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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten mikromechanischer Komponenten eines mikromechanischen Systems, insbesondere eines Uhrwerks, um eine Reduzierung der Oberflächenrauheit, eine Verbesserung der tribologischen Leistungsfähigkeit und eine Reduzierung von Staubansammlungen auf Arbeitsflächen bereitzustellen. Die Erfindung betrifft auch die korrespondierende mechanische Komponente eines mikromechanischen Systems, insbesondere eines Uhrwerks. Die Erfindung kann in mikromechanischen Uhrwerken verwendet werden, insbesondere zur Verwirklichung von Hemmungen und Ankern und anderen reibungsrelevanten Komponenten.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die technischen Anforderungen an mikromechanische Komponenten steigen an. Neben höchster Präzision besteht die Notwendigkeit zur Bereitstellung höchster Energieeffizienz im mechanischen System, hoher Lebensdauer und komplettem Verzicht auf Schmierstoffe soweit als möglich.
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In den letzten Jahren wurde eine Menge von Dokumenten publiziert, die sich diesem Thema widmen. Die beschriebenen Ansätze erfüllen einige der Aufgaben, ohne jedoch fähig zu sein, eine vollständige Lösung, hauptsächlich wegen Einschränkungen der benutzten Materialien, bereitzustellen.
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Durch mechanische Bearbeitung (Stanzen oder spannende Bearbeitung) erzeugte mikromechanische Komponenten weisen zwei wesentliche Nachteile auf. Erstens, sie sind entweder hochpreisig oder nur in Massenproduktion wirtschaftlich profitabel, da Investitionen für teure Produktionswerkzeuge benötigt werden. Zweitens, die Prozesse erreichen ihre technischen Limits bei einem Genauigkeitslevel von +/–5 Mikrometer.
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Von daher wurden verschiedene alternative Ansätze in der Literatur diskutiert. Eine der vielversprechendsten Ideen betrifft das Ätzen mikromechanischer Komponenten aus Siliziumwafern, welche höchste Präzision erreichen, die sogar die Resultate bisheriger Bearbeitungstechniken übersteigen. Die Toleranzen können bis in den Sub-Mikrometerbereich reduziert werden, aber auf Kosten der Lebensdauer: In praktischen Ergebnissen wurde gezeigt, dass die mechanische Belastbarkeit als auch der abrassive Verschleiß jener Teile die Anforderungen in Abwesenheit eines Schmiermittels nicht erfüllen. Eine Lösung für dieses Problem wurde im
EP Patent Nr. 1 904 901 demonstriert: Durch Behandlung der Oberfläche der mikromechanischen Komponenten mit Sauerstoff. Die Belastbarkeit und die Lebensdauer konnte erweitert werden, aber ohne eine ultimative Lösung zu erzielen.
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Die Energieeffizienz könnte durch spezielle Öle in mechanischen Systemen gesteigert werden, jedoch auf Kosten der Anforderungen an ein trocken laufendes System.
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Die höchste Lebensdauer wird mit klassisch bearbeiteten Teilen aus Stahl erreicht, aber jene Systeme haben ihre Limits im Hinblick auf hohe Genauigkeit erreicht und müssen stets geschmiert werden.
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Ein weiteres Problem geschmierter Systeme ist die Notwendigkeit regelmäßiger Serviceintervalle, wenn das Uhrwerk gereinigt und wieder geschmiert werden muss. Folglich sind die Arbeitszyklen limitiert und zusätzliche Kosten entstehen. Jene Serviceintervalle sind aufgrund des Alterns der verwendeten Öle notwendig, da diese ihre Eigenschaften mit der Zeit verlieren.
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Zahlreiche Ansätze zur Erfüllung all jener Anforderungen mit einem System wurden unternommen.
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In
EP 0732635 B1 ist ein Ansatz beschrieben, wobei mikromechanische Komponenten aus einem Siliziumwafer geätzt und anschließend mit einem Diamantfilm beschichtet werden. Die Diamantfilme, die auf diese Art erhalten werden, haben eine Oberflächenrauheit größer als 400 nm. Diese Filme erfordern jedoch ein nachfolgendes Polieren, wenn die diamantbeschichteten Teile in gleitenden Kontaktanwendungen verwendet werden.
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EP 1233314 offenbart eine mechanische Uhrwerkanordnung für Uhren, die eine mechanische Hemmung mit einem Ankerrad und einem Anker aufweist, wobei die funktionalen Elemente des Ankerrads zumindest partiell auf ihrer Arbeitsfläche mit einer DLC Beschichtung (Diamond like Carbon) beschichtet sind. DLC hat einen hohen sp2 Anteil (welcher von 30–100% reicht) und ist amorpher Kohlenstoff dessen Härte für effektive verschleißschützende Anwendungen nicht ausreicht.
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EP 1622826 offenbart eine mikromechanische Komponente, die eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweist, die im Wesentlichen senkrecht in Bezug zueinander stehen und wobei die erste und/oder die zweite Oberfläche zumindest partiell aus Diamant bestehen.
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US 5308661 offenbart ein Verfahren zum Vorbehandeln eines kohlenstoffbeschichteten Substrats zur Bereitstellung einer gleichmäßig hohen Dichte von Keimbildungsorten hierauf zur nachfolgenden Ablagerung eines kontinuierlichen Diamantfilms ohne Anwendung einer Vorspannung am Substrat.
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EP 1182274 A1 offenbart ein Verfahren zur Nachbehandlung von Diamantbeschichtungen, wobei eine grobkörnige (Mikrometerbereich) Diamantbeschichtung auf Bearbeitungswerkzeugen aufgebracht und anschließend mittels eines Plasmaprozesses behandelt wird. Ziel dieser Nachbehandlung ist die Degeneration der oberen Schichten der sp3-hybritisierten Diamantschicht in sp2-hybritisierte Kohlenstoffarten. Die Erwartung ist ein Füllen der „Oberflächentäler” zwischen den groben Körnern, welche von der Oberfläche hervorstehen, um eine ebenere Oberfläche zu erreichen. Das Ergebnis dieses Verfahrens ist ein Film, der grobkörnigen sp3 Diamant aufweist, auf welchem eine obere Schicht von mehreren Hundert Nanometern von sp2 hybritisierten amorphen Kohlenstoff ist. Die obere Schicht ist vergleichsweise weich und nutzt sich bei Anwendungen mit hoher Reibung schnell ab.
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Sämtliche zuvor beschriebenen Lösungen können das Problem der Bereitstellung mikromechanischer Komponenten mit einem Reibungskoeffizienten kleiner als 0,05 nur partiell lösen, so dass eine großtechnische Produktion verhindert war, die für die Uhrenindustrie zur Zeit aber gefordert ist.
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Insbesondere, wenn diamantbeschichtetes Silizium verwendet wird, bringen die zuvor beschriebenen Lösungen folgende Probleme mit sich: Die diamantbeschichteten mikromechanischen Komponenten zeigen oft einen hohen Reibungskoeffizienten aufgrund der mikrokristallinen Struktur der Diamantbeschichtungen. Dieser hohe Reibungskoeffizient limitiert die Effizienz des mikromechanischen Systems drastisch.
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Es ist bekannt, dass Oberflächen mit einer Rauheit oberhalb mehrerer hundert Nanometer keine niedrigen Reibungskoeffizienten erreichen können. Darüber hinaus erfordert die Verwendung grober Diamantfilme in mechanischen Systemen ein sehr glattes Gegenstück. In solchen Fällen würde sich der raue Diamantfilm in das korrespondierende Gegenstück einschleifen, was zu einem sehr schnellen abrassiven Verschleiß des Systems führt.
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Theoretisch ist ein spezieller Fall vorstellbar, bei welchem verschiedene Rauheitsmodule spezielle Bedingungen erfüllen und daher einen niedrigen Reibungskoeffizienten produzieren. Der Druck auf die einzelnen Körner wäre jedoch zu hoch und würde zu einem Brechen und/oder zu einem Verschließen der Körner führen. Das mechanische System würde somit seine Eigenschaften sehr schnell verlieren und in einem hohen Reibungskoeffizienten und damit in einem Blockieren des Systems enden. Nach einer Beschädigung der Beschichtung würde das gesamte System kollabieren.
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Lösungen, die ein Polieren nach einem Diamantbeschichteten und somit ein Glätten der Oberfläche der mikromechanischen Komponenten vorschlagen, scheiterten aufgrund hoher Kosten, der geringen Effizienz und aufgrund eines essentiellen technischen Grunds: Die wichtigsten funktionalen Oberflächen sind die Wangen der mikromechanischen Komponenten, die bei Montage in einem Wafer für ein mechanischen Polieren nicht zugänglich sind. Ein Polieren nach einem Herausnehmen der Teile aus dem Wafer ist nicht möglich und zudem unökonomisch aufgrund der Vielfältigkeit und der Winzigkeit der mikromechanischen Komponenten. Lösungen mit Plasmaätzen eines diamantbeschichteten Wafers, der die mikromechanischen Komponenten aufweist, sind ebenfalls aufgrund der Inhomogenität des Plasmapolierens, insbesondere an den Wangen der Teile, welche die wichtigsten Stellen sind (siehe oben) fehlgeschlagen.
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Ansätze, die kleinere Kristallgrößen (von einigen wenigen hundert Nanometern) benutzen, erleiden ähnliche Probleme in kleineren Dimensionen. Zum Beispiel ist Plamaätzen an den Wangen nicht durchführbar, da diese Prozesse hauptsächlich die Korngrenze betreffen und die Oberflächen in anisotropischer Art und Weise ätzen.
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Hinzu kommt, dass die Anisotropie des Ätzverfahrens von mehreren Parametern stammen kann. Die Ätzeffizienz hängt stark von der kristallografischen Orientierung der Diamantkristalle ab. Wenn Diamantfilme auf anderen Substraten als Diamant (Silizium in den meisten Fällen) wachsen, zeigen diese eine Mischung an kristallografischen Orientierungen, die das Ätzen ungleichförmig machen, was sogar die Oberflächenrauheit von Diamant erhöhen statt reduzieren kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher ein generelles Ziel der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, mikromechanische Komponenten für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereitzustellen, welches eine längstmögliche Lebensdauer aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, mikromechanische Komponenten für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereitzustellen, welches Serviceintervalle reduziert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, mikromechanische Komponenten für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereitzustellen, welches Reibung reduziert.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, mikromechanische Komponenten für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereitzustellen und dabei die tribolgische Leistungsfähigkeit zu erhöhen.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches es ermöglicht, mikromechanische Komponenten für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereitzustellen, wobei die Ansammlung von Staub an der Oberfläche der Komponenten reduziert ist.
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Diese Ziele werden mittels eines Verfahrens zum Beschichten mikromechanischer Komponenten eines mikromechanischen Systems, insbesondere eines Uhrwerks und einer mikromechanischen Komponente für ein mikromechanisches System, wie in den Ansprüchen definiert, erreicht.
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Demgemäß wird ein Verfahren zum Beschichten mikromechanischer Komponenten eines mikromechanischen Systems, insbesondere eines Uhrwerks bereitgestellt, welches umfasst:
- • Bereitstellen einer zu beschichteten Substratkomponente,
- • Versehen der Komponente mit einer ersten Diamantkomponente, die derart dotiert ist, um die Leitfähigkeit der Diamantschicht zu erhöhen;
- • Versehen der Komponente mit einer zweiten Diamantbeschichtung;
wobei: - • die zweite Diamantbeschichtung durch Beschichtung in einer Reaktionskammer bereitgestellt wird;
- • während der Abscheidung der zweiten Beschichtung eine kontrollierte Steigerung des Kohlenstoffgehalts in der Reaktionskammer bereitgestellt wird, um hierdurch einen Zuwachs der sp2/sp3 Kohlenstoffbindungen in dem im Wesentlichen äußeren Abschnitt der Beschichtung bis zu einem sp2 Gehalt im Wesentlichen zwischen 1% und 75% bereitzustellen.
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Ein derartiges duales Beschichten ermöglicht es, die Vorteile zweier komplementärer Technologien zu erhalten. Die erste Beschichtung stellt eine Langzeitstabilität aufgrund der Härte des Diamants und der hohen Haftung zwischen Diamant und dem Siliziumsubstrat bereit. Die zweite Beschichtung ist in hohem Maße verschleißresistent, während sie geringe Reibung und eine beachtliche hohe Leitfähigkeit bereitstellt. Die hohe Leitfähigkeit reduziert Staubansammlungen an der Oberfläche der Beschichtung.
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In einer bevorzugten Ausführung liegt der sp2 Gehalt im Wesentlichen zwischen 1% und 45% und meist bevorzugt zwischen 15% und 30%.
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In einer anderen Ausführungsform ist die erste Diamantbeschichtung mit Bor, Phosphor, Schwefel oder Aluminium dotiert.
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In einer weiteren Ausführungsform werden die erste und die zweite Diamantbeschichtungen durch CVD in einer Reaktionskammer bereitgestellt.
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Die Reaktionszeit zur Bereitstellung der zweiten Schicht ist vorzugsweise kürzer als die Reaktionszeit zur Bereitstellung der ersten Schicht.
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Die Dicke der ersten Schicht ist vorzugsweise zwischen 500 nm und 100 Mikrometer und höchst vorzugsweise weniger als 10 Mikrometer.
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Die Dicke der zweiten Schicht ist vorzugsweise zwischen 1 und 100 Mikrometer und meist bevorzugt weniger als 10 Mikrometer.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mikromechanische Komponente eine Hemmung und wobei während des Prozesses die Hemmung auf einem feuerfesten Draht bereitgestellt wird, so dass die Drehachse der Hemmung im Wesentlichen horizontal ist.
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Die Steigerung des Kohlenstoffgehalts mag durch eine Steigerung des Anteils des Kohlenstoff enthaltenen Reaktionsgases oder durch Hinzufügen eines zusätzlichen Kohlenstoff enthaltenden Gases oder durch Erhöhen der Temperatur und/oder des Drucks innerhalb der Prozessreaktionskammer oder durch Hinzufügen von gasförmigem Stickstoff in die Reaktionskammer oder durch Ersetzen von Wasserstoff durch Argon oder durch Hinzufügen zumindest eines Edelgases erreicht werden.
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Die Erfindung stellt ferner eine mikromechanische Komponente für ein mikromechanisches System, insbesondere für ein Uhrwerk bereit, welche durch ein zuvor beschriebenes Verfahren erhalten wird. In einer vorteilhaften Ausführungsform hat die Oberflächenschicht eine graduelle Steigerung des sp2 hydratisierten Kohlenstoffgehalts.
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In einem bevorzugten Beispiel ist die Komponente eine Hemmung. In einem weiteren Beispiel ist die Komponente ein Anker. Solche mechanischen Komponenten, die für mikromechanische Systeme produziert sind, die ein laufendes mechanischen Systems unter trockenen (nicht geschmierten) Bedingungen ermöglichen, weisen hohe tribologische Eigenschaften (sehr niedrige Reibungskoeffizienten, reduzierten Verschleiß, usw.) auf, sind langzeitstabil und weisen eine hohe Energieeffizienz auf.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorherigen und weitere Zwecke, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die zu Illustrationszwecken und nicht limitierend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht werden, wobei:
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1 eine schematische Darstellung ist, die das Substrat und zwei Diamantfilme nach den zwei Prozessschritten in Übereinstimmung mit der Erfindung zeigen;
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2a und 2b schematische Darstellungen der Oberflächenstruktur eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebrachten Diamantfilms für unterschiedliche Korngrößen sind, die in geringer Rauheit und daher in einem geringen Reibungskoeffizienten resultieren, wenn die Korngröße am geringsten ist;
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3 ist eine Illustration eines Beispiels einer lokalen sp2-Verteilungsfunktion,
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4 und
5 sind entsprechende Diagramme von Röntgenbeugung- und rasterkraftmikroskopischen Messungen von Filmen, die nach dem in
AT 399726 offenbarten Verfahren erhalten sind,
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6 ist ein Diagramm, welches die Entwicklung des sp2/sp3 Anteils als Funktion der Dicke des aufgebrachten Diamantfilms zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wenn die zu beschichteten Substrate ordnungsgemäß vorbereitet sind, kann der zwei Hauptschritte umfassende Beschichtungsprozess gestartet werden.
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Im Schritt eins wird eine nanokristalline mit Bor dotierte Diamantschicht auf die Substrate aufgebracht. Die Aufbringzeit ist lang genug, um eine Diamantschicht von mehreren Mikrometern entstehen zu lassen: Sozusagen zwischen einer Stunde bis etwa 100 Stunden und höchst bevorzugt um 10 Stunden.
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Wenn Hemmungen und Anker beschichtet werden, werden während der Aufbringphase die Hemmungen vorzugsweise auf einem Stützdraht bereitgestellt, welches speziell dazu ausgebildet ist, sehr hohen Temperaturen zu widerstehen. Dies ermöglicht es, dass die Drehachse der Räder im Wesentlichen in horizontaler Position ist.
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Weitere Details über das Aufbringen der ersten Schicht sind weiter in diesem Dokument angegeben.
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Der zweite Schritt des Beschichtungsprozesses besteht im Aufbringen einer nanokristallinen Diamantschicht, während eine wichtige Versorgung von Kohlenstoff und Bor bereitgestellt wird, um die höchst vorteilhaften Eigenschaften zu erhalten. Während dieses Schrittes wird die sp2 Kohlenstoffmenge graduell bis im Wesentlichen 25% erhöht. Diese Proportion basiert auf einer während der Gasphase gemachten Schätzung. Die Aufbringzeit ist lang genug, um eine Diamantschicht von mehreren Mikrometern wachsen zu lassen: Sozusagen zwischen einer Stunde bis in etwa einhundert Stunden und höchst bevorzugt etwa 10 Stunden. Die Aufbringzeit für die zweite Schicht mag kürzer sein als die Aufbringzeit der ersten Schicht.
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1 zeigt ein Beispiel eines beschichteten Substrats 4, welches mit einer ersten Diamantbeschichtung 2 und einer zweiten Diamantbeschichtung 3 versehen ist, die eine Diamantdualschutzschicht 1 bilden.
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Entsprechend eines Hemmungen und Anker betreffenden Beispiels werden die folgenden Dicken bereitgestellt:
- – Hemmungen: 9,8 μm oben und 10 Mikrometer an den Seitenwänden;
- – Silizium Rechteckanker 2 × 2 cm2: 7,0 μm:
- – Kugeln von 6 mm Durchmesser: 8,3 μm
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Die nanokristallinen Diamantfilme sind mittels eines CVD (chemical vapor deposition) Prozesses erzeugt. In speziellen CVD Prozessen (offenbart in
AT 399726 B , welche hiermit durch Bezugnahme zum Bestandteil dieser Ausführungen werden) wird ein Kohlenstoff enthaltende Gasspezie (zum Beispiel Methan) thermisch aktiviert und auf einem Substrat wie Diamant (sp3-hydratisierter Kohlenstoff), wie Graphit (sp2-hydratisierter Kohlenstoff) sowie auf Kohlenstoffhydraten oder anderen Kohlenstoffarten (Mischungen von sp2- und sp3-hydratisierten Kohlenstoff) abgeschieden. Um eine reine Diamantschicht zu erhalten, ist es erforderlich, ein zweites Gas zu benutzen: Wasserstoff. Das Wasserstoffgas (H2) ist ebenfalls thermisch aktiviert, resultierend in mono-atomaren Wasserstoff, wobei als ein wichtiger Prozessschritt, die Effizienz des Aktivierungsprozesses extrem hoch (mehr als 50%), vorzugsweise mehr als 75% ist und in speziellen Fällen 90% und mehr erreicht. Solch ein Verfahren ist in
AT 399726 B beschrieben.
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Mit diesem Prozess können die nanokristallinen Diamantbeschichtungen 1 (2a und 2b) auf einen Substrat, wie Silizium mit Diamantkristallgrößen weniger als 8 Nanometer bei einer Oberflächenrauheit von weniger als 10 Nanometer abgeschieden werden, wie zum Beispiel in 2b gezeigt.
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Röntgenbeugung und rasterkraftmikroskopische Analyse der Filme, die nach dem in
AT 399726 B beschriebenen Verfahren erhalten werden, sind in
4 und
5 gezeigt.
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In Schritt zwei, während des Wachsens des Diamantfilms ist der Prozess derart abgestimmt, um eine graduelle Steigerung des sp2-hydratisierten Kohlenstoffgehalts 6 in der sp3-hydratisierten Schichtmatrix in der Nähe der Oberfläche des Substrats 4 zu erhalten, wie dies in 3 gezeigt ist. Die rechte Seite der 3 zeigt die Entwicklung 5 des sp2 Gehalts an den Korngrenzen der UNCD (Ultra Nano Kristalline Diamant) Beschichtung 3.
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Die folgenden Verfahren wurden gezeigt, die zu einer solchen graduellen sp2 Steigerung führen (ohne auf diese Verfahren beschränkt zu sein):
- – kontrollierte Steigerung von Methan oder Kohlenstoff enthaltender Gaskonzentration oder Hinzufügen eines zusätzlichen Kohlenstoff enthaltenen Gases am Ende des Wachstumsprozesses: Während der letzten Periode des CVD Diamantwachstums in eine graduelle kontrollierte Steigerung des Kohlenstoff enthaltenen Reaktionsgases (zum Beispiel Methan) oder Hinzufügen eines zusätzlichen Kohlenstoff enthaltenen Gases (zum Beispiel Acetylen) verändert das Verhältnis von sp2/sp3 innerhalb der Diamantstruktur oder im Volumen des Diamantmaterials entsprechend, was zum Beispiel zu den höchsten Werten an der Oberfläche oder anderen lokalen Verteilungsfunktionen führt.
- – Beschichtungsparameterveränderung: Die Beschichtung von nanokristallinem Diamant bezogen auf den oben bezogenen Prozess ( AT 399726 B ) hat den höchsten sp3 Gehalt von mehr als 97% (Detektionslimit) wird bei einem optimalen Parametersatz durchgeführt, welcher den Druck im Vakuumsystem, die Temperatur der Filamente, Temperatur des Substrats, Gasfluss des Kohlenstoff enthaltenen Gases, Gasfluss von Wasserstoff und Abstand zwischen Filamenten und Substrat aufweist. Wegen der Steigerung oder Reduzierung der Substrattemperatur und/oder Druck kann das sp2/sp3 Verhältnis zusätzlich beeinflusst werden. Diese Variation sollte am Ende des Wachstumsprozesses verwirklicht werden, um eine graduelle sp2-Anreicherung nahe der Oberfläche zu erreichen.
- – Stickstoffhinzufügung: Während des Wachstums des Diamants, wird eine bestimmte Menge gasförmigen Stickstoffs in die Reaktionskammer eingeführt. Der Prozess der sekundären Nukleation (Wachstum neuer Diamantkörner anstelle des Wachsens der bereits geformten) wird verstärkt und führt zu einer Verringerung der Korngröße hinunter zu lediglich einigen wenigen Nanometern. Die kleineren Körner ermöglichen eine geringere Rauheit der Beschichtung und steigern die Menge des sp2-hydratisierten Kohlenstoffs. Ein weiterer Prozess, welcher den sp2 Gehalt in den Diamanten weiterhin steigert, ist die Einbindung von sp2 Körnern in der sp3 Diamantmatrix.
- – Argonhinzufügung: Während des Wachstums des Diamants kann die Steigerung der Methankonzentration zu einem sehr hohen Level und/oder Ersetzen von bis zu 100% von Wasserstoff durch Argon oder anderen Elementen wie zum Beispiel Stickstoff ebenfalls zum selben Effekt führen.
- – Hinzufügung anderer Elemente: Andere Gase jeglicher Art, wie zum Beispiel die Edelgase Neon, Helium, Krypton oder Xenon können genutzt werden, ohne hierauf beschränkt zu sein.
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Die Lösung des beschriebenen Staubproblems auch aufgrund des elektrostatischen Ladungseffekts kann durch Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit des Diamantfilms erreicht werden, wobei der resultierende spezifische Widerstand des nanokristallinen Diamantfilms auf einige wenige Ohm·cm, bevorzugt auf 10–2 Ohm·cm reduziert werden kann.
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Eine ausreichende Leitfähigkeit der Diamantschicht und der Änderung ihrer Oberflächenpolarität (hydrophil/hydrophob) kann durch die nachfolgenden Verfahren oder Prozesse erreicht werden:
- – Bordotierung (p-Typ): Dieser Prozess wird meist bevorzugt während des Wachstums des Diamanten unter Verwendung einer festen, flüssigen oder gasförmigen Borquelle. Die Substitution eines Teils (bis zu 0,1%) der Kohlenstoffatome des Diamants durch Boratome führt zur Erzeugung von Löchern (Fehlen von Elektronen).
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Die Ionisationsenergie von Bor ist 0,37 eV und ist daher sehr gering. Dies ermöglicht die Entstehung einer ausreichenden Anzahl von freien Ladungsträgern sogar bei Raumtemperatur. Die Verfügbarkeit freier Ladungsträger (in diesem Fall von Löchern) erhöht die elektrische Leitfähigkeit des Diamantfilms. Die elektrostatischen Ladungen werden insoweit in das Volumen des Diamantfilms verlagert. Die Anziehung von Staub ist daher merklich reduziert oder vollständig eliminiert. Je höher die Borkonzentration in der Reaktionskammer ist, desto höher ist die Leitfähigkeit, im Bereich von 1016–1021 cm–3. Der spezifische Widerstand kann auf 10–2 Ohm·cm abfallen.
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Die Erfindung kann in mikromechanischen Uhrwerken verwendet werden, insbesondere zur Verwirklichung von Hemmungen und Ankern und anderen reibungsrelevanten Systemen.
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Die zuvor detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen verdeutlicht die Erfindung, statt diese einzuschränken. Es gibt zahlreiche Alternativen, die in den Umfang der folgenden Ansprüche fallen. Die Erfindung kann zum Beispiel auch zur Steigerung tribologischer Leistungsfähigkeiten in anderen makroskopischen oder mikroskopischen Mechanismen verwendet werden, wobei zumindest ein Teil/Stück mit Diamant beschichtet werden kann. Anwendungsbeispiele sind Mikro-Elektro-mechanische Systeme (MEMS), Nano-Elektro-mechanische Systeme (NEMS), elektrische Motoren, insbesondere Mikromotoren, Pumpen, insbesondere Mikropumpen, Vakuumsysteme, statische und/oder kinetische Systeme, wie zum Beispiel Antriebe usw., ohne von der Erfindung abzuweichen.
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Das Wort „aufweisen” schließt die Präsenz anderer Elemente oder Schritte neben den in einem Anspruch aufgelisteten nicht aus. Das Wort „ein” vor einem Element oder Schritt schließt die Anwesenheit einer Vielzahl solcher Elemente oder Schritte nicht aus. Die bloße Tatsache, dass abhängige Ansprüche entsprechend zusätzliche Merkmal definieren, schließt eine Kombination von zusätzlichen Merkmalen, die einer Kombination abhängiger Patentansprüche entsprechend nicht aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1904901 [0005]
- EP 0732635 B1 [0010]
- EP 1233314 [0011]
- EP 1622826 [0012]
- US 5308661 [0013]
- EP 1182274 A1 [0014]
- AT 399726 [0044]
- AT 399726 B [0053, 0053, 0055, 0057]
