DE1923980A1 - Process for the production of layers similar to glass by vapor deposition on a substrate in a high vacuum - Google Patents
Process for the production of layers similar to glass by vapor deposition on a substrate in a high vacuumInfo
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Verfahren zur Herstellung glasätmäriefeea? Schichten durch Aufdampfen auf ein Substrat im Hochvakuum Process for making glasätmäriefeea? Layers by vapor deposition on a substrate in a high vacuum
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung glasähnlicher Schichten durch Aufdampfen auf ein Substrat im Hochvakuum.The invention relates to a method of manufacture glass-like layers by vapor deposition on a substrate in a high vacuum.
Für viele Zwecke ist es von Bedeutung, glasähnliche Schichten durch Aufdampfen zu erzeugen, sei es zu mechanischem oder chemischem, Schutz, zur Herstellung von antistatischen Belägen, zur Herstellung von Mikroschaltungen und dergleichen.For many purposes it is important to have glass-like layers to be generated by vapor deposition, be it for mechanical or chemical protection, for the production of antistatic coverings, for the production of microcircuits and the like.
Es ist nun bekannt, solche Schichten dadurch zu erzeugen, daß man die betreffenden Gläser durch Kathodenzerstäubung aufbringt. Diesbezügliche Anlagen sind jedoch sehr teuer. Es ist ebenfalls bekannt, solche Schichten durch Elektronenbeschuß von geeigneten Gläsern zu erzeugen. Diese Gläser müssen dabei sehr hoch erhitzt werden. Die Zusammensetzung der Gläser muß deshalb in verhältnismäßig engen Grenzen bleiben, da z. B. bei einem zu großen Gehalt an relativ leicht verdampfenden Stoffen diese infolge ihres hohen Dampfdruckes als Blasen unter heftigem Spritzen entweichen. So bleibt z. B. der Gehalt an Borsäure und Alkalien auf wenig· Molprozent beschränkt.It is now known to produce such layers by applying the glasses in question by cathode sputtering. Such systems are very expensive, however. It is also known to produce such layers by electron bombardment of suitable glasses. These glasses have to be heated very high. The composition of the glasses must therefore remain within relatively narrow limits, since z. B. If the content of relatively easily evaporating substances is too high, they escape as bubbles with violent splashing due to their high vapor pressure. So z. B. the content of boric acid and alkalis is limited to a little · mol percent.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung glasähnlicher Schichten durch Aufdampfen auf ein Substrat im Hochvakuum, welches leicht und billig durchzuführen ist und eine wesentlich größere Variabilität der Zusammensetzung ermöglicht. The object of the present invention is a method for production glass-like layers by vapor deposition on a Substrate in a high vacuum, which is easy and cheap to carry out and allows a much greater variability of the composition.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das verdampfbare Material im wesentlichen aus einem verhältnismäßig leicht schmelzbaren, im Schmelzfluß entgasten Borat und/ oder Phosphat der Alkalien und/oder Exdalkalien besteht.This object is achieved in that the vaporizable material consisting essentially of a relatively easily meltable borate and / or phosphate of the alkalis and / or exdalkali.
Zweckmäßig ist es, wenn das leicht schmelzbare Borat ein Tetraborat von einem oder mehxeren Alkalien ist. Diese gehen bei besonders niedrigen Temperaturen in den dünnflüssigen Zustand über und verdampfen ganz einheitlich und bei so niedrigen Temperaturen, daß man normale leitungsgeheizte Schiffchen verwenden kann. Der Dampfdruck in der Vakuumglocke bleibt dabei sehr gut.It is useful if the easily fusible borate is a tetraborate of one or more alkalis. These go at particularly low temperatures in the thin liquid state and evaporate quite uniformly and at such low temperatures that one normal line-heated boat can use. The vapor pressure in the bell jar remains very good.
Ferner kann das leicht schmelzbare Borat und/oder Phosphat Zusätze von seltenen Erden und/oder Al3O3 enthalten. Hierdurch wird erreicht, daß die betreffenden Stoffe weniger zum Spritzen neigen. Über den Grund dafür lassen sich zur Zeit, nur Vermutungen aufstellen. Vielleicht wirken sie als Kondensationskeime bei der Entgasung des Materials, vielleicht binden j sie freie Borsäure ab. ■ 'Furthermore, the easily fusible borate and / or phosphate can contain additions of rare earths and / or Al 3 O 3. This ensures that the substances in question are less prone to splashing. At the moment, we can only speculate about the reason for this. Perhaps they act as condensation nuclei during the degassing of the material, perhaps they bind free boric acid. ■ '
Gemäß der weitexen Ausbildung der Erfindung wird gleichzeitig oder fast gleichzeitig zu dem leicht schmelzbaren Material noch ein hoclschmelzendes bzw. erst bei hohen Temperaturen dünnflüssigei , schwer, jedoch ohne Zersetzung verdampfbares Material, inejbesonde xe SiO, und/oder 4^2°3 und/oder seltene Erden aufgedampft, wobei diese Substanzen als mechanische Mischungen odar als Verbindungen varliegen können. Hierdurch According to the broad embodiment of the invention, at the same time or almost at the same time as the easily meltable material, a high-melting material or material that is only thinly liquid at high temperatures, difficult to evaporate but without decomposition, inejbesonde xe SiO, and / or 4 ^ 2 ° 3 and / or rare earths, whereby these substances can be present as mechanical mixtures or as compounds. Through this
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wird einmal erreicht, daß die Zusammensetzung der Gläser .sich in weiten Grenzen ändern läßt von borsau rearmen bzw. alkaliarmen Gläsern zu borsäurereichen bzw. alkalireichen Gläsern. Dies wirkt sich auf die mechanischen Eigenschaften, wie Wärmeausdehnung, Sprödigkeit, auf die thermischen, z. B. Erweichung, und auf die chemischen Eigenschaften aus.once achieved that the composition of the glasses .sich von Borsau rearmen or alkali poor can change within wide limits Glasses to boric acid-rich or alkali-rich glasses. This affects the mechanical properties, such as thermal expansion, Brittleness, on the thermal, e.g. B. softening, and on the chemical properties.
Hierbei erfolgt, die homogene Mischung erst innerhalb der gebildeten Schicht« Leicht verdampfbare Substanzen dürfen im schwer verdampfbaren Anteil nur in so großen Mengen enthalten sein, daß ihr Partialdampf druck im Gemisch in der gleichen Größenordnung liegt wie der der schwer verdampfbaren Hauptbestandteile. Als hochschmelzendes Material kann weitgehend einheitlich bei hohen Temperaturen verdampfendes Glas verwendet we-rden. Verwendet man ein solches Glas, so erreicht man eine besonders gute Homogenität der aufgedampften Mischung, insbesondere nach einer zusätzlichen Temperung.Here, the homogeneous mixture takes place only within the formed Layer «Easily vaporizable substances may only contain such large quantities in the part that is difficult to vaporize be that their partial vapor pressure in the mixture in the same The order of magnitude is the same as that of the main constituents, which are difficult to evaporate. Glass that evaporates uniformly at high temperatures can be used as the high-melting point material will. If such a glass is used, a particularly good homogeneity of the vapor-deposited mixture is achieved, especially after additional tempering.
Als Zweckmäßig hat es sich auch erwiesen, daß die verwendeten Substanzen aus vorgeschmolzenem oder gesintertem Material bestehen.It has also proven to be useful that the used Substances made from pre-melted or sintered material exist.
Auch kann zusätzlich wenigstens ein unzersetzt flüchtiger Stoff gleichzeitig mit aufgedampft werden.In addition, at least one undecomposed volatile Fabric can be vaporized at the same time.
Damit lassen sich nicht nur optische und elektrische Eigenschaften, wie Brechung, Dispersion und Leitfähigkeit, sondern auch der mechanische Charakter, also Wärmeausdehnung, Sprödigkeit, Dämpfung usw. beeinflussen, ohne daß die Vorteile der Glasigkeit verloren gehen. Der zusätzliche Stoff kann beispielsweise ein Fluorid sein« Solche ELuoride besitzen bekanntlich den Vorteil, sich besonders leicht im Hochvakuum verdampfen zu lassen. Von den Fluoriden hat sich Bleifluorid , als besonders günstig erwiesen. Elektrische Effekte lassenNot only can optical and electrical properties, such as refraction, dispersion and conductivity, but also the mechanical character, i.e. thermal expansion, brittleness, Affect attenuation, etc., without losing the advantages of glassiness. The additional substance can for example being a fluoride “It is well known that such euorides possess the advantage of being particularly easy to vaporize in a high vacuum. Lead fluoride has emerged from the fluorides, proved to be particularly favorable. Let electrical effects
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sich insbesondere durch Verdampfen niederer einheitlich verdampfender Oxide, wie SiO oder TiO, erreichen. Hierbei tritt teilweise elektronische Leitfähigkeit ein.in particular by evaporation of lower uniformly evaporating Oxides such as SiO or TiO can be achieved. In this case, electronic conductivity occurs in some cases.
Verwendet man als zusätzlichen Stoff ein Metall, so können hierdurch beispielsweise kolloidale Färbungen für Lichtfilter erreicht werden. Solche Färbungen sind an sich bekannt, Ihre Einführung in die erfindungsgemäßen Schichten ist jedoch wegen der großen Härte solcher Schichten oft besonders vorteilhaft. If a metal is used as an additional substance, this can be used, for example, to produce colloidal colorations for light filters can be achieved. Such colorations are known per se, but their introduction into the layers according to the invention is Often particularly advantageous because of the great hardness of such layers.
Gute Schichten werden auch besonders dann erhalten, wenn das hochschmelzende bzw. bei hohen Temperaturen dünnflüssige Mate- ' rial mittels Elektronenbeschuß verdampft wird. In vielen Fällen ist dies die einzige Methode, um genügend hohe Verdampfungstemperaturen und damit ausreichende Verdampf ungs raten zu erzielen.Good layers are also obtained especially when the high-melting point or, at high temperatures, thin-bodied material rial is evaporated by electron bombardment. In many cases this is the only way to achieve sufficiently high evaporation temperatures and thus to achieve sufficient evaporation rates.
Ein Tempern nach dem Aufdampfen führt in vielen Fällen zu einer verbesserten Dichtigkeit und Homogenität.Tempering after vapor deposition leads in many cases to improved tightness and homogeneity.
Bei einer bevorzugten Ausführung können die substanzen als Platten aufeinanderliegen und unter dem Elektronenstrahl gemeinsam vorbeilaufen.In a preferred embodiment, the substances can lie on top of one another as plates and under the electron beam walk past together.
In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, an apparatus for carrying out the method according to the invention is shown schematically.
In einer Vakuumglocke 1, die mit der Leitung la an einen Hochvakuumpumpstand 2 angeschlossen ist, befindet sich bei .3 das Substrat, z. B. eine Platte aus einem chemisch empfindlichen optischen Glas, das in üblicher Weise gesäubert und z. B. durch Beglimmen vorbereitet ist. In dem Schiffchen 4 aus Tantal wird entgastes K-Tetraborat geschmolzen, die Elektronen-In a vacuum bell jar 1, which is connected to the line la to a high vacuum pumping station 2 is connected, is at .3 the substrate, z. B. a plate made of a chemically sensitive optical glass that is cleaned in the usual way and z. B. is prepared by blending. In the boat 4 made of tantalum degassed K-tetraborate is melted, the electron
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kanone 5 schießt den Elektronenstrahl bei 6 auf die Platte 7 aus einem einheitlich verdampfbaren Glas, das im wesentlichen aus SiO2 mit geringen Gehalten an Alkali und B3O3 besteht. 8 ist eine ausschwenkbare Klappe, mit der der Verdampfungsstrom von dem Substrat abgehalten werden kann.Gun 5 shoots the electron beam at 6 on the plate 7 made of a uniformly vaporizable glass, which consists essentially of SiO 2 with low levels of alkali and B 3 O 3 . 8 is a swing-out flap that can be used to keep the flow of vaporization away from the substrate.
Die Temperatur des Schiffchens 4 und der elektronisch geheizten Glasplatte wird vorher so abgestimmt, daß die Verdamp fungs· rate aus dem Schiffchen 4 zwischen 10 und 15 % der Verdampfungsrate der Glasplatte liegt. Ist letztere z. B. sechs Interferenzordnungen für Licht von A = 546 ,um/Min, so ist die Verdamp fungs rate aus dem Schiffchen 4 eine Interferenzordnung /Min. Die Stromstärkewerte zur Heizung des Schiffchens 4 sind dabei in bekannter Weise so einzustellen, daß zeitliche Konstanz der Verdampfungsrate gewährleistet ist. Nach einer geeigneten Anheizzeit, die zur Erreichung der Konstanz der Verdampfungs rate nötig ist, wird die Klappe 8 so lange geöffnet, bis die gewünschte Schichtdicke erreicht ist.The temperature of the boat 4 and the electronically heated glass plate is adjusted beforehand so that the evaporation rate from the boat 4 is between 10 and 15% of the evaporation rate of the glass plate. Is the latter z. B. six interference orders for light of A = 546 to / min, the evaporation rate from the boat 4 is an interference order / min. The current values for heating the boat 4 are to be set in a known manner so that the evaporation rate is constant over time. After a suitable heating-up time, which is necessary to achieve constancy of the evaporation rate, the flap 8 is opened until the desired layer thickness is reached.
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Cited By (3)
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DE2460827A1 (en) * | 1974-04-19 | 1975-10-30 | Ibm | PROCESS FOR MANUFACTURING A THIN DIELECTRIC GLASS COVER |
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DE10115186A1 (en) * | 2001-03-27 | 2002-10-24 | Rexroth Indramat Gmbh | Cooled primary or secondary part of an electric motor |
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US6975051B2 (en) | 2001-03-27 | 2005-12-13 | Rexroth Indramat Gmbh | Cooled primary or secondary part of an electric motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CH522746A (en) | 1972-06-30 |
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GB1285395A (en) | 1972-08-16 |
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