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Vorrichtung zur Messung der Strömung eines Partikelstromes und diese
Vorrichtung verwendendes System zur Dampfablagerung auf Trägerschichten Die Erfindung
bezieht sich auf eine Me#vorrichtung und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Messung
der Strömung eines in einer evakuierten Umgebung mit einer nahezu konstanten Geschwindigkeit
auftretenden Stromes elektrisch neutraler Partikel
Bei bekannten
Dampfablagerungsverfahren wird von einer Dampfquelle abgegebener Dampf eines metallischen
oder keramischen Materials oder dgl. dazu verwendet, einen relativ dünnen Uberzug
aus diesem Material auf eine Trägerunterlage aufzubringen.
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Eine derartige Dampfquelle kann einen Schmelztiegel umfassen, von
dessen flüssigen Inhalt Dämpfe hochsteigen, die zufolge der Molekularbeweglichlceit
aus einer Offnung in dem Schmelztiegel austreten. Dies führt zur Entstehung eines
Dampfstromes, der aus der Austrittsöffnung des Schmelztiegels austritt und sich
auf der OberflUche der jeweiligen rägerunterlage niederschlägt, was zur Ablagerung
eines Filmes auf der betreffenden Unterlage fUhrt. Zur Erzielung einer relativ hohen
Verdampfungsgeschwindigkeit findet dieser Vorgang im Hochvakuum statt.
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Bei der Dampfablagerung ist es erforderlich, Vorrichtungen vorzusehen,
um die Dicke des auf der jeweiligen Trägerunterlage sich ansammelnden Niederschlages
messen zu kUnnen. Ein geeigneter Parameter, aus dem die Dicke des Niederschlages
bestimmt werden kann, ist die Strömung des Dampfstromes. Diese Stromungsinformation
liefert nicht nur eine Anzeige tuber die erreichte Dicke des Niederschlages, sondern
kann noch in einer Rückkopplungsanordnung zur automatischen Regulierung der Geschwindigkeit,
mit der die in dem Schmelztiegel befindliche Materialschmelze verdampft wird, verwendet
werden. Auf diese Weise läßt sich ein homogener und gleichmäßiger ifiederschlag
erzielen.
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Zur uberwachung der Strömung eines Dampfstromes ist bereits eine Reitie
von Vorrichtungen verwendet worden. Derartige Vorrichtungen erhalten Meßanordnungen,
die die Widerstandsänderung des jeweiligen abgelagerten Filmes messen. Ferner umfassen
derartige Vorrichtungen Meßanordnungen, die dio Frequenzänderung eines Cuarzkristalls
messen, die sich aus der Zunahme der hausse des Kristalls durch den auf diesen sich
niederschlagenden Dampf ergibt. Auch eine aus der Dampfablagerung eines Isolierfilmes
< sich ergebende Kapazitätsänderung messende Me#anordnungen werden verwendet.
Außerdem sind Meßanordnungen, vorgesehen, die die Wirbelstromdämpfung einer Spule
messen, auf der sich der Dampf' niederschlägt Darüber hinaus kennen zur Anzeige
der Strömung ein Dampfstromes auch verschiedene mechanische Verfahren ververdet
werden, bei denen man sich einer elektronischen Anseige bedient.
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Ein bei der Strömungsmessung erfolgreich angewandter Vorrichtungstyp
ist eine Modifikation einer normalerweise für Druckmessungen verwendeten Ionenme#anordung.
Bei diesem Vorrcihtungstyp sind die die Ve#anordnung durchströmenden Dampfato@e
ionisiert und gemessen wird de @oneustrom. Da die Gröle das Strones der Anzabl an
atonen proportional ist, kann schit die jeweilige Verdampfungsmenge angezeigt werden.
Die tatsächliche Anzeige gibt das Verhältnis von Strömung zur Partikelgesobwindigkeit
an. Da jedoch die Geschwindigkeit über weite @ercie@e des Dampfdruckes für sämtliche
aterialie@ nahezu konstant ist, erscheint es als zulässig zu sagen, da# die Me#anordnung
die Strömung mi#t. Da
zu arbeiten vermag, eine kurze Ansprechzeit
besitzt und bei sehr hohen Temperaturen imstande ist"einzubrennen", konnte sie in
einigen Anwendungsfällen erfolgreich angewandet werden.
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Es hat sich gezeigt, daß zur Überprüfung von Dampfablagerungen Ionenmeßanordnungen
in einigen Salle nicht zufriedenstellend arbeiten und normalerweise auch nicht in
Dampfablagerungsanlagen bzw.-systemen eingesetzt werden können, in denen eine starke
Ablagerung auftritt. Während des Dampf-Ablagerungsvorganges ist innerhalb einer
Vakuumkammer eine große Anzahl geladener Partikel vorhanderi, insbesondere bei hohen
Verdampfungsgeschwindigkeiten. Diese Partikel werden häufig von freistehenden Elektroden
der Ionenneßanordnung angezogen und führen zum Entstehen von Nebenspannungen. Derartige
geladene Partikel sind hauptsächlich Elektronen, enthalten aber auch einige ionisierte
Dampfatome und einige in der evakuierten Kammer noch befindliche ionisierte Restgasatome.
Zusätzlich zu dem sich aus den ionisierten Partikeln ergebenden Problem wird in
vielen Dampfablagerungssystemen elektromagnetische Strahlung in gober Menge erzeugt.
Diese Strahlung erstreckt sich tuber nahezu das gesamte Frequenzspektrum, von Gleichstrom
bis zu Röntgenstrahlen-Frequenzen. Die betreffende Strahlung wird von leistungsstarken
Dlektronenschleudern und von dem erschmolzenen Itaterial erzeugt.
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Diese Strahlung führt häufig zum entstehen von Spannungen in der IonenmeBanordnung.
Andere Arten von Meßanordnungen oder Abtastelementen zur Strömungsüberwachung können
auch durch diese ungünstigen Bedingungen beeinflußt werden.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung
zur Messung der Strömung eines Stromes elektrisch I neutraler Partikel zu schaffen,
welche mit weitgehend konstan-I ter Geschwindigkeit in einer evakuierten Umgebung
auftreten.
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'Diese Vorrichtung soll durch das Vorhandensein ungewollt gejladener
Partikel und durch das Auftreten elektromagnetischer Strahlung weitgehend unbeeinflußbar
sein.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch in einer Schnittansicht ein Vakuum-Ablagerungssystem,
in welchem die vorliegende Erfindung mit besonderem Nutzen anwendbar ist.
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Fig. 2 zeigt in einer vergrdßerten Perspektivansicht eine Vorrichtung
gemUB der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit
einer elektronischen Schaltung.
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Fig. 4 zeigt in einer Perspektivansicht eine Modifikation der Vorrichtung
gemäß derErfindung.
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Fig. 5 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer weiteren modifizierten
Vorrichtung gemäß der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit Hilfe
derer die Strömung eines Stromes elektrisch neutraler Partikel gemessen werden kann,
welche mit weitgehend konstanter, Geschwindigkeit in einer evakuierten Umgebung
auftreten. Diese Morrichtung enthält eine FUhlanordnung, die zur StrUmungsmessung
in den Strömungsweg eines Teiles des Dampfstromes eingesetzt ist.
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Die Fühlanordnung ist von einer Abschirmung umgeben, welche sämtliche
nicht in demjenigen Teil des Dampfstromes, in dem die Fthlanordnung angeordnet ist,
auftretenden Partikel am Erreichen dieser Fühlanordnung hindert. Ferner wird die
Fühlanordnung durch diese Abschirmung gegen elektromagnetische Strahlung abgeschirmt.
An die FUhlanordnung ist eine elektronische Schaltang angeschlossen, die aus der
Untersuchang des Dampfstromes mittels der Fühlanordnung eine Anzeige der Strömung
liefert. Unmittelbar vor Auftreffen des Dampfstromes auf die Fühlanordnung gelangt
dieser Dampfstrom zu einer dicht an der FUhlanordnung angeordneten Trennvorrichtung
hin. Die Trennvorrichtung erzeugt ein magnetishes oder elektrostatisches Feld, durch
das geladene Partikel abgelenkt und damit gehindert werden, in die Fühlanordnung
einzudringen. Die in dem Dampfstrom enthaltenen elektrisch neutralen Partikel, die
den eigentlichen Dampfstrom ausmachen, werden nicht abgelenkt und gelangen daher
zu der Fiihlanordnung hin. Obwohl ein besonderes Anwendungsfeld der Erfindung bei
der Verdampfungsablagerung liegt, kann die Erfindung allgemein zur Messung der Strbmung
eines Stromes neutraler Partikel verwendet werden. Die Erfindung bringt dort einen
Vorteil mit sich, wo zahlreiche elektrisch geladene Partikel und Strahlung vorhanden
sind, durch die die jeweilige Fühlanordnung in nachteiliger Weise beeinflu#t wird.
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Nachstehendwinidie in Fig. 1 dargestellte Anlage näher erläutert,
in der die vorliegende Erfindung besonders nutzbringend angewendet werden kann.
Gemäß Fig. 1 umschließt ein Vakuumkammergehäuse 11 eine Vakuumkammer 12, die durch
hier nicht dargestellte Vorrichtungen
in höchstem Maße evakuiert
wird. Eine zu überziehende Trägerunterlage 13 wird durch Vakaumdichtungen 14 hindurch
in die Vakuumkammer 12 eingeführt. Diese Vakuumdichtungen befinden sich in gegenüberliegenden
Wänden des Vakuumkammergehäuses 11.
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Die Xrigerunterlage 13 kann, wie dargestellt, ein gleichförmig bewegtes
Blatt mit praktisch unendlicher Länge oder ein in die Vakuumkammer 12 eingebrachter
Gegenstand mit endlichen Abmessungen sein. Die betreffende Trägerunterlage bzw.
der betreffende Gegenstand wird nach Beendigung des Dampfablagerungsvorganges aus
der Vakuumkammer 12 herausgeführt.
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Der zum Zwecke der Niederschlagsbildung auf die Oberfläche der Gragerunterlage
13 gerichtete Dampfstrom wird in einem Schmelztiegel 15 erzeugt. Der Schmelstiegel
15 enthält eine hitzebeständige Auskleidung 16, in der sich eine Materialschmelze
17 befindet. Das erschmolzene Material kann irgend ein Material sein, das der Verdampfung
bei hohen Temperaturen auszusetzen ist. Das Dampfablagerungsverfahren besitzt jedoch
eine besonders gute Anwendbarkeit bei der Verdampfung solcher Metalle und keramischer
Materialien, die vorzugsweise bei hohen Temperaturen liegende Schmelzpunkte besitzen
und die durch herkömmliche Verfahren außerst schwierig bearbeitbar sind. Der verdampfte
Teil des erschmolzenen Materials 17 kann nit Hilfe einer hier nicht dargestellten
Nachfüllanordnung ergänzt werden.
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Das s Material 17 wird mit Hilfe einer Elektronenschleuder 18 erschmolzen
und verdampft. In der Vakuumkammer 12 kann ggf. auch eine Vielzahl von Elektronenschleadern
angeordnet werden.
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Elektronenschleuden zur Erzeugung energiereicher Elektronenbündel
zum Zwecke des Erschmelzens, Verdampfens, Schweißens oder sonstiger Bearbeitung
sind bekannt. Die Ausnutzung der Elektronenbündelwärme ist in der Zeitschrift"International
Science and Technology", April 1962, Seite 80, von R. F. Bunshah angegeben worden.
Die Elektronenschleuder 18 enthält eine Heizwicklung 19, mit Hilfe derer eine Kathode
21 so stark erwärmt wird, da# sie Elektronen in die evakuierte Vakuumkammer 12 abgibt.
Die von der Kathode 21 abgegebenen Blektronen werden von einer Anode 20 angezogen
und mittels eines starken Blektromagneten 22 als Bündel in den Schmelztiegel 15
zur Erschmelzung und Verdampfung des darin befindlichen Materials 17 gerichtet.
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Die Iieizwicklung, die Kathode und der Blektromagnet der Elektronenschleuder
18 werden von einer geeigneten Spannungsquelle 23 her gespeist.
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Wie oben ausgefUhrt, ist bereits eine Anzahl von Vorrichtungen bekannt,
mit Hilfe derer die Strömung eines Dampfstromes ermittelt werden kann. So sind sowohl
eine Vorrichtung zur Anzeige der jeweiligen Ablagerungsmengen eines Dampfstromes
auf einer Trägerunterlage und anschließender Anzeige der erzielten Dicke des Niederschlages,
als auch eine Vorrichtung zur automatischen Regulierung der Strbmung des Dampfstromes
mittels einer mit einer Elektronenschleuder verbundenen RUckkopplungsuntersucht
anordnung/worden. =iierbei ist eine modifizierte Ionenmeßanordnung angewendet worden,
die normalerweise für Druckmessungen benutzt wird ; eine derartige Heßanordnung
wird in Verbindung mit der erfindung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen; da#
auch
andere Arten von Fuhlanordnungen zusätzlich zu der dargestellten Ionenmeßanordnung
in Verbindung mit der Erfindung angewendet werden kdnnen.
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Die Ionenmeßanordnung bzw. das Fühlelement enthält einen Heizfaden
25, ein Gitter 26 und einen Kollektor 27. Diese Heßanordnung befindet sich in dem
Strom verdampfter Atome oder Partikel, die von der in dem Schmelztiegel 15 befindlichen
Materialschmelze 17 abgegeben werden, so daß ein Teil des Dampfstromes auf die Meßanordnung
auftrifft. Auf die Meßanordnung auftreffende Atome des Verdampfungsmittels werden
durch die von dem Gitter 26 abgegebenen Blektronen ionisiert. Dies führt zum Fließen
eines elektrischen Stromes vom Kollektor 27. Die Grdße dieses elektrischen Stromes
ist proportional dem Verhiltnis der Strömung des Dampfstromes zur Geschwindigkeit
der Partikel in dem Dampfstrom. Die Geschwindigkeit derartiger Partikel ist über
einen weiten Dampfdruckbereich fUr eRmtliche Materialien nahezu konstant. Es stellt
daher eine hinreichend genaue Annäherung dar, wenn man die Strömung dem Ionenstrom
proportional setzt.
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Trotz des Evakuierens der Vakuumkammer 12 in hohem Maße ist bei Auftreten
hoher Verdampfungsgeschwindigkeiten zufolge der Wirkung sehr starker ElektronenbUndel
in der Vakuumkammer eine große Anzahl geladener Partikel vorhanden. Diese geladenen
Partikel werden von den freistehenden Elektroden der Ionenme#-anordnung angezogen
und treffen auf diese Meßanordnung auf.
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Hierdurch entstehen dann Störeignale. Derartige geladene
Partikel
sind hauptsächlich Elektronen, zuzUglich einiger ionisierter Dampf-und Restgasatome.
Zusätzlich kann durch die von der Elektronenschleuder und von dem Schmelztiegel
15 ausgestrahlten starken Energien eine starke elektromagnetische Strahlung hervorgerufen
werden, die sich vom Gleichstrombereich bis zu RSntgenstrahlenfrequenzen hin erstreckt.
Durch diese Strahlung können häufig auf dem Kollektor der Ionenme#anordnung Spannungen
aufgrund der Emission von Fotoelektronen hervorgerufen werden.
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Die Ionenmeßanordnung 24 ist zum Schutz vor geladenen Partikeln und
elektromagnetischer Strahlung von einem GehEuse oder einer Abschirmung 28 umgeben.
Das GehCuse 28 enthElt eine Eintrittsoffnung 29 und eine Austrittsdffnung 31. Diese
beiden Öffnungen sind zueinander ausgerichtet und befinden sich in gegenUber-* liegenden
Wdnden des Gehäuses 28. Die betreffenden Locher oder Offnungen stellen für Partikel
und Strahlung den einzigen Zutritt zu der Meßanordnung dar ; sie dienen zur Ausrichtung
des in die Me#anordnung eintretenden Teiles des Dampfstromes. Die sich aus der Strahlung
ergebende Beeinflussung der Meßanordnung wird dadurch herabgesetzt, daB relativ
kleine Offnungen verwendet werden und da# von Kollektor Röntgenstrahlen oder UV-Strahlen,
die von der Verdampfungsvorrichtung abgegeben werden, abgehalten werden, so daß
damit eine Fotoemission verhindert ist.
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Trotz der durch das Gehäuse 28 gegebenen Abschirmung gelangen Partikel
in bestimmter minimaler Menge durch die Offnungen in das Gehäuse hinein und treffen
auf die Ionenmeßanordaung 24 auf,
und zwar auch bei Fehlen eines
von dem Schmelztiegel 15 agegebenen Dampfstromes) Um den auf das Auftreten derartiger
ionisierter Partikel berahenden Hintergrundeffekt von der mit Hilfe der IonenmeBanordnung
24 ermittelten Strömung des Dampfstromes zu eliminieren, ist auf der Außenseite
der Bintrittsbffnung 29 ein YlUgelrad oder ein Unterbrecher 32 angeordnet.
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Das FlUgelrad 32 wird durch einen Motor 31 gedreht, der so ausgelegt
ist, daß er hohen Temperaturen in der Vakuumkammer 12 widerstehen kann. Wenn sich
der Rotor 33 dreht, erfolgt mit Hilfe des Flügelrades 32 eine Unterbrechung bzw.
Aufteilung des in die Eintrittsoffnung 29 eintretenden Dampfstromes. Auf diese Weise
wird ein die Strömung des Dampfstromes angebendes Wechselstromsignal erzeugt. Dieses
Signal ist dem Gleichstromsignal Uberlagert, das sich aus dem Auftreffen ionisierter
Hintergrundpartikel auf die Ionenmeßanordnung 24 ergibt.
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Das dem Gleichstromsignal Uberlagerte Wechselstromsignal wird mit
Hilfe einer geeigneten elektronischen Schaltungsanordnung gleichgerichtet. Diese
Schaltungsanordnung kann ferner Vorrichtungen zur Messung der Amplitude des Wechselstromsignales
aufweisen, um damit eine Anzeige der Strömung des Dampfstromes zu erhalten. Das
Wechselstromsignal kann ferner mit einem Sollwert verglichen werden, wobei mit Hilfe
eines hieraus abgeleitetes Fehlersignals die Dampfstrongeschwindigkeit durch entsprechende
Steuerung der Intensität des Elektronenstromes regulierbar ist.
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Eine die erwUnschte Anzeige und Regulierung bewirkende elektronische
Vorrichtung ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Das von der Ionenseßanordaung
24 abzugebende Wechselstromsignal wird von einem geeigneten Lastwiderstand 34 abgenommen
und einem Wechselstromverstärker 35 zugefUhrt. Der Verstärker 35 kann ein sehr stabiler
Niederfrequenz-Wechselstromverstrker oder aber eine wechßelstromgekoppeate Blektrometerschaltung
sein. Das vom Ausgang des Verstärkers 35 abgegebene Signal wird einem Vollweg-Synchrongleichrichter
36 zugeführt.
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Von einer Glühbirne 37 und einer Fotozelle 38 wird ein Tastsignal
für den Synchrongleichrichter 36 erhalten. Demgegenüber konnten auch eine Fotodiode
und eine UV-Lampe oder ähnliche Vorrichtungen verwendet werden. Das von der Glühbirne
37 abgegebene Licht wird durch das sich drehende Flügelrad 32 synchron mit der Unterbrechung
des durch die Eintrittsöffnung 29 eintretenden Dampfstromes unterbrochen. Die auf
diese Weise erzeugten Impulse werden von dem Wechselstromverstärker 39 verstärkt
und dann mit Hilfe einer Schmitt-Trigger-Scialtung 41 in Rechteckimpulse umgeformt,
welche dann dem Vollweg-Synchrongleichrichter 36 Aber eine gleichstromgekoppelte
Treiberschaltung 42 zugeftihrt werden.
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Die beim Betrieb des Flügelrades 32 erzeugten Tastimpulse synchronisieren
somit den Vollweg-Synchrongleichrichter 36. Das gleichgerichtete Wechselstromausgangssignal
des Synchrongleichrichters 36 kann mittels eines IIeßgerates 43 gemessen werden,
welches die Strömung des von dem Schmelztiegel 15 abgegebenen Dampfstromes anzeigt.
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In Abweichung von dem erläuterten Fall kann ein Tastsignal für den
Synchrongleichrichter 36 auch von der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung erhalten
werden. Gemäß Fig. 4 besteht das SlUgelrad 32 aus einem magnetischen Material. Die
einzelnen Flügel unterbrechen hierbei den Flußweg eines kleinen Permanentmagneten
63, zwischen dessen PolstUcke 64 und 65 sich ein Buftspalt befindet, durch den die
betreffenden BlUgel hindurchtreten. Mit jeder Unterbrechung des FluBweges des Magneten
durch die in den luftspalt zwischen den PolstUcken eintretenden Zähne des FlUgelrades
ändert sich die Induktanz des magnetischen Kreises. Jede Unterbrechung bewirkt eine
sohnelle InduktivitCts-Snderung und fUhrt zur Erzeugung eines Bezugssignals in der
Spule 66, welche auf einem Schenkel des Polstückes 65 sitzt.
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Dieses Bezugssignal kann dann in der gleichen Weise verwendet werden,
wie das von der Fotozellenanordnung gemä# Fig. 3 gewonnene Signal.
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Unter gewissen Umständen kann es von Vorteil sein, anstelle eines
sich drehenden flügelradartigen Unterbrechers der oben beschriebenen Art eine Art
Vibrator zu verwenden. Sine derartige AusfUhrungsSorm ist in Fig. 5 gezeigt. Gemäß
Fig. 5 verlauft ein Längsdraht 67 zwi-schen zwei feststehenden rägern 68 und 69.
An dem Draht ist ein Stab 79 befestigt ; der Stab 79 verläuft quer zum Draht und
besitzt eine Platte oder ein Verschlußteil 72, welches zu dem Stab versetzt angeordnet
ist, um den Dampfstrom vor Eintritt in das Gehäuse 28 zu unterbrechen. Der Stab
kann sich aufgrund der Torsionsspannung des Drahtes frei um dessen Achse drehen.
Das Massenträgheitsmoment des Stabes und der Platte
bildet zusammen
mit der RUckstellung des Drahtes ein mechanisches Resonanssystem. Dieses System
wird durch ein mit Hilfe zweier Spulen 73 und 74 erzeugtes magnetisches Wechselfeld
angetrieben. Die beiden Spulen sind an den beiden Enden dea magnetischen Stabes
angebracht. Den Spulen wird von einem Oszillator 75 ein Wechaelstromsignal mit der
Resonanzfrequenz des mechanischen Systems zagefthrt. Die Frequenz dieses Signals
muß der Resonanzfrequenz folgen, wenn diese sich ändert, so daß das mechanische
System stets des frequenzbestimmende Element des Oßzillators, der dieses System
antreibt, darstellt.
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Im Unterschied hierzu kann das System mittels eines Pestfrequenzoszillators
angesteuert werden, dessen Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz liegt. Ein derartiges
System würde allerdings eine wesentlich höhere Antriebespannung erfordern ale ein
Resonanzsystem. Eine Art Vibrationszerhacker, wie er oben beschrieben wurde, kann
gegenUber einem mit Hilfe eines Motors angetriebenen Unterbrecherrad Vorteile aufweisen,
die darin bestehen, da# er um bei hohen Temperaturen gebrannt zu werden leichter
zu entwerfen ist und daß kein bezugssignal für den Synchrongleichrichter in der
Vakuumkammer erzeugt werden nu#.
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Vielmehr kann das Bezugssignal unmittelbar von dem Ansteueri ossillator
abgeleitet werden.
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Eine den Betrieb der Elektronenschleuder 18 regelnde Rückkopplungsschaltung
benutzt ebenfalls das Ausgangssignal des Synchrongleichrichters 36. Das Ausgangssignal
wird einem Filter 44 zugeführt, das ein einfaches RC-Netzwerk sein kann ;
dieses
Filter glättet das Ausgangssignal des Synchrd'ngleichrichters 36. Das vom Ausgang
des Filters 44 abgegebene Signal wird einem Differenzverstärker 45 zugeführt, in
welchem es mit von einer Gleichstrom-Bezugsspannungsquelle 46 abgegebenen Signale
verglichen wird. Die von der Bezugsspannungsquelle 46 abgegebenen Signale stellen
den Sollwert der Strömung des Dampfstromes dar. Der Differenzverstärker 45 vergleicht
die beiden Signale miteinander und gibt ein fUr die Differenz beider Signale bezeichnendes
Ausgangssignal ab. Dieses Ausgangssignal stellt das Fehlersignal dar, das mittels
eines geeigneten Meßinstrumentes 47 gemessen werden kann, um den Unterschied zwischen
der Istwert-Strömung und der Sollwert-Strömung des Dampfstromes zu messen. Ein derartiges
Fehlersignal wird einem Spannungsbegrenzer 48 zugeführt, der einstellbare Diodenbegrenzer
enthalten kann, welche die Amplitude der betreffenden Spannung begrenzen und das
Auftreten von Spitzenspannungen verhindern, die eine nachfolgende Steuerschaltung
zu stark aussteuern konnten. Das s so begrenzte Fehlersignal wird einem Regler 49
zugefthrt, der die Amplitude des der Elektronenschleuder 18 von der Speisespannungsquelle
23 her zuzuführenden Stromes regelt. Die Steuerschaltung bzw. der Regler 49 kann
zu irgendeinem bekannten Servo-System gehUren, mit Hilfe dessen das Fehlersignal
durch entsprechende Steuerung der Elektronenschleuder 18 vermindert wird, so da#
der Sollwert der Strömung des Dampfstromes erreicht wird.
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Der durch den Heizdraht der Ionenme#anordnung 24 fließende Strom kann
durch eine Schaltung geregelt werden, die eine Gittervoespannungsquelle 51 enthilt,
welche an die T-itterelektrode 26
der IonenmeBanordnung 24 angeschaltet
ist. Die Gittervorspannungsquelle ist an einen Fehler-Verstärker 53 angeschaltet,
der die von der Spannungsquelle 51 abgegebene Spannung mit einer Bezugsspannung
vergleicht, welche dem Fehler-Verstärker 53 von einer Bezugs-Gleichspannungsquelle
54 her zage£Khrt wird.
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Die Differenz beider Spannungen oder das ermittelte Fehlersignal wird
einer auf den Heizfaden wirkenden Regelschaltung 55 zugeführt, die irgendeine geeignete
Schaltung zur entsprechenden Regulierung des Heizfadenstromes in Abhängigkeit vom
Auftreten eines Fehlersignals enthalten kann.
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Weitere Modifikationen der in Fig. 3 dargestellten Schaltung sind
möglich. So könnte beispielsweise eine weitere Ionenme#-anordnung in dem System
zur Ermittelung des Hintergrunddruckes oder des Ionisationsstromes des Systems verwendet
werden, wenn der Dampfstrom nicht von einem Schmelztiegel 15 abgegeben wird.
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Ferner könnte der IonenmeBanordnung 24 eine weitere Kollektorelektrode
hinsugefügt werden ; diese zusätzliche Kollektorelektrode könnte außerhalb des Emitters
angeordnet werden, so daß nur das Hintergrundgas erfaßt wird, und zwar auch wEhrend
des Durchtritts eines Dampfstromes durch die Mitte der lonenmeßanordnung. Dies würde
eine Ermittelung des Wertes des Hintergrundgases während des Betriebs des Systems
gestatten. Ferner könnte eine Meßschaltung zur Integrierung des Ausgangssignals
des Synchrongleichrichters verwendet werden, um auf diese Weise eine Anzeige der
tatsächlichen Dicke des niedergeschlagenen Filmes zu erhalten. Ein derartiges Integrationssigaal
könnte auch dazu verwendet werden, Verschlüsse zu betätigen oder die
Elektronenschleuder
bei Erreichen einer vorbestimmten Filmdicke abzuschalten.
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Um den Eintritt elektrisch geladener Partikel in die Eintrittsbffnung
29 und in die Ionenmeßanordnung 24 zu verhindern, ist neben der Eintrittsoffnung
29 eine Trenn-oder Abscheidevorrichtung 55 vorgesehen. Die Abscheidevorrichtung
55 enthält zwei gegenüberliegende Platten, von denen die eine Platte 56 als Ano-de
und die andere Platte 57 als Kathode benutzt wird. Ein an die Platten angelegtes
Potential fUhrt zum Entstehen eines elektrostatischen Feldes, durch welches der
Dampfstrom hindurchtritt.
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Die Anodenplatte 56 und die Kathodenplatte 57 sind in einem Gehäuse
58 angeordnet, das mit einer Eintrittsoffnung 59 und mit einer zu dieser ausgerichteten
Austrittsoffnung 61 versehen ist ; beide Offnungen befinden sich in gegenüberliegenden
Wänden des Gehäuses 58. Die Offnungen 59 und 61 sind zu den in dem Gehäuse 28 enthaltenen
Öffnungen 29 und 31 ausgerichtet ; sie dienen dazu, einen Teil des von dem Schmelztiegel
15 abgegebenen Dampfstromes auszurichten. Dieser ausgerichtete Teil des Dampfstromes
gelangt zwischen die Anodenplatte 56 und die Kathodenplatte 57 und tritt in die
IonenmeBanordnung 24 ein. Aufgrund des zwischen den Platten 56 und 57 herrschenden
elektrostatischen Feldes werden jegliche in dem ausgerichteten Teil des Dampfstromes
enthaltenen elektrisch geladenen Partikel abgelenkt und treffen auf die Innenseite
des Gehäuses 58 oder auf die Außenseite des, Gehäuses 28 auf, was von der jeweiligen
Ablenkstärke abhängt. Auf diese Weise treten nur die von dem Schmelztiegel 15 ausströmenden
elektrisch neutralen Partikel des Dampfstromes in die IonenmeBanordnung 24
ein.
In dem System vorhandene elektrisch geladene Partikel sind somit durch die Abscheidevorrichtung
55 beseitigt. Bine weitere, mit der Abscheidevorrichtung 55 Ubereinetimmende Abscheidevorrichtung
62 (s. Fig. 3) kann neben der Austrittsöffnung 31 des Gehäuses 28 vorgesehen sein,
um dort elektrisch geladene Partikel (normalerweise Elektronen) am Eindringen in
das Gehäuse 28 durch die Austrittsöffnung 31 hiendurch zu hindern.
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Die zwischen die Anodenplatte 56 und die Kathodenplatte 57 angelegtenSpannungen
sind in Ubereinstimmung mit der Große und den Betriebseigenschaften der Elektronenschleuder
18 und mit RUcksicht auf das zu verdampfende Material gewählt. Um zu bestimmen,
ob die Abscheidung elektrisch geladener Partikel aus dem ausgerichteten Teil des
Dampfstromes außreicht, wird der Heizfaden der IonenmeBanordnung abgeschaltet und
die an der Abscheidevorrichtung liegende Spannung wird solange geändert, bis der
Kollektorstrom bei durch die Ionenmeßanordaung hindurchtretendem Dampfstrom Null
ist.
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Im allgemeinen könnte noch dadurch ein Kollektrostrom auftreten, daß
von den Wänden des Gehäuses 28 Elektronen herausgeschleudert werden. Die Ursache
hierfür könnte eine starke Fotoemission von dem erschmolzenen Material oder von
der Elektronenschleuder, oder eine Fotoionisation des Hintergrundgases durch die
gleichen Quellen oder eine Stoßionisation des Hintergrundgases durch Atome-des Dampfstromes
sein. In den meisten Fällen. sind diese letzten drei Schwietigkeiten vernachlässigbar.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Verhältnissen befindet sich der Kollektor
in
der Mitte der Ionenmeßanordnung, wenn der ausgerichtete Teil des Dampfstromes zu
messen ist. In der Praxis werden der ausgerichtete Teil des Dampfstromes und der
Kollektor voneinander versetzt sein, um eine Botoemission am Kollektor und eine
Ablagerung von Partikeln auf dem Kollektor zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung ist also eine verbesserte Vorrichtung zur Messung
der Strömungsgeschwindigkeit eines Stromes elektrisch neutraler Partikel, die mit
weitgehend konstanter Geschwindigkeit in einer evakuierten. Umgebung auftreten,
geschaffen worden. Dieso Vorrichtung ist weitgehend unbeeinflußbar durch elektrisch
geladene Partikel in der evakuierten Kammer ; sie ist ferner weitgehend unbeeinflußbar
durch elektromagnetische Strahlung.
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Abschließend Bei darauf hingewiesen, daß die Erfindung auf die vorstehend
beschriebenen AusfUhrungsbeispiele keineswegs beschränkt ist, sondern noch in verschiedener
Weise modifiziert werden kann.