DE2000495B2 - Verfahren zur Abscheidung eines Metalles bzw. Metalloxydes auf einem Substrat aus Glas, feuerfestem Oxyd, Keramik oder Halbleitermaterial - Google Patents

Description

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octoat oder Manganoctoat enthaltende Lösung Werkstück herum zu vermeiden die sonst mfo ge verwendet wird der durch die Hitze bedingten Einwirkung auftritt.

^Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch Bei der Ablagerung eines ^ugsmaterials ,„

gek_2I1nzeichnet, daß zur Beschichtung eine Lösung Teilchenform auf e.nem Werkstuck-durch ckktromit 2 g Kobaltoctoat, 68 g Toluol und 30 g Tri- 30 statische Ablagerung sind ™^Λ™***™™*- chloräfhylen verwendet wird. rücksichtigen. Wenn be.sp.elswe.se e η,groß«.Teilchen

des Überzugsmaterials aufgeladen und anschließend durch Wechselwirkung mit Luft u. dgl. weiter zerteilt

wird, vergrößert sich die Gesamtoberfläche, während

35 die ursprüngliche elektrische Ladung gleichbleibt. Da

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ab- die Aufladung im wesentlichen ein Oberflächen-Kleidung eines Metalls bzw. Metalloxydes auf einem phänomen ist, wird die Gesamtkapazitat von derartig Substrat aus Glas, feuerfestem Oxyd, Keramik oder hergestellten kleineren Teilchen gegenüber der Kapa-Halbleibtrmaterial, bei dem eine ein organisches zität des Anfängst« chens erhöht. Die gesamte Metallsalz enthaltende Lösung unter Bildung von ₄e Ladung, die von den kleineren Te.lchen getragen wird, Partikeln zerstäubt wird, die elektrostatisch aufge- ist dagegen nicht größer als die Ladung des ursprungladen und anschließend auf dem Substrat abgelagert liehen größeren Teilchens, aus dem die kleineren _werden Teilchen gebildet werden. Da die Kapazität eines

Das'Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß Teilchens für eine elektrische Ladung ra einem die verwendete Lösung ein verdampfbares, flamm- 45 direkten Zusammenhang mit der Ubertlacne stent, hemmendes, haiogeniertes Lösungsmittel und ein werden daher die aus einem größeren Teilchen gethermisch zersetzbares organisches Metallsalz in bildeten kleineren Teilchen eine kleinere Ladung einem organischen Lösungsmittel enthält, wobei das tragen, als ihrer Kapazität entspricht, selbst wenn das Metallsalz aus einem oder mehreren Metallen der ursprungliche Teilchen die theoretische Maximal-Gruppe II bis VIII des Periodensystems der Elemente 50 ladung hatte. Ein Teilchen mit einer hohen Ladung und einem Octoat-, Naphthenat-, Resinat-, Stearat-, wird nun von einem, mit einem Überzug zu versehenen Linolat-, Borat-, Acetat-Rest, Derivaten der Tallöl- Werkstück leichter angezogen als ein Teilchen nut Säuren oder C,- bis C„-Carbonsäure besteht, das einer niedrigeren Ladung. Es ergibt sich daraus, daß durch Wärmeeinwirkung unter Bildung eines Metalles bei Verwendung einer elektrostatischen Bescnicntungs- bzw. Mctalloxydes thermisch zersetzt wird. 55 technik kleine Teilchen aus Beschichtungsmaterial mit

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren handelt es hoher Ladung am günstigsten sind, da man auf diese Sich also um ein elektrostatisches Beschichten eines Weise ihre elektrostatische Aufladung zur Erzielung Substrates mit Teilchen eines Gemisches, das ein ver- eines einheitlichen, dünnen Filmes von hoher Qualität dampfbares, feuerhemmendes Lösungsmittel und ein am besten ausnützt.

thermisch zersetzbares organisches Metallsalz in 60 Die Lösung eines Uberzugsmateriabs muß daher einem organischen Lösungsmittel gelöst enthält. Das besonders am Anfang gute Verspruheigenscnaften Substrat befindet sich in einem Zustand erhöhter haben, um die elektrostatische Aufladung gut ausTemperatur, und zwar wird es auf eine Temperatur zunützen. Die in der vorliegenden Erfindung begehalten., bei der eine thermische Zersetzung des nutzten Überzugsmaterialien besitzen nun diese guten Salzes und eine Verdampfung des organischen Lö- 65 Versprüheigenschaften, wenn sie in einem geeigneten sungsmiUels erfolgt. Nach erfolgter Zersetzung des organischen Lösungsmittel gelöst sind. Jedoch neigen Salzes wird auf dem Substrat ein Metall bzw. ein die in dem organischen Lösungsmittel gelösten Metall-MetalloJiyd abgelagert. salzteilchen in gelöstem Zustand dazu, sich während

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der Ablagerung auf dem Werkstück zn entzünden, dem eignet sich die Vakuumverdampfungstecbnik Wenn man nun ein nammenhemmendes Lösungs- nicht allgemein für automatisierte Verfahrensabläufe, mitte, wie Beispielsweise ein haiogenierles Lösungs- die geeignet sind, metall- bzw. metalloxydbeschichtete mitts zu der Lösung des m dem organischen Lösungs- Substrate in technischem Maßstab zu liefern. Außermittel pasten Metallsalzes hinzurügt, das keine 5 dem sind einige Metallsalze bei erhöhten TempenachteiUge Wirkung auf die gewünschten Versprüh- raturen verbrennbar oder hitzebeständig oder reaeigenschaften der Metallsalzlösung im organischen gieren mit dem Wolfram so schnell, daß eine Elek-Losungsmittd ausübt, so wird die Tendenz des tronenbeschießung notwendig ist, um sie in einer zur organischen Losungsmittelanteiles, beim Inberührung- Beschichtung von Substraten geeigneten Weise zu bringen mit Temperaturen in der Nähe oder oberhalb w verdampfen,
seines Flammpunktes zu entflammen, beseitigt. Die Abscheidung von Metallen bzw. Metalloxyden

In der UbA.-Patentschnft 3 169 883 wird aller- unter Verwendung von Kathodenzerstäuben kann dings bereits eine Vorrichtung und ein Verfahren zum unter Verwendung einer Vorrichtung durchgeführt elektrostatischen Überziehen eines Substrates mit werden, die der bei der Vakuumverdampfung veremem Uberzugsmatenal beschrieben, das in die Vor- 15 wendeten üblich ist. Im allgemeinen wird ein niedriges richtung unter einem hohen hydrostatischen Druck Vakuum dadurch beibehalten, daß man ein Gas, eingespeist wird. Das besondere an der vorliegenden gewöhnlich Argon, in eine Glocke läßt, während man Erfindung ist aber dann zu sehen, daß ein verdampf- die Glocke auf ein hohes Vakuum gepumpt hat bzw. bares, flammenherc-nendes, halogeniertes Lösungs- pumpt. Eine Glimmentladung kann dadurch herbeimittel und ein thermisch zersetzbares organisches 20 geführt werden, daß für eine hohe Spannung zwischen Metallsalz — in einem organischen Lösungsmittel dem Kathodenelement, das als Quelle für das zur Abgelöst — angewandt wird. Das organische Lösungs- scheidung auf dem Substrat vorgesehene Metall bzw. mittel wird zur Erreichung der erforderlichen Ver- Metalloxyd dient, und einem Anodenelement gesorgt Sprüheigenschaften des Salzes angewandt; es ent- wird. Der zur Beschichtung vorgesehene Körper, Zündet sich aber in unmittelbarer Nr-he des erhitzten 25 d. h. das Substrat, kann an der Kathode gelegen sein, Substrates. Das halogenierte Lösungsmittel wird oder er kann sich im Glimmbereich befinden. Die durch !zugegeben, um das organische Lösungsmittel vor die Glimmentladung hergestellten Argonionen werden einer Entflammung zu bewahren. Derartige Probleme zur Kathode hin beschleunigt und gewinnen austreten naturgemäß r ·ιγ dann auf, wenn man das Salz reichend Energie, um Atome von der Kathode zu versprühen und das versprühte Salz auf einem er- 30 verdrängen. Die von der Kathode durch die Argonhitzten Substrat elektrostatist. h absi ',leiden will. ionen verdrängten Atome haben gewöhnlich eine

Die Abscheidung eines Metüles b^w. Metallsalzes ausreichende Geschwindigkeit, um an dem Substrat auf einem Nichtmetallsubstrat, wie Glas, Keramik, zu haften, wenn sie mit dem Substrat zusammenstoßen, glasierte Keramik, Siliciumdioxyd u. dgl., kann unter Die Kathodenzerstäubungstechnik ist im allgemeinen Verwendung eines beliebigen zur Verfügung stehenden 35 langsamer als die Vakuumverdampfungstechnik, d. h., Verfahrens bewirkt werden. Im allgemeinen hängt daß die Kathodenzerstäubung Minuten bis Stunden das zur Abscheidung des Metalls bzw. Metalloxydes zur Abscheidung eines metallische*·, Films auf einem auf das Nichtmetallsubstrat ausgewählte Verfahren Substrat benötigt, während die Vakuumverdampfungsvon einer Anzahl von Faktoren, wie der gewünschten technik Sekunden bis Minuten braucht, um einen Gleichmäßigkeit der metallischen Beschichtung, der «o metallischen Film vergleichbarer Stärke auf dem Stärke der metallischen Beschichtung, der Zusammen- Substrat abzuscheiden. Jedoch sind viele der Nachsetzung der metallischen Beschichtung, der Verfüg- teile, die mit der Vakuumverdampfungstechnik verbarkeit der erforderten Beschichtungsvorrichtung und bunden sind, auch bei der Kathodenzerstäubungsder Zusammensetzung des zur Beschichtung vorge- technik anzutreffen, wie die Notwendigkeit der Versehenen Materiales ab. Wenn auch die Beachtung der 45 Wendung einer teuren Vorrichtung, die wirtschaftobenerwähnten Faktoren auf der Hand liegt, so sind liehe, automatisierte Verfahren zur Herstellung metalldoch einige Faktoren bei der Auswahl eines Ver- beschichteter Substrate nicht zuläßt,
fahrens zur Abscheidung eines Metalls bzw. Metall- Die Dampfphasenablagerung eines metallischen oxydes auf ein Nichtmetallsubstrat besonders zu Materials auf einem erhitzten Substrat bei atmosphäbeachten. 50 rischem Druck beinhaltet im allgemeinen das Redu-

Vakuumverdampfungsverfahren können zur Be- zieren oder zum Zerfallbringen eines flüchtigen Metallschichtung bei Nichtmetallsubstraten oder Körpern halogenides, so daß eine Beschichtung aus Metall mit verschiedenen Metallen bzw. Metalloxyden ange- bzw. Metalloxyd auf dem erhitzten Substrat gebildet wandt werden. Die Vakuumverdampfung kann in wird. Das thermisch zersetzbare Metallhalogenid ist einem evakuierten Glasglocken-Standgefäß unter Ver- 55 geeignet, in seine Komponentenatome durch Dissowendung eines Wolframfadens durchgeführt werden, ziation oder durch Reduktion bei einer Temperatur der im allgemeinen mittels Durchleiten eines elek- unter der Schmelztemperatur des Metallsalzes und irischen Stroms durch den Faden auf eine sehr hohe unter der Schmelzpunkttemperatur des Substrates Temperatur erhitzt wird. Gewöhnlich befindet sich aufgetrennt zu werden. Außerdem sollte das flüchtige das Metallsalz, das verdampft werden soll, in Kontakt 60 Material stabil genug sein, um die Abscheidungsobermit dem Faden, wodurch das Metallsalz auf eine fläche zu erreichen, bevor die thermische Zersetzung Temperatur erhitzt wird, die ausreichend ist, die Ver- stattfindet. Im allgemeinen wird ein geeignetes Gas, dampfung des Salzes zu bewirken. Die Moleküle des wie Wasserstoff, über ein flüssiges Metallhalogenid Metallsalzes neigen dazu, sich in allen Richtungen von geleitet, das auf eine Temperatur erhitzt wird, die der Quelle strahlenförmig auszudehnen. Das Ver- 65 notwendig ist, den gewünschten Partialdruck des fahren arbeitet bei vielen Metallsalzen gut. Jedoch Metallhalogeniddampfes zu bilden. Das Gasgemisch ist eine Vorrichtung notwendig, um die notwendige wird über das erhitzte Substrat in eine Plattiefungs-Vakuumverdampfungsumgebung zu schaffen. Außer- kammer geleitet, wo das Metallhalogenid thermisch

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«um rreien Metuli und Halogen zersetzt wird. Die die Verbrennung hemmende Lösungsmittel verflüchtigt

Metallabscheidungen auf dem Substrat und das und zersetzt sich teilweise bei der Abscheidung.

Hftlogenid können durch Kondensationsverfahren Das Metallsalz ist ein organisches Melallsalz, das

gewannen werden. Das Verfahren hat gute Anpas- aus Metallen der Gruppe II, III, IV, V, VI, VII und

«ungsTähigkelt und ist im allgemeinen wirtschaftlicher 5 VIII des Periodensystems der Elemente oder aus

als die vorauserwahnten Verfahren, jedoch ist eine Kombinationen dieser Metalle bestehen kann. Von

teure Vorrichtung notwendig, und das Verfahren kann den verschiedenen, in dem periodischen System der

Iceine gleichmäßige Abscheidung liefern, es sei denn, Elemente angegebenen Metallen werden Co, Pb, Mn,

daß hoheGasfließgcschwindigkeiten verwendet werden. Ce, Cr, Cu, Ag, Au, B, Al, Mo, Ni, Fe, Sn, Va, Zr,

Die clektroplattierung ist ein weiteres Verfahren ™ Ca, Zn, Ba, Ta, La, Nd, Nb, Cd oder Kombinationen

zur Beschichtung eines Substrates mit einem Metall davon bevorzugt. Von den verschiedenen bevorzugten

bzw. Metalloxyd. Metallen werden Co, Mn, Zn, Fe, Cr oder ihre Kombi-

Im allgemeinen dissoziiert eine ionische Verbindung, nalionen besonders bevorzugt, wobei Co das am

wie ein Metallsalz, in Kationen und Anionen, wenn meisten bevorzugte Metall gegenüber allen anderen

sie in Wasser gelöst wird. Nach Einführung von 15 Metallen ist.

Metallelektrode!! in ein wäßriges Bad und Verbindung Der organische Rest des Salzes kann ein Octoat, der Elektroden mii einer Spannungsquelle fördern Naphthenat, Resinat, Stearat, Unoleat, Borat, Acetat, die Ionen einen elektrischen Strom durch den Elektro- Derivat der Tallölsäuren, Monocarbonsäure mit !yten. Das Verfahren verläuft nach dem Faradayschen 9 bis 11 Kohlenstoffatomen sein. Von den möglichen Gesetz, d. h. das Gewicht des Metalles, das an der 20 organischen Resten d;s Metallsalze* weiden das Kathode abgelagert oder von der Anode gelöst wird, Octoat, Naphthenat um' Jie Monocarbonsäuren mit ist proportional der Strommenge, die durch das Bad 9 bis 11 Kohlenstoffatomen bevorzugt, wobei das geleitet wird und umgekehrt proportional der Wertig- Octoat als organischer Rest besonders bevorzugt wird, keit des Metallions. Jedoch kann die Wirksamkeit Beispiele für Octoatsal/e sind Kobaltoctoat mit bis der EIcktroplattierung eines Substrates durch ver- ?5 zu etwa 6 Gewichtsprozent Kobaltmetall und Manschiedene Faktoren beeinflußt werden, wie durch die ganoctoat mit bis zu etwa 6 Gewichtsprozent Mangan-Temperatur und die Viskosität des Bades, durch den metall. Beispiele für Naphthenatsalze sind Kobalt-Strom, die Größe und Stabilität der Ablagerung an naphthenat mit bis zu etwa 6 Gewichtsprozent Kobalt, der Kathode, die Bewegung des Bades, die Konzen- Bleinaphthenat mit bis zu etwa 30 Gewichtsprozent tration der Bestandteile des Bades, den pH-Wert des 30 Blei, Mangannaphthenat mit bis zu etwa 6 Gewichls-Bades usw. prozent Mangan, Kupfernaphthenat bis mit zu etwa

Stromlose Ablagerung einer Metallbeschichtung 8 Gewichtsprozent Kupfer, Eisennaphthenat mit bis auf einem Substrat wird ohne Verwendung eine*, elek- zu etwa 6 Gewichtsprozent Eisen, Calciumnaphthenat Irischen Stroms dadurch erreicht, daß man das mit bis zu etwa 5 Gewichtsprozent Calcium und Zink-Metallion in Lösung mit dem freien Metall reduziert 35 naphthenat mit bis zu etwa 8 Gewichtsprozent Zink, und das freie Metall als metallische Beschichtung auf Das Metallsalz sollte geeignet sein, sich in einer das Substrat ablagert. Das Verfahren kann zur Ab- Luftatmosphäre bei etwa atmosphärischem Druck lagerung von Metallen auf einen Kunststoff, Keramik so zu zersetzen, daß ein Metall bzw. Metalloxyd auf u. dg., verwendet werden. Stromlose Plattierung be- dem erhitzten Nichtmetallsubstrat gebildet wird, inhaltet die Reduktion eines Metallions durch gleich- 4° Wenn das Salz nicht zur thermischen Zersetzung zeitige Oxydation eines chemischen Reduktionsmittels. geeignet ist, kann man das Salz von dem Substrat Jedoch liefert die stromlose Plattierung, wenn über- einfach dadurch entfernen, daß man es der Reibung haupt, nur eine sehr geringe Diffusion des Metalls in unterwirft. Das Metallsalz sollte geeignet sein, in das Substrat. seine Komponentenatorne bei einer Temperatur zu

Ein weiteres, von des- Industrie verwendetes 45 dissoziieren, die unter der Erweichungstemperatur

Verfahren zur Ablagerung eines metallischen Materi- der Nichtmetallmalerialien, wie Glas und bei einer

als auf ein nichtmetallischcs Material ist das Temperatur unter der Schmelzpunkttemperatur der

Siebdruckverfahren. Wie bei dem stromlosen Ver- Nichtmetallmaterialien, wie feuerfeste Oxyde, liegt,

fahren, weist das Metall bzw. Metalloxyd, wenn über- Außerdem ist es wünschenswert, wenn das Salz aus-

haupt, eine sehr geringe Diffusion in das Substrat auf. 50 reichend stabil ist, um die Abscheidungsfläche zu

Das erfindungsgemäße Verfahren überwindet die erreichen, bevor der Zerfall desselben erfolgt. Die

oben geschilderten Schwierigkeiten. Abscheidung eines Metallsalzes auf dem Substrat

Nach einer bevorzugten Ausführungsform des er- bei clv/? atmosphärischem Druck bildet ein Metall

findungsgemäßen Verfahrens wird zur Beschichtung bzw. Metalloxyd, das dazu neigt, in ein erhitztes

«ine Kobaltoctoat oder Manganoctoat enthaltende 55 Nichtmetallsubstrat, wie Glas, zu diffundieren, wo-

Lösung verwendet. Bevorzugt wird beim erfindungs- durch das Glas durch das diffundierte Metall getönt

gemäßen Verfahren zur Beschichtung einer Losung oder gefärbt wird. Eine fortdauernde Abscheidung

mit 2 g Kobaltoctoat, 68 g Toluol und 30 g Trichter- auf dem Nichtmetallsubstrat führt zu einer Be-

äthylen verwendet. schichtung von metallischem Material über der äußeren

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zersetzt sich 60 Oberfläche der NichtnietaUoberfläche. Daraus läßt

das erhitzte Metallsalz unter Bildung einer Metall- sichersehen, daß die Beschichtung in jeder gewünschten

bzw. Metalloxyd'Abscheidung, die dazu neigt, in das Tiefe ü\yr der äußeren Oberfläche des Substrates

Substrat tu -diffundieren. Wenn das Substrat Glas ist, angebracht werden kann. Wenn beispielsweise die

neigt die Diffusion des abgeschiedenen Metalles bzw. Metallisierung eines Substrates eines Halbleiters ge-

Metalloxydes in v:iem Glas dazu, das Glas zu tönen 65 wünscht wird, kann das Metall bzw, Metalloxyd auf

oder zu färben. Eine fortgesetzte Abscheidung der der Oberfläche des Halbleitersubstrates zu der ge-

Lösutig führt zur Abscheidung einer Schicht von Metall wünschten Angströmstärke abgeschieden werden,

bzw. Metalloxyd auf der Oberfläche des Substrates. Das Weitere elektronische Vorrichtungen, einschließlich

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Dünn - Filmkondensatoren, Dünn - Filmwiderstände, organischen Lösungsmittels, wie eines Gemisches von Metallisierung von integrierten Schaltkreisen, die aus Koballoctoat und Toluol, auf ein Substrat, neigt das Substratmaterialien, svic Siliciutndioxyd u. dgl. her- Gemisch dazu, bei den für die elektrostatische Abgestellt sind, können Filme aufweisen, die auf den scheidung des Gemisches auf dem erhitzten Substrat Substraten unter Verwendung des erfindungsgemäßen 5 benötigten Spannungen aufzuflammen. Das Kobalt-Verfahrens abgelagert sind. Ein Beispiel eines dünnen octoat- und Toluolgemisch scheint dann nicht aufzu-Filmkondensators, der teilweise unter Verwendung flammen, wenn die zur elektrostatischen Übertragung der Lehren der vorliegenden F.rfindung hergestellt des Gemisches auf das Substrat erforderliche hohe werden kann, ist ein Silieiumdioxydkondensator, bei Spannung nicht auf dem System liegt. Die Zugabe dem ein Siliciumsubstrat als eine Platte wirkt, eine m einer feuerhemmenden bzw. die Entflammbarkeit Schicht von Siliciumdioxyd, die an das Substrat ange- verzögernden Substanz zu dem Kobaltoctoat- und bracht ist, als Nichtleiter wirkt und ein Film aus Toluolgemisch verhindert die Verbrennung des Ge-Aluminiummelallisierung, der unter Verwendung der misches, wenn dieses auf dem erhitzten Substrat unter Lehren der vorliegenden F.rfindung abgelagert ist. Verwendung elektrostatischer Verfahren abgeschieden die andere Platte des Kondensators bildet. 15 wird.

Um gute Zerstäubungseigenschaften herzustellen. Eine geeignete feuerhemmende Substanz kann aus sollte das organische Metatlsalz in einem organischen halogenierten Lösungsmitteln, wie chlorierten Lö-Lösungsmittel gelöst werden. Die Kombination des sungsmitteln, bestehen. Geeignete chlorierte Lösungs-Salzes . und des organischen Lösungsmittels kann mittel sind Trichlorethylen, Tetrachlorkohlenstoff, elektrostatisch oder unter Verwendung mechanischer ao 1,1,1-Trichloräthan, 1,1,2-Trichloräthan, Perchlor-Vorrichtungen, wie hydraulisch, mit Luft, Kombi- äthylen, Dichlorisopropyläther und Trichlorbenzolnationen derselben u. dgl. zerstäubt werden. Ein methylenchlorid. Eine vorauszusetzende Eigenschaft geeignetes organisches Lösungsmittel kann ein Al- des halogenierten Lösungsmittels besteht darin, daß kohol, Polyol, Ester, Keton, Glykoläther, aromatischer es keinen Flammpunkt hat. Außerdem muß sich das Kohlenwasserstoff, Terpinkohlenwasserstoff, Kombi- 25 halogenierte Lösungsmittel verflüchtigen und teilnationen derselben u. dgl. sein. Ein geeignetes Alkohol- weise zersetzen, wenn es erhöhten Temperaturen ausLösungsmittel kann Amylalkohol, sek.-Amylalkohol, gesetzt wird. Die Teilzersetzung des halogenierten Isobutylalkohol, n-Butylalkohol, sek.-Butylalkohol. Lösungsmittels scheint die Luft daran zu hindern, Isodecylalkohol, n-Decylalkohol, Cyclohexanol, Atha- sich mit dem flüchtig gemachten aromatischen nol, 2-Äthylbutylalkohol, n-Hexanol, Methylalkohol, 30 Kohlenwasserstoff zu kombinieren und dadurch den Methylamylalkohol, 3-Methoxybutylalkohol, Isooctyl- verflüchtigten aromatischen Kohlenwasserstoff am alkohol, n-Octylalkohol, lsopropylalkohol und η-Pro- Aufflammen zu hindern, wenn das elektrostatische pylalkohol sein. Ein geeignetes Polyol-Lösungsmittel Verfahren abläuft. Die Zugabe bis zu etwa 30 g eines kann Äthylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylen- halogenierten Lösungsmittels, wie Trichlorethylen, glykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol.Tripropylen- 35 zu etwa 70 g eines Gemisches eines Metallsalzes und glykol, 1,3-Butylenglykol, Hexalenglykol und Poly- eines organischen Lösungsmittels scheint das Gemisch äthylenglykol sein. Ein geeignetes Ester-Lösungsmittel am Aufflammen in einer Luftatmosphäre bei etwa kann Amylacetat, Isobutylacetat, n-Butylacetat, sek.- atmosphärischem Druck zu hindern, wenn elektro-Butylacetat, Diäthylenglykolmonobutylätheracetat, statische Ladungen von etwa 70 000 Volt angewandt Äthylenglykolmonobutyjätheracetat, Diäthylenglykol- 4° werden und die Ablagerung auf ein Glassubstrat monoäthylätheracetat, Ät hy lenglykolmonoäthy lather- erfolgt, das auf etwa 590⁰C erhitzt wurde, acetat, Äthylacetat, 2-Äthylhexyl-(octyl)-acetat, Hexyl- Der elektrische spezifische Widerstand der Beacetat, Methylacetat, Methylamylacetat, Äthylen- Schichtungslösung scheint eine Wirkung auf die Zerglykoimonomethylätheracetat, Isopropylacetat und stäubungseigenschaften der Lösung auszuüben. Bein-Propylacetat sein. Ein geeignetes Keton-Lösungs- 45 spielsweise besitzen die elektrostatisch-hvdrostatischen mittel kann Aceton, Acetophenon, Cyclohexanon, Anlagen im allgemeinen Vorrichtungen für die Diacetonalkohol, Diäthylketon, Diisobutylketon, Di- elektrische Erdung der Lösung am Handgriff dei frretnyrfofmatnirf, Äthylamylketon, Äthylbutyiketon, Verteiiungsvoniehtung. In dent MaB, wie der Wider-Isophoren, Mesityloxyd, Methylathylketon, Methyliso- stand der Lösung atmrrmm, leitet die zwischen dem amylketon, Methylisobutylketon, Methyl-n-propyl- 50 Handgriff der Dispergierungsvorrichtung und dem keton, Äthylälhef und Tsopropyläther sein. JEin ge- Düsenaustritt der Sprühvorrichtung vorhandene Löeignetes Glykoläther-Lösungsmittel kann Äthylen- sung mehr Strom. Im Ergebnis wird die Ladungsglykolmethyläther, Äthylenglykoläthyläther, Äthylen- spannung der Elektrode der Dispergiervorrichtunf glykol-n-butyläther, Diäthylenglykolmethyläther, Di- verringert. Die Elektrode der Dispergiervorrichtunf äthylenglykoläthyläther, Diäthylenglykol-n-butyläther, 55 kann flüssig oder fest sein. Die sich ergebende Span-Propylenglykolmethyläther, Dipropylenglykohnethyl- iiungsverringerung kann ausreichend groß werden äther und Trrpropylenglykormethyläther sein. Ein um die Wirksamkeit der elektrostatischen Vorrichtuni geeignetes aromatisches Kohtenwasserstofflösungs- zu beeinträchtigen. Es kann deshalb eine besser« mittet kann Benzol, Toluol Hnd Xylol sein. Ein ge- Leistung bei elektrostatischen Anlagen erreicht wer eignetes TerpenkoMenwasserstoff-Lösungsmittel kann 60 den, wenn man Lösungen mit hoher elektrische Terpentinharz, dampfdestiHtertes Terpentin und Al- Widerstandsfähigkeit, d. h. etwa 0,05 bis 1 megOhmcn pha-Pinen sein. Von den verschiedenen organischen oder höher, verwendet.

Lösungsmitteln werden die aromatischen Kohlen- Der Gewichtsprozentsatz der Bestandteile dei

wasserstofflösungsmittd bevorzugt. Von den aroma- Beschichtungstösung kann in einem weiten Bereicl

tischen Kohfenwasserstofflösungsmitteln wird Toluol 65 m Abhängigkeit von Faktoren, wie der gewünschtei

besonders bevorzugt. Widerstandsfähigkeit der Lösung, dem gewünschte)

Während der elektrostatischen Übertragung eines pH der Lösung, der gewünschten Viskosität de

Gemisches des organischen Metallsalzes und eines Lösung, der gewünschten Fließfähigkeit der Lösung

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der gewünschten Ablagerungsmenge der Lösung pro oxyd das besonders bevorzugte Substratmaterial ist. Zeileinheit u. dgl. variiert werden. Der spezifische Geeignete Halbleitersubstrale, auf die das Metall bzw. Widerstand und der pH-Wert der Lösung wurden Metalloxyd abgeschieden werden kann, sind Gerberliits erwähnt. Lösungen geringerer Viskosität maniumoxyd, Galliumoxyd und Siliciumoxyd. Von scheinen weniger Kraft zum Zerstäuben zu bean- 5 den verschiedenen, zur Verwendung geeigneten HaIbsprl'dien. Geringere Geschwindigkeit scheint eine leitersubstratmaterialien wird Siliciumoxyd bevorzugt, höhere« Übertragungswirksamkeit der Lösung auf das Ein elektrostatisches Feld bildet die Grundlage, zur Beschichtung vorgesehene Substrat und eine ent- durch das die elektrostatische Beschichtungslösung sprechende Abnahme der außerhalb der Substrate geladen und auf das Substrat abgeschieden werden versprühten Lösung zur Folge zu haben. Der Viskosi- io kann, und in manchen und anschließend noch ertätsbereich der Lösung ändert sich beträchtlich bei den läuterten Fällen kann das Feld eine Wirkung auf die verschiedenen Lösungsbestandteilen. Erhöhte Fließ- Zerstäubung ausüben. Die Verwendung einer Vorfähigkeit der Lösung kann dadurch erreicht weiden. richtung für eine erhöhte Luftgeschwindigkeit, die daß man ein Lösungsmittel durch ein anderes mit nicht mit einem elektrostatischen Feld zur Zerstäubung geringerer Verdampfungsgeschwindigkeit ersetzt. Im 15 der Beschichtungslösung verbunden ist und das Zurallgemeinen wird der Grad der Fließfähigkeit, der verfügungstellen von Transportmitteln für die zerbei dem System toleriert werden kann, durch die stäubte Lösung auf das erhitzte Substrat scheint eine physikalischen Bedingungen der Aufbringung be- schwache Ablagerungswirksamkeit der Lösung auf stimmt. Die Ablagerungsmenge der Lösung pro Zeit- dem erhitzten Substrat zu bewirken. Unter anderen einfielt ändert sich nach der Zusammensetzung der 20 Ursachen scheint die durch das erhitzte Substrat Lösung. Wenn man beispielsweise Glas tönen will, ausgestrahlte Hitze die zerstäubten Teilchen der ist eine Lösung von 2 g Kobaltoctoat, 68 g Toluol und Lösung anzustoßen. Außerdem scheint ein verwen-30 g; Trichlorethylen zufriedenstellend. Wenn man deter Luftstrom hoher Geschwindigkeit zum Transaber wünscht, das Glas durch die Verwendung von port der zerstäubten Beschichtungslösung das erKobalt nicht transparent zu machen, kann die Kobalt- 25 hitzte Glassubstrat so abzukühlen, daß die Diffusion octoatmenge in der Lösung erhöht werden. des Metalls bzw. Metalloxydes in das Glassubstrat

Has nichtmetallische Substrat, auf welches die verringert wird.

elentrostatische Beschichtungslösung abgelagert wird. Wenn jedoch eine elektrostatische Vorrichtung zui kann ein Glassubstrat, ein keramisches Substrat, ein Ladung und Ablagerung der Beschichtungslösung feuerfestes Oxydsubstrat, ein Halbleitersubstrat u. dgl. 30 verwendet wird, scheint sich die Übertragungswirksein. Geeignete Glassubstrate sind Soda-Kalk- (Krön- samkeit der Lösung auf das Glassubstrat zu erhöhen, glas) oder Kalkgläser, die etwa 20 Gewichtsprozent Außerdem scheint das erhitzte Glassubstrat nicht bis Nalriumoxyd, etwa 5 Gewichtsprozent Calciumoxyd, zu dem Punkt gekühlt zu werden, daß die Diffusion etwa 70 bis etwa 75 Gewichtsprozent Siliciumdioxyd des Metalls bzw. Metalloxydes in das Glassubstrat und geringe Mengen anderer Verbindungen enthalten. 35 wesentlich beeinflußt wird. Daraus ist zu ersehen, Andere geeignete Glassubstrate sind Silikatglas und daß ein Vorteil, der unter Verwendung des elektro-Natriumcarbonat-Calciumoxyd-Siliciumdioxyd-Glas. sta'ischen Ablagerungsverfahrens erreicht wird, darin Wo das Glas für dekorative Zwecke verwendet wird, besteht, daß das hierdurch entwickelte elektrostatische werden Glasarbeiten, deren Erweichungstemperatur Feld die Verbesserung der Übertragungswirksamkeil bei niedrigen Temperaturen liegt, bevorzugt. Das auf 40 der Lösung auf das Substrat unterstützt. Weiterhin dem Glas abgelagerte Metall neigt dazu, in das Glas ermöglichen elektrostatische Ablagerungs- bzw. Niezu diffundieren, wenn das Glas auf seine Erweichungs- derschlags-Verfahren ein vorteilhaftes Arbeiten mil temperatur erhitzt wird, wodurch das Glas getönt Fertigungsstraßen, um Metalle bzw. Metalloxyde oder gefärbt wird. Die Diffusion des Metalles in das auf das erhitzte Substrat abzulagern. Beispielsweise Glas scheint bis in eine Tiefe von mehreren Angström 45 liefert die Verwendung eines elektrostatisch geladener zu erfolgen. Die Diffusion von Kobaltmetall in ein und abscheidenden Feldes die Vermeidung eines Soda-Kalkglas neigt dazu, das Glas blau zu tönen wesentlichen Verlustes der Beschichtungslösung, dei oder zu färben. Die Diffusion anderer Metalle in das dadurch auftreten kann, daß die Abscheidung dei Glas neigt dazu, das Glas in verschiedenen anderen zerstäubten Partikeln erfolgt, bevor diese das Substrat Farben zu färben oder zu tönen. Beispielsweise neigt 50 erreichen, and der dadurch eintreten kann, daß die Zirkonium zur Blautönung, Eisen zur Brauntönung, zerstäubten Partikeln der Lösung sich an' dem er-Zirtk zur Weiß-, Chrom zur Grün-, Kupfer zur Grün- hitzten Substrat vorbei in den Hintergrund bewegen und Cer zur Rot-Tönung. Die Borsifikatglase sind für Wie erwähnt, scheint die in die darum herumliegendi HoKhtemperaturbehandlungen zufriedenstellender als Umgebung durch das erhitzte Substrat ausgestrahlte die Glase mit niedrigen Erweichungstemperaturen. 5s Wärme die nichi geladenen zerstäubten Teilchen dei

Beispiele geeigneter keramischer Substrate, auf die Beschichtungsiösung zn veranlassen, von dem Sub-

das Metall bzw. Metalloxyd abgeschieden werden strat weggelenkt bzw. abgestoßen zu werden, wodurct

können, sind Steatit, Zirkon und Aluminiumoxyd. eine geringe Übertragungswirksamkeit auftritt. Dk

Von den verschiedenen keramischen Substraten, die geeignete Ladung der Sprühteikhen durch eint

zur Ablagerung der Beschichtungslösung geeignet 60 elektrostatische Vorrichtung und geeignete Ver-

Sindl, wird Alumtniamoxyd bevorzugt. Wendung des elektrostatischen Feldes zwischen dei

Creeignete feuerfeste Oxydsubstrate, auf die das elektrostatischen Vorrichtung und dem Substrat hat

Metall bzw. Metalloxyd abgeschieden werden kann, die Ablagerung der geladenen, zersprühten Teilchen

Sind Berylliumoxyd, Calciumoxyd, Magnesiumoxyd. der Beschichtungszubereitung zur Folge, die sonst

Thciriumdioxyd, Zirkoniumdioxyd u. dgl. Von den 65 entweder als Unter- oder Vorbeisprühen abgeleitet

verschiedenen feuerfesten Oxydsubstraten, die zur bzw. verbraucht oder von dem Substrat wegen dei

Verwendung geeignet sind, werden Aluminiumoxyd mit dem erhitzten Substrat verbundenes Hitzeaus-

d Beryllnimoxyd bevorzugt, wobei Aluminium- strahlung abgestoßen werden. Es erabt sich

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daß die Übertragungswirksamkeit der Beschichtungs- Glases mit dem gewünschten Metall bzw. Metalloxyd

lösung auf das erhitzte Substrat durch die Verwendung das Glas auf seine Erweichungstemperatur erhitzen,

elektrostatischer Verfahren verbessert wird. wodurch die Diffusion eines Teiles oder des gesamten

Verschiedene Faktoren, einschließlich der Eigen- Beschichtungsmateriak in das Glas bewirkt wird. Im schaft oder der Eigenschaften des elektrostatischen 5 allgemeinen liegt die Erweichungstemperatur des Feldes, scheinen auf die Ubertragungswirksamkcit Glases mehrere 100⁰C über der Abbaulcmperatur des der Beschichtungslösung auf das erhitzte Substrat organischen Metallsalzes und der Verdampfungseine Wirkung auszuüben. Beispielsweise scheint die temperatur des Lösungsmittels. Demgemäß kann die Ladung einer einzelnen zerstäubten Partikel der Lösung auf dem erhitzten Substrat bei der Zerfall-Beschichtungslösung eine Funktion der Oberfläche io temperatur des organischen Metallsalzes abgeschieden des Tropfens zu sein. Je kleiner der Durchmesser der werden, um auf diese Weise das Substrat mit einem zerstäubten Partikeln ist, um so größer ist das Ladung- Metall bzw. Metalloxyd zu beschichten. Anschließend iu-Massen-Verhältnis bei der Partikel. Es scheint, kann das Substrat auf eine Temperatur erhitzt werden, daß — je kleiner die zerstäubte Partikel ist — um so die höher liegt als die Zerfallstemperatur des oygamehr Steuerung das elektrische Feld zwischen der 15 nischen Metalloxyds, wodurch ein Teil oder das geelektrostatischen Vorrichtung und dem Substrat samte Metall bzw. Metalloxyd veranlaßt wird, in das auf dem Weg ausübt, der von dem Teilchen zwischen Substrat zu diffundieren.

der elektrostatischen Vorrichtung und dem erhitzten Das folgende Beispiel erläutert die Herstellung eines

Substrat zurückgelegt wird. Ein elektrostatisches Feld Natriumcarbonat-Calciumoxyd-GIassubstrates, das

mit einem mittleren Potentialgradienten von 2000 Volt' 20 mittels Diffusion eines Metalles getönt wird,
cm oder höher scheint zufriedenstellende Ergebnisse

ta liefern. Beispiel

Die Atmosphäre, in welcher die Lösung zerstäubt

wird, kann eine Luftatmosphäre oder eine inerte Ein im wesentlichen farbloses Natriumcarbonat-Gasatmosphäre, wie Helium, Neon, Argon u. dgl., 25 Calciumoxyd-Glassubstrat wird auf eine Temperatur sein. Die inerte Gasatmosphäre scheint die Oxydation im Bereich von etwa 600 bis 700°C erhitzt. Das erdes auf dem erhitzten Substrat abgeschiedenen Metalls hitzte Glassubstrat wird nahe an einem Sprühkopf bzw. Metalloxydes zu verzögern. Das Metall bzw. einer elektrostatischen Vorrichtung in einer Lufl-Metalloxyd kann oxydieren, wenn die das erhitzte atmosphäre bei atmosphärischem Druck vorbei-Substrat umgebende Atmosphäre Sauerstoff, wie die 30 geleitet. Ein elektrostatisches Feld wird zwischen der Luftatmosphäre, enthält. Es kann jedoch bei der elektrostatischen Vorrichtung und dem Glassubstrat Herstellung elektronischer Komponenten, wie Dünn- gebildet. Das erhitzte Glassubstrat hat etwa das filmwiderständen, wünschenswert sein, den Metall- Potential der Erdung und die elektrostatische Vorfilm, wie Zinn, zu oxydieren, um einen Widerstands- richtung ist an etwa 70 000 Volt Gleichstrom angefähigen Film, wie Zinnoxyd, herzustellen. Es kann 35 schlossen. Das Gemisch besteht aus 2 g Kobaltoctoat daher die Ablagerung von Zinn in einer Luftatmo- mit einem Gehalt von etwa 6 Gewichtsprozent Kobaltsphäre vorteilhaft sein, wenn man einen Zinnoxyd- metall, etwa 68 g Toluol und etwa ->0 g Trichlor-Dünnfilm-Widerstand hei ."«teilen will. äthylen. Das Gemisch wird zerstäubt, und das elcktro-

Das elektrostatische Feld wird zur Zerstäubung statische Feld lädt die einzelnen Gemischteilchen auf.

und Übertragung der Beschichtungslösung auf das 40 Das elektrostatische Feld zwischen der elektro-

Substrat verwendet. Eine elektrostatische Vorrichtung, statischen Vorrichtung und dem Glassubstrat stellt

welche die Zerstäubung der Beschichtungslösung sicher, daß im wesentlichen die gesamten zerstäubten

wenigstens teilweise elektrostatisch bewirkt, ist in der Gemischteilchen die Wärme durchdringen, die durch

USA.-Patentschrift 3 169 882 beschrieben. das erhitzte Substrat ausgestrahlt wird, um auf das

Fs sollte klar sein, daß die Temperatur des Sub- 45 Substrat zu prallen. Das Gemisch zersetzt sich oder strates nur hoch genug sein muß, um den Zerfall des wird verdampft, wodurch metallisches Kobalt auf organischen Metallsalzes und die Verdampfung des dem Substrat abgeschieden wird. Das Substrat wird Lösungsmittels zu bewirken. Wenn es gewünscht wird, auf eine Temperatur erhitzt» die ausreichend ist, die Ht OifToskfii öte3 mmM tm. kfötaltoxyrtes in ein DIfTnStW₁ des tiimlTreeireff KoMts rff tfas Ölas zu Substrat, wie Glas, zn unterstützen, ist es vorgesehen, so bewirken. Das Glas wird dann bläuitefi Öttrett das das Glas auf seine Erweichungstemperatur zu er- Zusammenwirken des Kobalts mit dem Natriumhitzen. Man kann auch each der Beschichtung des carboirat-Caldumoxyd-Glas getönt.

Claims (1)

1. % χ ²

   Darüber hinaus kann die Temperatur des Sub.

   , Patentante: gggj

   X. Verfahren zur Abscheidung eines Metalls oxydes jn ^^^^ΐΕ^Κ^ taw. Metalloxydes auf einem Substrat m. O as, 5 ^ ⁰Jj^JgJ von Arbeitsverfahren zur Abfeuerfestem Oxyd, Keramik oder Halbleiter- Dw An«*»f ßbewugsmaterials auf einem Submaterial, bei dem eine ein organisches Metallsalz lagerung «"? "⁰SjJfSt₀Ck die nicht auf einer enthaltende Lösung unter Bildung von Partikeln strat oder ⁶·^η^_ΑΧΓ"^ _{der Te}5_che_n beruhen zerstäubt wird, die elektrostatisch aufgeladen und ^^ΓΤί^Α^β&ί di LWug"-anschließend auf dem Substrat abgelagert werden, w Mren zu ^wJ^sent^_{jse em groBer} Teil des Mad a d u r c h g e k e η η ζ e i c b η e t, daß die ver- ^ma^^aJ'JL^'S wird. Die Verwendung von wendete Lösung ein verdampfbares, flammhem- »j*J*£38^ ^ Überzugsmaterials kann mendes halogeniertes Lösungsmittel und em Luft w ^Z^™f_ljchen Abkühlung des Werkthermisch zersetzbares organisches Metallsalz in ^fe™f *" ^e'ⁿ'"JL, daß die gewünschte Wechseleinero organischen Lösungsmittel enthält, wobei 15 Stuckes fuhren, °«?^™£. A überzuesmaterials das Metallsalz aus einem oder mehreren Metallen wirkung zw.sehen den ™en des U oerzug^nafc der Gruppe!! bis VIII des Periodensystems der und dem Werkstuck behmdert wird ™**™W Elemente und einem Octoat-, Naphthenat-, Resi- nicht erfolgt. Die Anwendung «^ nat-. Stern*. Linolat- ,Borat-, Acetat-Rest, Deri- Aufladung der Te.lchen ^