) regardless of the distance (b) at least one other of the nozzles (5) between the outlet opening of the nozzle (5) and the substrate to be coated (4) to obtain a predetermined plasma precursor Interaction time is adjusted for the respective precursor. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Precursoren dem Aufsatz (1) in Form eines Gases oder Gasgemisches, als Aerosol oder in Feststoffform zugeführt werden.Method according to Claim 1 , wherein the precursors are supplied to the attachment (1) in the form of a gas or gas mixture, as an aerosol or in solid form. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei Luft oder Stickstoff als Arbeitsgas für die Plasmaquelle verwendet werden. Method according to one of Claims 1 or 2 where air or nitrogen is used as working gas for the plasma source. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Temperierung des Substrates während des Beschichtungsprozesses und/oder eine anschließende Wärmebehandlung erfolgt oder unterbleibt.Method according to one of Claims 1 to 3 wherein a temperature control of the substrate during the coating process and / or a subsequent heat treatment takes place or is omitted. Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer photokatalytisch aktiven SiOx / TiOx-Mischschicht beschichtet ist.A component comprising a surface obtained by the method of any of Claims 1 to 4 coated with a photocatalytically active SiO x / TiO x mixed layer. Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer Yttrium-Eisen-Granat oder Yttrium-Aluminum-Granat oder SiOx / SnOx - Mischschicht beschichtet ist.A component comprising a surface obtained by the method of any of Claims 1 to 4 coated with an yttrium-iron-garnet or yttrium-aluminum garnet or SiO x / SnO x mixed layer. Bauteil, umfassend eine Oberfläche, die mittels des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit einer optisch transparenten SiOx / TiOx oder Si-Ox / SnOx Mischschicht beschichtet ist, wobei eine Brechzahl oder ein Brechzahlgradient über die Schichtdicke durch Variation des Mischungsverhältnisses zweier eindosierter Precursoren gezielt einstellbar ist.A component comprising a surface obtained by the method of any of Claims 1 to 4 is coated with an optically transparent SiO x / TiO x or Si-O x / SnO x mixed layer, wherein a refractive index or a refractive index gradient over the layer thickness by varying the mixing ratio of two metered precursors is selectively adjustable.
DE102017216139.6A 2017-09-13 2017-09-13 Process for producing a layer Active DE102017216139B3 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017216139.6A DE102017216139B3 (en) 2017-09-13 2017-09-13 Process for producing a layer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017216139.6A DE102017216139B3 (en) 2017-09-13 2017-09-13 Process for producing a layer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017216139B3 true DE102017216139B3 (en) 2019-02-28

Family

ID=65321961

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017216139.6A Active DE102017216139B3 (en) 2017-09-13 2017-09-13 Process for producing a layer

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102017216139B3 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3680361A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-15 Innovent e.V. Attachment for dosing a precursor and method for producing a layer
WO2023118420A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 JUBO Technologies GmbH Solution precursor plasma spraying method for applying a partial coating to a substrate

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004029911A1 (en) 2003-06-20 2005-01-13 Innovent E.V. Technologieentwicklung Production of inorganic layers on a substrate comprises using a hot gas stream and a carrier gas stream containing a precursor which is cooler than the hot gas stream
US20060222777A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-05 General Electric Company Method for applying a plasma sprayed coating using liquid injection
EP2279801A1 (en) * 2009-07-27 2011-02-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Coating methods using plasma jet, substrates coated thereby and plasma coating apparatus
WO2013152805A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 European Space Agency Method and system for production and additive manufacturing of metals and alloys
EP2743373B1 (en) 2012-11-16 2015-06-24 Innovent e.V. Metering unit and use of the same
AT517694A4 (en) 2015-11-12 2017-04-15 Inocon Tech Ges M B H Apparatus and method for applying a coating
DE102016104128A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-07 Plasmatreat Gmbh Method for coating a component surface, coated component and use of a precursor material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004029911A1 (en) 2003-06-20 2005-01-13 Innovent E.V. Technologieentwicklung Production of inorganic layers on a substrate comprises using a hot gas stream and a carrier gas stream containing a precursor which is cooler than the hot gas stream
US20060222777A1 (en) * 2005-04-05 2006-10-05 General Electric Company Method for applying a plasma sprayed coating using liquid injection
EP2279801A1 (en) * 2009-07-27 2011-02-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Coating methods using plasma jet, substrates coated thereby and plasma coating apparatus
WO2013152805A1 (en) * 2012-04-13 2013-10-17 European Space Agency Method and system for production and additive manufacturing of metals and alloys
EP2743373B1 (en) 2012-11-16 2015-06-24 Innovent e.V. Metering unit and use of the same
AT517694A4 (en) 2015-11-12 2017-04-15 Inocon Tech Ges M B H Apparatus and method for applying a coating
DE102016104128A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-07 Plasmatreat Gmbh Method for coating a component surface, coated component and use of a precursor material

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bodurov, Georgi, et al. „Thin film optical coatings of Vanadium Oxide and mixed Tungsten/Vanadium Oxide deposited by APCVD employing precursors of Vanadyl Acetylacetonate and a mixture with tungsten hexacarbonyl." Physics Procedia 46 (2013): 127-136
Gaffney, A. M., et al. „Characterization and catalytic studies of PVD synthesized Mo/V/Nb/Te oxide catalysts." Journal of Catalysis 229.1 (2005): 12-23
Galatsis, Kosmas, et al. „Comparison of single and binary oxide MoO3, TiO2 and WO3 sol-gel gas sensors." Sensors and Actuators B: Chemical 83.1 (2002): 276-280
Gesheva, K. A., et al. „Crystallization of chemically vapor deposited molybdenum and mixed tungsten/molybdenum oxide films for electrochromic application." Thin Solid Films 515.11 (2007): 4609-4613
Hovsepian, P. Eh, A. P. Ehiasarian, and U. Ratayski. „CrAlYCN/CrCN nanoscale multilayer PVD coatings deposited by the combined high power impulse magnetron sputtering/unbalanced magnetron sputtering (HIPIMS/UBM) technology." Surface and coatings technology 203.9 (2009): 1237-1243
Rampaul, Ashti, et al. „Titania and tungsten doped titania thin films on glass; active photocatalysts." Polyhedron 22.1 (2003): 35-44
Tang, H., et al. „Electrical and optical properties of TiO2 anatase thin films." Journal of Applied Physics 75.4 (1994): 2042-2047
Tölke, Tina, et al. „The influence of pressure on the structure and the self-cleaning properties of sputter deposited TiO2 layers." Thin Solid Films 518 (2010), 4242-4246
Wang, H. B., et al. „Deposition and characterization of YSZ thin films by aerosol-assisted CVD." Materials Letters 44.1 (2000): 23-28
Wei, Xiaojin, et al. „Photocatalytic TiO2 nanoparticles enhanced polymer antimicrobial coating." Applied Surface Science 290 (2014): 274-279
Xu S., J. Xu, X. Peng, J. Zhang, Plasma Sci. Technol. 8 (1999) 292
Zhu, A - M., et al. „Crystalline, Uniform - Sized TiO2 Nanosphere Films by a Novel Plasma CVD Process at Atmospheric Pressure and Room Temperature." Chemical Vapor Deposition 13.4 (2007): 141-144

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3680361A1 (en) * 2019-01-09 2020-07-15 Innovent e.V. Attachment for dosing a precursor and method for producing a layer
WO2023118420A1 (en) * 2021-12-23 2023-06-29 JUBO Technologies GmbH Solution precursor plasma spraying method for applying a partial coating to a substrate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Guo et al. Bio‐inspired superhydrophobic and omniphobic wood surfaces
DE60314634T2 (en) TITANIUM DIOXIDE COATINGS MADE BY PLASMA CVD AT ATMOSPHERIC PRESSURE
EP2102381B1 (en) Method for the production of an antimicrobial material
EP2500446B1 (en) Manipulator for the dynamic positioning of a substrate, coating method and the use of a manipulator
EP1711643B1 (en) Method for the production of an ultra barrier layer system
WO2003002269A2 (en) Article having a plasmapolymer coating and method for producing the same
EP2194162B1 (en) Use of a coating
EP2807287A1 (en) Method for cold gas spraying
DE102017216139B3 (en) Process for producing a layer
EP2150633B1 (en) Method for coating a substrate
DE19912737A1 (en) Production of porous silicon oxide film useful as antireflection coating on glass or transparent plastics, involves using self-shading or atoms and molecules in plasma-enhanced chemical vapor deposition
EP2145977B1 (en) Method for depositing layers on a substrate
DE102007025151A1 (en) Coating method comprises producing plasma jet from process gas and introducing precursor material into it, coating being deposited from jet on to substrate or existing coating on it and substrate being heated
EP2743373B1 (en) Metering unit and use of the same
DE102008052098B4 (en) Process for the preparation of photocatalytically active titanium dioxide layers
EP3680361A1 (en) Attachment for dosing a precursor and method for producing a layer
DE102016104128A1 (en) Method for coating a component surface, coated component and use of a precursor material
DE102004046390A1 (en) Method for vacuum coating with a photo-semiconductive layer and application of the method
DE102016104130A1 (en) Method for coating a component surface and method for producing a coating material
EP2186922B1 (en) Method for deposting a nanocomposite layer on a substrate using chemical vapor deposition
EP2304076B1 (en) Process for the internal coating of hollow bodies using a plasma beam at atmospheric pressure
DE102012003943A1 (en) Preparing antimicrobial nano-layers on substrate material, in the form of e.g. fiber- or yarn materials, comprises surface modifying the substrate material by flame-pyrolysis process, and depositing a thin layer on the substrate material
DE102004016436B3 (en) Process of manufacturing self-cleaning window glass or glass building facade involves atomised application of silicon agent to titanium oxide surface
Sobczyk-Guzenda et al. Bactericidal and hydrophilic plasma deposited thin TiO2 films on glass substrate
DD297848A5 (en) PROCESS FOR LASER-INDUCED COATING OF FIBERS

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: PATENTANWAELTE LIEDTKE & PARTNER, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final