DE2032639C3 - Verfahren zum Niederschlagen einer dünnen Goldschicht auf einem Träger durch Kathodenzerstäubung - Google Patents

Description

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

Ein solches Verfahren ist bereits bekannt (DE-AS 1058805), 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 2'wischenschicht 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 2 Gew.% nicht überschreiten. Bei einem Beschüß der aus diesen Legierungen bestehenden Auftreffplatten in einer Atmosphäre, die Argon und anfänglich eine sehr geringe Menge Sauerstoff enthält, »ill dort auf dem Substrat zunächst eine äußerst dünne Koballt- oder Nickeloxidschicht entstehen und anschließend eine Goldschicht Dabei hat sich gezeigt, daß die erhaltene w> Schicht nicht aus reinem Gold besteht, sondern daß die Zusammensetzung dieser Schicht sehr wenig von der der Ausgangslegiemng 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 aufbringen läßt Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wismutoxidschicht und die Goldschicht dadurch in einem Arbeitsgang angebracht werden, daß bei der Kathodenzerstäubung eine Auftreffplatte verwendet wird, auf der eine Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung vorhanden ist und daß das Restgas im Zerstäubungsraum Sauerstoff enthält

Dadurch wird vorteilhafterweise erreicht, dal* sich bei der Verwendung einer Legierung von Gold umd Wismut auf dem Substrat zunächst eine Wismutoxidschicht und dann eine Schicht aus reinem Gold ablagert Dabei ist es zweckmäßig, wenn eine Auftreffplatte verwendet wird, auf der eine Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung vorhanden ist, die 90 bis 98 Gew.% Gold und 10 bis 2 Gew.% Wismut enthält Vorteilhaft ist auch, daß kein Argon bei dem Zerstäubungsprozeß benutzt zu werden braucht Das Argon kann unbedenklich durch entweder Sauerstoff oder — was noch einfacher ist — durch Luft oder ein Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff ersetzt werden.

Im folgenden ist ein AusfDhrungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert Die einzige Figur zeigt als schematische Anordnung einen Schnitt durch ein Substrat 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 Rieses 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 11 aus Wismuttrioxid und eine Schicht 12 aus Gold angebracht Dieser Überzug %'ird 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$ mA/cm² bei einem Elektrodenabstand von etwa 50 mm ergibt Der Gasdruck liegt bei 133 χ 10~² mbar, das Entladungsgaü besteht aus trockener Luft

Die Schicht U 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 Anwendung von Kobalt und Nickel der Fall ist. Es hat sich gezeigt, daß sich der Sauerstoff nach der Bildung der Unterlage wie ein neutrales Gas verhält, das dds Niederschlagen des Goldes nicht behindert Außerdem ist die Wismutmenge in der erwähnten Legierung niclit so kritisch wie die Metallmenge bei Verwendung von Gold-Kobalt- und Gold-Nickel-Legierungen ist In der Praxis wurden befriedigende Ergebnisse mit Legierungen von Gold und Wismut mit einem Wismutgehalt zwischen 2 und 10% erzielt

Durch das beschriebene Verfahren lassen sich auf einfache Weise Fensterscheiben herstellen, die Infrarotstrahlung reflektieren.

Es ist bekannt daß dünne Goldschichten für Strahlung des sichtbaren Spektralbereiches durchlässig sind, während Strahlung aus dem Infrarotbereich des Spektrums reflektiert wird. Derartige Schichten eignen sich dadurch insbesondere zur Anwendung als Öberzugsmaterial 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 Oberziehen 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 Öberzugsverfahren 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 Glässcheibe abstützt Die Abmessungen &o des Zerstäubungsraumes und der in diesem Raum enthaltenen Elemente müssen selbstverständlich denen der zu Oberziehenden Substrate entsprechen, aber der Flächeninhalt beeinflußt die Entladungsbedingungen nicht wesentlich.

Nachdem die Oberfläche der zu beschichtenden Substrate sorgfältig gereinigt worden ist werden die Substrate in den Zerstäubungsraum eingebracht wonach dieser Raum verschlossen und auf einen Restdruck zwischen 1,33 χ 10~² bis 1,33 χ 10-³mbar 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 werden soll, damit die Transparenz nicht zu stark herabgesetzt wird, beansprucht die Bearbeitung sehr wenig Zeit: in der Größenordnung von 30 bis 40 sea Im Hinblick auf eine Großserienfertigung ist diese große Geschwindigkeit ein erheblicher Vo.väl im 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 Auftreffplatte und der Sauerstoff wirkt als reaktives Gas. Wichtig ist daß die verwendete Luft trocken ist

Die transparente dünne Schicht aus reinem Gc4d, 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 in*.- sichtbaren Spektralbcreich 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 ver wendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Niederschlagen einer dünnen Goldschicht auf einem Träger durch Kathodenzerstäubung, wobei zwischen der Goldschicht und dem s Träger zwecks Verbesserung der Haftung eine Wismutoxidschicht ebenfalls durch Kathodenzerstäubung angebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wismutoxidschicht und die Goldschicht dadurch in einem Arbeitsgang ange- ι ο bracht werden, daß bei der Kathodenzerstäubung eine Auftreffplatte verwendet wird, auf der eine Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung vorhanden ist und daß das Restgas im Zerstäubungsraum Sauerstoff enthält is

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auf treff platte verwendet wird, auf der eine Schicht aus einer Gold-Wismut-Legierung vorhanden ist, die 90 bis 98 Gew.% Gold und 10 bis 2 Gew.% bismut enthält

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