DE2032639B2

DE2032639B2 - Verfahren zum Niederschlagen einer dünnen Goldschicht auf einem Träger durch Kathodenzerstäubung

Info

Publication number: DE2032639B2
Application number: DE19702032639
Authority: DE
Inventors: Guy Evreux Netreville Gauville; Jean Evreux Eure Pompei
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-07-17
Filing date: 1970-07-01
Publication date: 1979-04-12
Also published as: FR2054496A1; NL7010303A; DE2032639C3; DE2032639A1; GB1299976A; JPS491134B1; FR2054496B1; BE753520A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Niederschlagen einer dünnen Goldschicht auf- einem Träger durch Kathodenzerstäubung; wobei zwischen der Goldschicht und dem Träger zwecks Verbesserung der Haftung eine Wismutoxidschicht ebenfalls durch Kathodenzerstäubung angebracht wird.

Ein solches Verfahren ist bereits bekannt (DE-AS 10 58 805), wobei dort zur Herstellung durchscheinender Goldüberzüge auf Glas durch Kathodenzerstäubung in inerter und sauerstofffreier Atmosphäre eine Zwischenschicht aus einem der Oxide von Cadmium, Blei, Tellur, Antimon oder Wismut zwischen dem Glasträger und der Goldschicht und eine zweite Oxidschicht über der Goldschicht angeordnet werden. Diese Mehrschichtenfolge wird dort in mehreren Arbeitsgängen aufgebracht, wobei die Zwischenschicht in einer Argonatmosphäre mit Spuren von Sauerstoff, die Metallschicht jedoch anschließend in sauerstofffreier Argonatmosphäre aufgebracht werden soll. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß mehrere Umrüstungen der Kathodenzerstäubungsanlage erforderlich sind.

Zur Herstellung gut am Substrat haftender Goldschichten ist es auch bereits bekannt, Legierungen zu zerstäuben, die insbesondere entweder Gold und Kobalt oder Gold und Nickel enthalten, wobei diese beiden Metalle in den Legierungen in Mengen vorhanden sind, die 2Gew.% nicht überschreiten. Bei einem Beschüß der aus diesen Legierungen bestehenden Auftreffplatten in einer Atmosphäre, die Argon und anfänglich eine sehr geringe Menge Sauerstoff enthält, soll dort auf dem Substrat zunächst eine äußerst dünne Kobalt- oder Nickeloxidschicht entstehen und anschließend eine Goldschicht. Dabei hat sich gezeigt, daß die erhaltene Schicht nicht aus reinem Gold besteht, sondern daß die Zusammensetzung dieser Schicht sehr wenig von der der Ausgangslegierung verschieden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Kathodenzerstäubungsverfahren so zu verbessern, daß sich eine dünne gut haftende Goldschicht auf der vom Substrat getragenen Wismutoxidschicht unter Anwendung nur einer Auftreffplatte

2:

aufbringen'läßt Diese Aufgabe wird! erfindungsgemäß dadurch: gelöst;, daß'· die Wismutoxidschicht und die Göldschicht dadurch] in: einem A rbeitsgang angebracht werden;, daß' bei: der Kathodenzerstäubung: eine Auftreffplätte verwendet wird; auf: der eine- Schicht aus einer Goldi-Wismut-Legierung vorhanden ist und¹ daß das RfestgasimiZerstäubungsraum Sauerstoff enthält

DMüiichiwJrdlvorteilhaftejTweiseenreichti däßisichibeii der Verwendung einer Legierungvon Goldund Wismut auf dem: Substrat zunächst eine Wismutoxidschicht und

teilst es

zweckmäßig; wenn eine Auftreffplätte verwendet wird, auf! der eine· Schicht aus einer GoldrWismut-Legierung vorhanden, ist; die. 90' bis 98 Gew.% Gold: und; 10 bis 2?Gew.% Wismut enthält Vorteilhaft ist auch, daß'kein ArgonbeiidemZerstäubungsprozeß'benutzt zu: werden braucht Das Argonliann unbedenklich durch entweder Sauerstoff oder — was-noch einfacher ist — durch; Luft oder eini Gemisch; van Sauerstoff und· Stickstoff ersetzt werden:

Im folgenden: ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung^rläutert Die einzige Figur zeigt als schematische Anordnung einen Schnitt durch ein Sübstrati mit einer durch das beschriebene Verfahren auf diesem Substrat niedergeschlagenen Schicht

Das Substrat besteht aus einem dielektrischen Material) z. B. Glas. Es kann zur Durchführung' des beschriebenen Verfahrens auch jedes andere dielektrische Material als Substrat'verwendet werden, vorausgesetzt, daß' dieses Material ohne mechanische oder chemische Änderung- einen Elektronen- und Ionenbeschuß im Kathodenzerstäubungsraum aushalten kann. Kristalline Substrate, die vielfach in der Dünnschicht-Technik angewendet werden (kristalline Substrate wie keramische Substrate, Ferrite, Quarz usw.), sind zur Anwendung des beschriebenen Verfahrens geeignet.

Auf dem Substrat 10 werden nacheinander eine Schicht Ii aus Wismuttrioxid und eine Schicht 12 aus Gold, angebracht Dieser Überzug wird durch Kathodenzerstäubung unter Verwendung einer Auftreffplatte angebracht, wobei die Oberfläche dieser Kathodenauftreffplatte mit einer Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung überzogen ist Die für das Ausführungsbeispiel verwendete Legierung enthielt 98 Gew.% Gold und 2 Gew.% Wismut.

Eine geeignete Spannung zwischen den Elektroden der Entladungsvorrichtung liegt im Bereich zwischen 1 und 3 kV, was einen Strom mit einer Stromdichte von 0,1 bis 0,9 mA/cm² bei einem Elektrodenabstand von etwa 50 mm ergibt. Der Gasdruck liegt bei 1,33 χ 10~² mbar, das Entladungsgas besteht aus trockener Luft.

Die Schicht 11 aus Wismuttrioxid kann eine sehr geringe Dicke von 2 bis 4 nm aufweisen. Die Dicke der Goldschicht 12 kann in Abhängigkeit vom Anwendungszweck der erwähnten Schicht variieren. Für Glas, das Infrarotstrahlung reflektiert, soll diese Dicke nicht größer als 10 nm sein; die Dauer des Zerstäubungsprozesses beträgt dann 30 bis 40 see.

Es hat sich gezeigt, daß die enthaltenen Schichten eine große Festigkeit haben und mechanisch gut haften und in ihrer Qualität mit den Schichten vergleichbar sind, die bisher mit Gold-Kobalt- und Gold-Nickel-Legierungen erhalten wurden, deren Haftung viel besser als die der durch andere zuvor bereits bekannte Verfahren hergestellten Schichten war.

Es ist hervorzuheben, daß es bei Verwendung von Wismut nicht erforderlich ist, die Menge Sauerstoff, die

während der Zerstäubung vorhanden sein soll, derart zu bemessen, daß diese Menge gerade gleich der zur Oxidbildung: erforderlichen- Sauerstoffmenge- ist; wie dies bei Anwendungvon Kobalt und Nicke.· der Fäll ist Es hat sich gezeigt, daß sich der Sauerstoff: nach: der Bildung der Unterlage wie ein neutrales Gas verhält, das das Niederschlagen des Goldes nicht behindert Außerdem ist die Wismutmenge in: der erwähnten: Legierung; nicht so kritisch wie die Metallmenge bei: Verwendungrvon Gold-Kobalt- und Gold-Nickel-Legierungen ist In der Praxis wurden befriedigende Ergebnisse mit: Legierungen von, Gold:und Wismut mit einem Wismutgehalt zwischen 2und:10% erzielt

Durch' das. beschriebene Verfahren lassen sich' auf¹ einfache Weise Fensterscheiben herstellen, die Infrarot-Strahlung reflektieren:

Es ist bekannt; daß dünne Goldschichten für Strahlung des sichtbaren Spektralbereiches durchlässig: sind; während: Strahlung- aus- dem InfraroU/ereich des Spektrums reflektiert wirdi Derartige Schichten eignen sich dadurch insbesondere zur Anwendung· als Überzugsmaterial für Frontscheiben und: Fensterscheiben in Flugzeugen. Durch ihre Filterwirkung tragen diese Scheiben zur Klimaanpassung dadurch bei, daß das Auftreten des sog; »Treibhaus«-Effektes verhindert wird.

Zur Herabsetzung der Kosten der Klimaanlagen in Gebäuden, in denen die Außenwände zu einem wesentlichen Teil durch Glas gebildet werden, ist es üblich, Glas zu verwenden, das mit einer dünnen Goldschicht überzogen ist. Es versteht sich, daß die Zwischenschicht die als Haftschicht wirkt und sich zwischen dem Glassubstrat und der Goldschicht befindet, eine etwa gleiche spektrale Durchlässigkeit wie die Goldschicht aufweisen muß. Wismuttrioxid weist für diesen Zweck die geeigneten optischen Eigenschaften auf.

Das Überziehen einer Infrarotstrahlung reflektierenden Glasscheibe wird bekanntlich in zwei Stufen durchgeführt In einer ersten Stufe wird eine dünne Wismuttrioxidschicht, vorzugsweise durch reaktive Kathodenzerstäubung, niedergeschlagen, um eine gute Haftung dieser Schicht an der Glasscheibe zu erzielen. In einer zweiten Stufe wird eine Goldschicht durch Vakuumverdampfen angebracht.

Dieses bekannte Überzugsverfahren weist den Nachteil auf, daß zwei Vorrichtungen benötigt werden, und zwar eine Zerstäubungs- und eine Bedampfungsvorrichtung. Wenn diese Vorrichtungen sich in verschiedenen Räumen befinden, sind zwischen den beiden Stufen die Scheiben zur Beförderung zwischen den beiden Räumen wieder in Luft zurückzuführen, wodurch das Aussehen und die optischen Eigenschaften der Schichten beeinträchtigt werden können.

Beim hier beschriebenen Verfahren wird nur eine Kathodenzerstäubungsapparatur angewendet Nach einer bei der Kathodenzerstäubung vielfach verwendeten Maßnahme wird die Elektrodenauftreffplatte über der Elektrode angeordnet, die die mit Gold zu überziehende Glasscheibe abstützt. Die Abmessungen t>o des Zerstäubungsraumes und: der in: diesem Räum enthaltenen Elemente müssen selbstverständlich denen, der zu überziehenden: Substrate entsprechen; aber der Flächeninhalt beeinflußt die Eniladungsbedingungen nichtwesentlich:

Nachdem: die Oberfläche der zu beschichtenden Substrate sorgfältig; gereinigt worden, ist;, werdeir die Substrate in den: Zerstäubungsraum: eingebracht! wonach dieser Räum verschlossen und auf einens Restdruck zwischen U33: χ 1O.-^Z bis l;33; χ 10~³ mbarr evakuiert, wird. Die Entladung: wird anschließend in Gang gesetzt und während; mehr oder weniger langer Zeit: je nach': Dicke der gewünschten Goldschicht aufrechterhalten.

Für eine reflektierende Glasscheibe, auf! der naturgemäß,- nur eine sehr geringe Menge Gold' niedergeschlagen werdeni soll;, damit', die Transparenz- nicht! zu; stark herabgesetzt! wird], beansprucht, die Bearbeitung: sehr wenig Zeit: in der Größenordnungjvon 30 bis-40'sec. Im Hinblick, auf eine- Großserienfertigung; ist; diese- große GeschwihdigkeitLeiherh'eblicKer.Vorteiiirn: Vergleich zu den bekannten Beschichtungsverfahren. Die. Geschwindigkeit wird noch dadurch vergrößert;, daß der anfängliche Druck,.unter dem der Zerstäubungsprozeß in Gang gesetzt wird und der verhältnismäßig: hoch ist schnell erreicht wird: Zur Evakuierung- des^ Zerstäubungsraumes ist nur eine mechanische Pumpe erforderlich.

Ein weiterer Vorteil ist, daß der Ersatz des Gasgemisches aus Argon und Sauerstoff; wie es bei bekannten Verfahren verwendet wird, durch: Luft oder durch ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff zu einer erheblichen Herabsetzung des Herstellungspreises führt Vom technischen Standpunkt aus eignet sich Luft besonders gut denn: der Stickstoff liefert: Ionen zum Beschüß der Auftreffplätte und der Sauerstoff wirkt als reaktives Gas. Wichtig ist; daß die verwendete Luft trocken ist

Die transparente dünne Schicht aus reinem Gold, die durch das beschriebene Verfahren erhalten wird, unterscheidet sich in elektrischer Hinsicht von durch bekannte Verfahren erhaltenen Schichten ähnlicher Art dadurch, daß der Flächenwiderstand bei gleicher Dicke viel geringer ist Dieser Flächenwiderstand: kann bei einer Schichtdicke von einigen nm weniger als 10 Ω sein. Durch Regelung der Zerstäubungsbedingungen, insbesondere derjenigen der Zusammensetzung des Gasgemisches im Zerstäubungsraum, kann der Wert des Flächenwiderstandes der Schicht beeinflußt werden, und es können Schichten hergestellt werden, deren Flächenwiderstand bei einer Dicke von 5 bis 10 nm zwischen 10 und 500 Ω liegen kann.

Wegen ihrer großen Festigkeit, ihrer hohen Transparenz im sichtbaren Spektralbereich und ihres leicht einstellbaren elektrischen Flächenwiderstandes eignen sich diese Schichten besonders gut zur Herstellung transparenter und leitender Elektroden, wie sie z. B. in Vorrichtungen zur Entfernung von Eisablagerungen und/oder zur Verhinderung der Bildung solcher Ablagerungen verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

20) Patentansprüche:.

1. Verfahren zum: Niederschlägen' einer dünnen Goldschicht auf' einem Träger durch Kathodenzerstäubung, wobei zwischen der Goldschicht und: dem Träger zwecks, Verbesserung; der Haftung! eine Wismutoxidschicht ebenfalls- durch; Kathodenzerstäubung angebracht wird], d'adiuuiehi geJeejninizeichnet, daß' die Wismutoxidsch'icht und! die Goldschicht dadurch in' einem Arbeitsgang- angebracht werden;, daß beil der Kathodenzerstäubung eine. Auftreffplatte verwendet wind], auf: deir eine¹ Schicht aus einer Gbld-WismufclLegierung'vorhanden ist! und! daß' das Restgas im; Zerstäubungsraum Sauerstoff enthält is

2. Verfahren; nach) Anspruch-1¹,. dadurch: gekennr zeichnet, daß eine Auftreffplatte verwendet wird; auf: der eine Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung vorhanden ist,die90bis98Gew.% Gbld'undilOibis 2'Gew.% Wismutenthälb

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß: das Restgas im Zerstäubungsraum Sauerstoff und Stickstoff enthält