DE2359893C2

DE2359893C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Niederschlagen einer durchsichtigen elektrisch leitenden Metalloxidschicht

Info

Publication number: DE2359893C2
Application number: DE2359893A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: TRIPLEX SAFETY GLASS CO Ltd BIRMINGHAM GB
Current assignee: TRIPLEX SAFETY GLASS CO Ltd BIRMINGHAM GB
Priority date: 1972-11-29
Filing date: 1973-11-28
Publication date: 1984-03-29
Also published as: AT337389B; SE7606228L; DE2359893A1; FR2208005A1; FR2293405A1; GB1446848A; IT1010536B; BE807989A; ATA999073A; FR2293405B1; CA1006845A; SE391328B; JPS4995196A; FR2208005B1; JPS5413596B2; ES420944A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Niederschlagen einer durchsichtigen, elektrisch leitenden Metalloxidschicht gemäß (J«»m Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Verfahren sind bereits bekannt (DE-OS 22 04 652) und dienen zum Aufbringen von Filmen gleichmäßiger Eigenschaften (spezifischer elektrischer Widerstand und Durchsichtigkeit) auf einem Substrat erheblicher Querabmessung. Derartige Substrate sind vorzugsweise Windschutzscheiben von Luft- und Landfahrzeugen. Im Bereich der Aufsprühfläche wird dort eine im wesentlichen konstante Sauerstoffkonzentration erreicht, die für das Erzielen einer aufgesprühten Schicht mit gleichförmigen elektrischen spezifischen Widerstand und gleichförmiger Durchsichtigkeit Voraussetzung ist. Die Verwendung einer Kathoiieneinnelc, die im wesentlichen die gleichen Abmessungen wie das Substrat hat, ist wichtig, damit während des Aufsprühvorgangs an der Substratoberfläche eine gesteuerte erhöhte Temperatur eingehalten wird, wobei die Heizwirkung des Aufsprühvorgangs berücksichtigt ist. Die dort konstant eingehaltene Temperatur gewährleistet, daß die aufgesprühte Schicht eine sehr gleichförmige Zusammensetzung hat und damit die gewünschten konstanten Eigenschaften Diese Zuordnung der Kalhodencinheit zum Substrat ergibt auch eine hohe Wirtschaftlichkeit durch die beschleunigte Aufsprühung. Das bekannte Verfahren sieht auch eine Querbewegung mit kleiner Amplitude vor, die beispielsweise dem Abstand der Mittellinien benachbarter Streifen der Kathodeneinheit entspricht. Es wird hierdurch jeder Bereich des Substrats von mindestens einem der Streifen während des Aufsprühvorgangs besprüht.

Bekannt Ist auch bereits ein Verfahren (DE-OS 2132 796), bei dem eine Kaihodeneinheit verwendet wird, die nur aus einem einzigen Streifen besteht, der an einem Querträger befestigt ist. welcher eine Hin= und Herbewegung über die ganze Länge des Substrats ausführt. Durch diese Ausbildung ändert sich durch die lokale Wärmebildung beim Aufsprühvorgang die Temperatur des Substrats, so daß die aufgebrachte Schicht keine gleichmäßige Zusammensetzung erhält, da die Teile des Films, die bei der Annäherung des Streifens aufgestaubt werden, bei geringerer Temperatur aufgebracht werden

als die Teiile, die beim Überlaufen dieser Stelle durch den Streifen gebildet werden.

Es ist daher nicht möglich, eine gesteuerte Änderung der Dicke des Überzugs zu erzielen und dabei den spezifischen elektrischen Widerstand und die Durchsichtigkeit des Überzugs aufrecht zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art unter Beibehaltung des spezifischen elektrischen Widerstands und der Durchsichtigkeit der niedergeschlaßenen Sshicht eine gesteuerte Änderung des elektrischen Widerstands in bestimmten Bereichen des Substrats zu ermöglichen. Oitss Aufgabe Wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Verfahrensschritte gelöst.

Dadurch läßt sich vorteilhafterweise eins gleichmäßige Widerstandsheizung bei einem beispielsweise nicht rechteckigen Substrat sowie eine weitgehende Anpassung an die jeweils geforderte Änderung der Dicke der aufgebrachten Schicht in einfacher Weise erzielen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Durchfühmng des Verfahrens anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Kathodenzerstäuben,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß Fig. I,

Fig.3 elrien Schnitt durch einen Metallstreifen der Fig. 15 eine ähnliche Draufsicht auf einen der Metallstreifen der Kathodeneinheit, wobei zur Einstellung der wirksamen Breite Masken gemäß Fig. 5 verwende: sind, Fig. i6 eine Draufsicht auf das Fenster nach dem Aufbringen der Metalloxidschicht mit eingetragenen Werten der gewünschten und der tatsächlich erreichten spezifischen Widerstände,

Fig. 17 eine schematische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Kathodeneinheit mit drei κι sich unterschiedlich verjüngenden Metallstreifen,

Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf eine abgewandelte Ausbildung der Kathodeneinheit zur Behandlung einer gewölbten Kraftfahrzeug-Windschutzscheibe in einer Vorrichtung gemäß Fig. 2 und Fig. 19 eine schematische Seitenansicht auf die Kathodeneinheit und das Substrat gemäß Fig. 18.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 enthält einen zylindrischen Vakuumkessel 40 mit nicht dargestellten gasdicht verschließbaren Deckeln. Eine in dem Vakuumkessel 40 angeordnete Kathodeneinheit 27 besteht aus mehreren mit Abstand parallel zueinander angeordneten Streifen 271, deren obere Flächen aus einer !ndium-Zinn-Legierung aus 75 bis 95 Gew.-% Indium und 5 bis 25 Gew.-¹O Zinn bestehen. Jedem Streifen 271 ist ein an Masse liegender elektrostatischer Schild 28 zugeordnet, in Fig. 1 sind der Deutlichkeit halber nur drei Streifen 271 eingezeichnet. In der Praxis hängt die Zahl der vorzusehenden Streifen von der Länge des mit dem Überzug zu versehenen Substrats ab, wobei eine Hin- und Herbewegung der

Kathodeneinheit der Vorrichtungen gemäß den Fig. 1 jo Kathodeneinheit mit einem Hub vorcesehen ist, der dem und 2 In größerem Maßstabe, Abstand der Mittellinien der Streifen voneinander ent

spricht, so daß alle Teile der Oberfläche des Substrats überstrichen werden. Die Streifen 271 sind so ausgebildet, daß sie unterschiedliche wirksame Flächen gegenüber verschiedenen Teilen der Oberfläche des Substrats aufweisen. Sie können hierzu mit Einrichtungen versehen sein, um die wirksame Breite jedes einzelnen Streifens 271 gegenüber den anderen einstellen zu können oder auch die wirksame Breite über die Lunge des Streifens zu ändern.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 dien-rn hierzu Masken, die aus zwei Platten 26 bestehen, die durch Schrauben 24 mit nach außen abgewinkelten Flanschen 25 von senkrechten Schenkeln des elektrostatizeugfenster mit stärker verjüngten Kanten mit einer 45 sehen Schilds 28 verschraubt sind, so daß die Platten 26 Kathodenanordnung, die die erforderliche Änderung des in einer parallelen Ebene in Abstand von der oberen

wirksamen Fläche der Streifen 271 liegen. Die wirksame Breite der Streifen 271 wird durch den Abstand der einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 bestimmt.

Infolge des Kanteneffekts ist jedoch die wirksame Breite des Streifens 271 geringer als der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Plat'en 26, und zwar hängt die wirksame Breite der Stretdle die Form und Bewegung der Kathodeneinheit erläu- 55 ten 271 von dem senkrechten Abstand der Ebene der ^tert· . Platten 26 von der oberen Fläche der Streifen 271 at. Je

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zu Fig. 3,

Fig. 5 eiine perspektivische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform eines Metallstreifens der Kathodeneinheit.,

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf eine Kathodeneinheit mit fünf Metallstreifen und zugeordneten Masken zur Bildung unterschiedlicher Breiten an aufeinander folgenden Streifen zur Behandlung einer trapezförmigen Luftfahrzeug-Windschutzscheibe,

Fig. 7 t'.nen schematischen Querschnitt durch die behandelte Windschutzscheibe gemäß Fig. 6 mit wesentlich vergrößerten Dickendimensionen, Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf ein Luftfahr-

speziflschen Widerstandes der Meial'oxidschicht ermöglicht,

Fig. 9 einen der Fig. 7 entsprechenden Schnitt durch das behandelte Fenster,

Fig. IO eine schemat.sche Draufsicht auf eine andere Bauform eines Luftfahrzeugfensters,

Fig. Ii eine schematische Darstellung über ale notwendigen Änderungen des elektrischen Widerstandes,

Fig. 12 eine schematische Draufsicht auf eine weitere abgewandelte Ausführungsform eines Luftfahrzeugfensters mit eingetragenen Linien gleichen spezifischen Widerstandes,

Flg. 13 eine schematische Darstellung zu Fig. 12 mit eingetragenen Mittellinien der Metallstreifen der verwendeten Elektrode, in die die Werte für die aufzustäubende Metalloxidschicht eingesetzt sind,

größer dieser Abstand lsi, desto geringei ist die wirksame Breite des Metallstreifens im Verhältnis zu dem Abstand der Kanten 23 der Platten 26 voneinander. Die einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 können parallel zueinander verlaufen oder, wie in Fig.4 dargestellt, von der einen Seite zur anderen divergieren, so daß sich eine unterschiedliche wirksame Breite der Streifen 271 über Ihre Länge ergibt. Bei der Ausfüh-

FIg. 14 eine Draufsicht auf einen der Metallstrelfen 65 rungsform gemäß Flg. 5 besteht jede Maske aus einer

der Elektrode, d!e die Abhängigkeit der wirksamen Breite Mehrzahl von kleinen einstellbaren plattenähnlichen EIe-

von dem spezifischen Widerstand der aufgestäubten menten 261, wobei jedes Element 261 durch eine eigene

Metalioxidschicht erläu.ert. Schraube 241 befestlet werden kann, die durch einen

Schlitz 262 In dem Element 261 tritt. Hierdurch lsi eine wahlweise Einstellung jedes Elements 261 in Querrichtung möglich, um an dieser Stelle eine gewünschte wirksame Breite einzustellen.

Die Kathodenstreifen 271 sind durch an Ihren Enden angeordnete Paare von Rädern 41 auf horizontal verlaufenden Führungsschienen 42 abgestützt, die an einander gegenüberliegenden Selten des Vakuumkessels 40 befestigt sind. Die einzelnen Streifen 271 sind miteinander durch einstellbare Lenker 43 verbunden, die die Streifen -■71 in einem vorgegebenen Abstand parallel zueinander halten und die gewährleisten, daß alle Streifen 271 längs tier Führungsschienen senkrecht /u ihrer Länge hin- und herbewegt werden können Ein biegsames Hochspannungskabel 44 verbindet die Streifen 271 mit dem negati- ΐΐ ν en Pol einer Hochspanpungsquelle 45.

Auf je einer querliegenden Welle 47 an den Stirnseiten des Yakuumkessels 40 sitzen Seilscheiben 46. über die zwei Zugseile 48 laufen, die mit den in der Reihe außen liegenden elektrostatischen Schilden 28 dor zugeordneten Streifen 271 verbunden sind. Die Seilscheiben 46 sind mit einem Antrieb verbunden, wozu die eine der Wu; cn 47 durch die Wand des Vakuumkessels 40 nach außen geführt und über einen oszillierenden Antrieb 49 mit einstellbarem Hub mit einem elektrischen Motor 50 verbunden ist.

Jeder Streifen 271 ist hohl (Fig. 3 bis 5) und sein Hohlraum wird von Kühlwasser durchströmt, das über ein biegsames Rohr 52 am einen Ende des Streifens zugeleitet und über ein biegsames Rohr 51 nahe dem anderen Ende des Streifens 271 abgeleitet wird. Die Rohre 51 und 52 verbinden die einzelnen Streifen 271 der Kathudeneinheit hintereinander geschaltet, jedoch sind die die einzelnen miteinander verbindenden Rohre der Deutlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellt. Das Hochspannungskabei 44 ist ein koaxial ausgebildetes Kabel, dessen außen liegender Leiter mit dem elektrostatischen Schild 28 verbunden an Masse liegt Ähnliche Hochspannungskiibei 44 verbinden die einzelnen Streifen 271 miteinander.

Überhalb der horizontal verlaufenden Führungsschiene 42 sind zwei horizontale Schienen 53 an einander gegenüberliegenden Seiten des \ akuumkessels 40 befestigt und dienen der Abstützung eines Substrats 31. das mit einer durchsichtigen elektrisch leitenden Schicht aus Indium/Zinnoxid versehen werden soll Der Abstand **> zwischen dem Substrat 31 und den oberen Flächen der Streifen 271 beträgt zwischen 20 und 100mm. vorzugsweise zwischen 30 und 45 mm.

überhalb des abgestützten Substrats 31 ist an den Vakuumkessel 40 ein Strahlungsheizer 54 befestigt, der w über ein Niedersnannungskabel 55 und Anschlußschienen 56 von einer Niederspannungsquelle 57 gespeist wird. Der Strahlungsheizer 54 erstreckt sich über die gesamte Großfläche des Substrats 31.

In der oberen Fläche des Substrats 31 ist ein Thermo- >5 etement 58 angeordnet und über Leiter 59 mit einem geeichten Anzeigeinstrument 60 für die Temperatur des Substrats verbunden.

Eine nicht dargestellte Vakuumpumpe ist mit dem Inneren des Vakuumkessels 40 durch einen Auslaßstut- &° zen 61 verbunden, während eine Gasquelle 62 mit einer ausgewählten Atmosphäre über einen Strömungsmesser 63 und ein Nadelventil 64 mit einer Einlaßöffnung 65 des Vakuumkessels 40 verbunden ist. Die Einlaßöffnung 65 befindet sich an dem dem Auslaßstutzen 61 entgegenge- ^6S setzten Ende des Vakuumkesseis 40. so daß ein Gasstrom von der Einlaßöffnung zum Auslaßstutzen durch den Arbeitsraum zwischen der Kathodeneinheit 27 und dem Substrat 31 strömt, so daß das Aufrechlerhalten einer Atmosphäre gleicher Sauerstoffkonzentration Im Arbeitsbereich unterstützt wird.

Ist das Substrat 31 auf den Schienen 53 abgestützt und sind die Deckel des Vakuumkessels 40 geschlossen und abgedichtet, so wird der Vakuumkessel 40 über den Auslaßstutzen 61 auf einen Druck von etwa IO⁴ mm QS evakuiert und die Aufsprühatmosphäre über die Einlaßöffnung zugeleitet, um den Druck im Vakuumkessel 40 auf einen Wert von ICH mm QS zu erhöhen, während das Substrat 31 auf eine vorgegebene Temperatur zwischen 240 und 400° C, vorzugsweise 270 bis 350° C, durch den Sirahlungsheizer 54 erhitzt wird. Die Zerstäubungsatmosphäre kann zwischen 1 bis 10% Sauerstoff, vorzugsweise 2 bis 6'\> Sauerstoff, enthalten, während der Rest aus einem inerten Gas, beispielsweise Argon, besieht. Die Kaihodenelnheil 27 aus den Streifen 271 wird längs der Führungsschienen 42 durch den Elektromotor 50 hin- und herbewegt. Die hohe negative Spannung zwischen i bis 5 KV, vorzugsweise Zwischen 2 ursd 3 KV, wird den Streifen 271 zugeleitet. Der Vakuumkessel 40, die Führungsschienen 42, die Schienen 53 und die elektrostatischen Schilde 28 liegen an Masse. Es wird dann eine Schicht aus Indium/Zlnnoxid auf die untere Großfläche des Substrats 31 aufgestäubt. Die heizende Wirkung des Plasmas im Arbeitsbereich au! das Substrat 31 ist so, daß der Heizstrom von der Niederspannungsquelle 57 verringert werden muß, um die Temperatur des Substrats 3\ konstant zu halten. Es wurde als zweckmäßig festgestellt, diese Temperatur mit einer Genauigkeit von .·. 10 C einzuhalten. Ein automatischer, nicht dargestellter Steuerkreis kann für diese Zwecke vorgesehen sein.

Der Hub der hin- und hergehenden Bewegung der Streifen 271 wird üblicherweise entsprechend dem Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen 271 gewählt. Dieser Absland kann durch die einstellbaren Lenker 43 veränderlich eingestellt werden. Die Räume zwischen der. Streifen 271 gestatten eine freie Zirkulation der Aufstäubatmosphäre, so daß im wesentlichen kein Gefälle der Sauerstoffkonzentration im Arbeitsbereich zwischen dem Substrat 31 und der Kalhodeneinheit 27 eintritt.

Fig. 2 zeigt eine gegenüber der Bauform nach Fig. 1 abgewandelte Bauform zur Behandlung eines Substrats 311, das in einer Richtung gewölbt 1st. Beispielsweise handelt es sich um eine Windschutzscheibe für ein Kraftfahrzeug. Die Schienen 531 zur Abstützung des Substrats 311 und die Führungsschiene 421 für die Kathodeneinheit sind mit gleicher Krümmung ausgebildet und sind an den Selten des Vakuumkessels 40 durch nicht dargestellte einzelne Stützen festgelegt. Die Krümmung der Führungsschienen 421 ist so gewählt, uaß die Streifen 271 der Kathodeneinheit, im Ausführungsbeispiel sind fünf Streifen vorgesehen, stets parallel zur Tangente des benachbarten Teils der Oberfläche des Substrats liegen, und damit in dem erforderlichen im wesentlichen konstanten Abstand von diesen Flächenteilen, während die Hin- und Herbewegung erfolgt. Der Strahlungsheizer 54 besteht aus mehreren Teilen, die in Tangenten an einem Bogen entsprechend der Krümmung des Substrats 311 liegen. Die übrigen Teile der Vorrichtung nach Fig. 2 entsprechen denen der Vorrichtung nach Fig. 1 und haben die gleichen Bezugszeichen erhalten.

Fig. 6 veranschaulicht das Aufbringen einer durchsichtigen elektrisch leitenden Oxidschicht auf eine trapezförmige Luftfahrzeugwindschutzscheibe 10. die zueinander parallele obere und untere Kanten unterschiedli-

eher Lange hat. Unier Verwendung der Vorrichtung nach Flg. 1 wird ein elektrischer Heizwiderstand durch eine aufgebrachte Metalloxidschicht auf den Bereich 11 der Windschutzscheibe zwischen Anschlußleisten 12 und 13 am oberen und unteren Rand der Windschulzscheibe gebildet. Da die Anschlußleisten 12 und 13 unterschiedliche Länge aufweisen, ist es notwendig, den spezifischen Widerstand der Schicht vom oberen Ende zum unteren Ende, zu stufen, um eine gleichmäßige Heizwirkung über die gesamte mit der Schicht versehene Fläche zu erhalten. Im Ausführungsbeispiel Ist diese Änderung zwischen 13,2 Ohm/Quadrat am unteren Ende und 15,5 Ohm/Quadrat am oberen Ende erforderlich. Fig. 6 veranschaulicht auch die Kathodeneinheit, durch die die Dicke der aufzubringenden Metalloxidschicht bestimmt wird, um diese Stufung des spezifischen Widerstandwertes zu erzielen. Die Kathodeneinheit besteht aus fünf zueinander parallelen rechteckigen Streifen 271, die mit Masken versehen sind, um bei aufeinander folgenden Streifen unterschiedliche wirksame Breiten zu erzielen. Die wirksamen Breiten der fünf Streifen 271 errechnen sich bei der gewünschten Stufung des spezifischen Widerstands zu 76,2 mm, 71,88 mm, 68,07mm, 64,52 mm und 61,47 mm.

Infolge des oben erwähnten Kanteneffekts Ist der tatsächliche Abstand der einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 etwas größer als diese errechneten Werte. Bei einem Abstand von 5 mm zwischen der Oberfläche der Streifen 271 und den Platten 26 ergeben sich für die fünf Streifen folgende Abstände der Kanten 23: 81,28 mm, 7874 mm, 76,20 mm, 73,66 mm und 71,1/mm. Der Abstand d zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen 271 beträgt 203,2 mm. Der Antrieb 49 gemäß Fig. 1 1st so eingestellt, daß die gesamte Kathodeneinheit parallel zur Windschutzscheibe 10 senkrecht zur Länge der Streifen 271 mit einem Hub von 203,2 mm hin- und herbewegt wird. Die Hin- und Herbewegung erfolgt somit parallel zu der gewanschien Siufung des spezifischen Widerstands der aufgestäubten Schicht. Weitere Betriebsdaten sind folgende:

Zusammensetzung
der Kathode ■

Abstand zwischen der
Kathodeneinheit und
dem Substrat

Unterdruck im Vakuumkessel

Zerstäubungsdruck

Gaszusammensetzung

Kathodenspannung
Kathodenstrom
Temperatur des Substrats
Vorwärmzeit
Aufstäubungszeit

1,5 x 10-« torr

6,5 x 10-² torr

2,27% Sauerstoff,
97,3 % Argon
2,65KV
600 mA
335° C

20 Minuten

21 Minuten

Flg. 7 zeigt schematisch die Dicke der niedergeschlagenen Schicht 11. Der gemessene spezifische Widerstand der Schicht und dessen Stufung über die Fläche des Substrats ergaben eine enge Übereinstimmung mit den errechneten Werten.

Diese stufenweise Änderung der Dicke der Schicht und damit des spezifischen Widerstandes Ist annehmbar, wenn die erforderlichen Änderungen des spezifischen Widerstandes nicht zu groß sind. Weicht das Substrat in seiner Fläche wesentlich von der rechteckigen Form ab, so Ist eine kräftige nicht lineare Änderung des spezifischen Widerslandes erforderlich, wie dies am Beispiel nach Flg. 8 deutlich wird. Hier kann es zweckmäßig sein. Streifen der Kathodeneinheit zu verwenden, deren wirksame Breite über Ihre Länge unterschiedlich 1st und die senkrecht zur Achse der erforderlichen Stufung des spezifischen Widerstands hin- und herbewegt wird, um eine gleichförmige Änderung zu erhalten. In dem Beispiel der Flg. 8 handelt es sich um ein Luftfahrzeuglenster 14 stark trapezförmiger Gestalt mit Anschiußieisten 15 und 16 neben den konvergierenden Kanten. Der spezifische Widerstand muß sich in diesem Falle zwischen etwa 120 Ohm/Quadrat am oberen Ende auf 21 Ohm/Quadrat am unteren Ende des Fensters 14 ändern, um eine gleichmäßige Wirkung des über die Anschlußleisien 15 und 16 zugeleiteten Heizstromes zu erzielen, in diesem Falle werden nur zwei Streifen 271 In der Kathodenelnhelt verwendet, die mit Platten 26 gemäß Fig. 4 versehen sind. Die wirksame Breite zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 ändert sich zwischen 35,56 mm am oberen Ende des Fensters auf 76,20 mm am unteren Ende. Das Fenster 14 wird in der Vorrichtung gemäß Flg. 1 behandelt, wobei die Linie 17 die Achse der erforderlichen Stufung der Widerstandswerte der aufgebrachten Schicht ist und 90° zur Hin- und Herbewegung der Kaihodeneinheit verläuft. Der Abstand zwischen den Streifen 271 und der Hub der Hin- und Herbewegung betragen wiederum 203,2 mrrs.

Die weiteren Betriebsdaten sind folgende:

12,5 Gew.-%Zinn,
87,5 Gew.-% Indium

38 mm

50

55 Zusammensetzung
der Kathode

Abstand der Kathodeneinheit vom Substrat
Druck im Vakuumkessel
Zerstäubungsdruck

Zusammensetzung
des Gases

Kathodenspannung
Kathodenstrom
Temperatur des Substrats
Vorwärmzeit
Zerstäubungszeit

12,5 Gew.-%Zinn,
87,5 Gew.-% Indium

38 mm

4 x ΙΟ-³ torr
6,5 x 10-² torr

2,34% Sauerstoff,
97,66% Argon

3,2KV
300 mA
335⁰C
30 Minuten
20 Minuten

60

Infolge der unterschiedlichen wirksamen Breiten der Streifen ergibt sich eine veränderliche Dicke der niedergeschlagenen Metalloxidschicht in gestufter Weise, wobei die größte Dicke in dem von dem Streifen 271 größter wirksamer Breite überstrichenen Bereich Hegt, da dort eine größere wirksame Fläche der Kathode diesem Teil der Windschutzscheibe 10 gegenüber wirksam ist. Die gemessenen spezifischen Widerstände der Schicht und deren Stufung liegen sehr dicht neben den errechneten Werten zwischen 23 Ohm/Quadrat und 120 Ohm/Quadrat,_owährend die Dicke der Metalloxidschicht zwischen 500 Ä bis 1600Ä beträgt. Die Änderung des spezifischen Widerstandes und der Dicke der Metalloxidschicht verläuft stufenlos glatt, wie dies schematisch in FI g. 9 dargestellt Ist.

Das beschriebene Verfahren sowie die zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung können so angewendet

werden, daß sehr komplexe Änderungen der Stufung des spezifischen Widerstandes bewirkt werden können.

Flg. 10 erläutert dies an einem anderen Luftlahrzeugfenster 18, das eine sehr längliche trapezförmige Gestalt hat und zwischen Anschlußleisten 19 und 20 eine durchsichtige elektrisch leitende Oxidschicht erhalten soll. Infolge der bemerkenswert unterschiedlichen Abslände zwischen den Anschlußleisten 19 ur.d 20 In Längsrichtung des Fensters 18 Ist eine Änderung des spezifischen Widerstandes von etwa 47 Ohm/Quadrat am einen Ende auf etwa 13 Ohm/Quadrat in der Mitte Im Bereich einer Trennlinie 21 erforderlich, worauf ein Anstieg des spezifischen Widerstandes auf 18,5 Ohm/Quadrat erforderlich ist, der anschließend wieder auf 17 Ohm/Quadrat fällt und schließlich am unteren linde bis auf etwa 66 Ohm/Quadral ansteigt. Die gestrichelte Kurve in Fig. 11 stellt die erforderliche Stufung des spezifischen Widerstandes graphisch dar.

Die erforderliche Stufung des spezifischen Widerslands konnte in gleicher Weise, v»ie dies anhaut! der Fig. 8 erläutert wurde, bewerkstelligt werden. Indem die Kathodeneinheit rechtwinklig zur Achse der erforderlichen Stufung hin- und herbewegt wird und in zwei Richtungen sich verjüngende Masken den Streifen der Kathodeneinheit zugeordnet werden. Es ergibt sich hierbei jedoch eine Schwierigkeit, daß das Fenster 18 quer in den Vakuumkessel 40 anzuordnen wäre, um die Streifen 271 hin- und herzubewegen. Der Vakuumkessel kann unter Umständen die hierzu erforderliche Breite nicht aufweisen.

Um eine enge Annäherung an die gewünschte Stufung zu erhalten, wird eine Kathodeneinheit aus fünf Streifen 271 verwendet, die parallel zur Länge des Fensters 18. d. h. parallel zur Achse der gewünschten Stufung hin- und herbewegt wird. Um keine grobe Stufung in der Dicke und dem spezifischen Widerstand der aufgestäubten Schicht zu erhalten, ist jedoch der Hub der Hin- und Herbewegurig dem doppelten Abstand zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen 271 entsprechend eingestellt, wie dies Fig. 11 schematisch zeigt. Jeder Streifen der Kathodeneinheit beeinflußt damit Flächen des Substrats, die auch von den benachbarten Kathodenstreifen beeinflußt werden, wodurch die Größe der einzelnen Stufen verringert wird. Die wirksamen Breiten der Streifen 271 werden auf den gewählten Hub der Hin- und Herbewegung abgestimmt ermittelt, um die gewünschte Änderung des spezifischen Widerstandes zu erzielen. Im Ausführungsbeispiel ergeben sich für die fünf Streifen der Kathodeneinheit folgende wirksamen Breiten: 50,8 mm. 38.10 mm, 76,20 mm. 76.20 mm und 38,10 mm.

Die übrigen Betriebsdaten sind folgende:

Zusammensetzung 12,5 Gew.-% Zinn,

der Kathode 87,5 Gew.-% Indium

Abstand der Kathode

vom Substrat
Unierdruck im

im Vakuumkessel
Zerstäubungsdruck
Zusammensetzung

des Gases
Kathodenspannung
Kathodenstrom
Temperatur des Substrats
Vorwärmzeit
Z erstäubungszeit

38 mm

2 x 10-⁴ torr

7 X 10-² torr

3,56% Sauerstoff,
96,44% Argon
2,85 KV
1600 mA
335° C
25 Minuten
14 Minuten

Die ausgezogene Kurve In Flg. 11 zeigt die gemessenen Werte des spezifischen Widerstandes und die gute Annäherung an die errechneten Werte gemäß der gestrichelten Kurve.

Bei einem Luftfahrzeugfenster der Form gerr.üß Flg. 12 ergibt sich eine weitere Schwierigkeit, da der scharfe Knick 80 an eier unteren Kante 81 In Verbindung mit der Krümmung 82 an der gegenüberliegenden Kante eine Änderung des spezifischen Widerstandes nach den

ίο scharf abgewinkelten Linien 83 gleichen spezifischen Widerstandes erfordert, um eine gleichmüßige Heizwirkung über die Fläche des Fensters zu erzielen. Um dies zu ermöglichen, wird gemäß Fig. 13 eine Kathodeneinheit 27 aus fünf Streifen 271 verwendet, deren jeder eine Breite von 76,20 mm hat, wobei der Abstand der Mittellinien benachbarter Streifen 271 voneinander und der Hub der Hin- und Herbewegung 228,6 mm betrügt. Die Hin- und Herbewegung erfolgt in Richtung der Länge des Fensters (Fig. 13).

Zum Errechnen des spezifischen Widerstandes der von jedem Streifen der Kathodeneinheit aufzubringenden Schicht werden die mittleren Lagen der Mittellinien der Streifen gemäß Flg. 13 zu dem Umriß des Fensters 18 eingezeichnet. Der zweite Streifen von links wird damit den Bereich zwischen Linien A-A' und B-B' bestreichen. In einem Abstand von jeweils 25.4 mm längs der Mittellinie wird der mittlere erforderliche spezifische Widerstand in Ohm/Quadrat zwischen A-A' und B-B' aus Fig. 12 errechnet und dieser Vorgang für jeden der Strei-

)o fen 271 wiederholt, woraus sich die Werte der Fig. 13 ergeben. Die wirksame Breite der Streifen wird dann errechnet, um eine Schicht des gewünschten spezifischen Widerslandes zu erhalten, wobei die Zerstäubungszeit und die anderen Parameter der Verfahrensführung so gewühlt werden, daß die volle Breite von 76.20 mm der Streifen einen spezifischen Widerstand von 6 Ohm/Quadrat ergeben, der dem kleinsten eingetragenen Zahlenwerl entspricht. Eine wirksame Breite von 38.10 mm ergäbe einen spezifischen Widerstand von 12 Ohm/Quadrat und eine wirksame Breite von 19,05 mm einen spezifischen Widerstand von 24 Ohm/Quadrat usw. Die Platten 26 der Masken werden &·ηη entsprechend Fig. 14 ausgebildet, um die veränderliche wirksame Breite der Streifen 271 über ihre Länge zu bestimmen. In Fig. 14 sind auch die erforderlichen Werte des spezifischen Widerstandes, die notwendigen wirksamen Breiten der Streifen und der entsprechende tatsächliche Abstand A zwischen den einander gegenüberliegenden Kanten 23 der Platten 26 für der· dritten Streifen von links in Fig. 13 angegeben. Fig. 15 veranschaulicht, wie die Platten der Masken nach Fig. 5 eingestellt werden können, um die gleichen Änderungen der wirksamen Breite zu bewirken.
Weitere Betriebsdaten sind folgende:

Zusammensetzung

der Kathode
Abstand der Kathode

vom Substrat
Druck im Vakuumkessel

Zerstäubungsdruck

Zusammensetzung des

des Gases
Kathodenspannung

Kathodenstrom
Temperatur des Substrats
Zerstäubungszeit

12,5 Gew.-% Zinn,
87,5 Gew.-% Indium 38 mm

2 x 10-* torr
6,5 x 10-² torr
3,3% Sauerstoff,
96,7% Argon
2,8KV

1500 mA

340⁰C

28 Minuten

;^:i>i. i6 zeigt zum Vergleich die erwünschten und die laisächlichen spezifischen Wide/stände an verschiedenen Stellen des Fensters, wobei sich eine Genauigkeit von etwa ± 10",, ergibt. Die Übereinstimmung zwischen den erforderlichen und den tatsächlichen Werten hält sich In annehmbaren Grenzen. Wenn nach einer künstlichen Vereisung des Fensters bei -20⁰C ein Enteisen durch elektrischen Strom durch die aufgebrachte Metalloxldschlcht erfolgt, zeigte sich ein gleichmäßiges Auflauen, wodurch die gleichmäßige Verteilung der Heizwirkung nachgewiesen Ist.

Anstelle der Verwendung von Masken gemäß den Fig. 3 bis 6, 8, 14 und 15 kann die wirksame Breite der Streifen auch dadurch bewirkt werden, daß die Breite der einzelnen Streifen unterschiedlich gewählt wird oder da(i sich die Breite der Streifen In Ihrer Längsrichtung verjüngt. So können beispielsweise Sätze von Streifen mit zueinander parallelen Längsselten, aber unterschiedlicher Breite verwendet werden wie auch mit verschiedenem Neigungswinkel der Seltenkanten versehene verjüngte Streifen. In allen Fällen werden diese Streifen aber auch hier vorzugsweise mit ihren Mittelachsen Im gleichen Abstand voneinander angeordnet.

Fig. 17 zeigt eine derartig ausgebildete Kathodeneinheit aus Streifen 278, 279 und 280, bei denen sich sowohl die Breite In Ihrer Längsrichtung verringert und zugleich die Breite der aufeinanderfolgenden Streifen fortlaufend kleiner wird. Der Abstand il zwischen den Mittellinien benachbarter Streifen ist jedoch konstant. Mit einer derartigen Kathodeneinheit wird dip Dicke und der spezifi- jo sehe Widerstand der gebildeten Schicht In Richtung des Pfeiles A durch die Verringerung der Breite zwlsch'n aufeinanderfolgenden Streifen gestuft und In Richtung des Pfeiles B durch die Verjüngung In Längsrichtung der einzelnen Streifen, so daß die Gesamtstufung in Richtung des Pfeiles C verläuft, der zu den Richtungen A und B gensigt verläuft.

Die Fig. 18 und 19 veranschaulichen die Anwendung cies beschriebenen Verfahrens zur Steuerung der Dicke auf einen gleichmäßigen Wert anstelle der Stufung. Es soll hler eine Schicht gleichmäßiger Dicke auf ein^. gewölbte Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs aufgebracht werden, wozu die Vorrichtung gemäß Flg. 2 verwendet wird. Die Kathodeneinheit besteht aus rechteckigen Streifen 271 einander gleicher Abmessungen, die im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind. In diesem Falle Ist angenommen, daß die Windschutzscheibe nach Länge und Breite gewölbt ist. Es ist bekannt, iafJ bei gleichen Bedingungen aller anderen Parameter die Dicke der niedergeschlagenen Schicht sich umgekehrt mit dem Abstand der Kathode vom Substrat ünrlert Die Krümmung der Führungsschienen 42 (Fig. 2) gestattet den Streifen 271 der Kathodeneinheit der Längskrümmung der Windschutzscheibe 311 zu folgen, jedoch können die Streifen nicht mit der Querkrümmung der Windschutzscheibe In Übereinstimmung gebracht werden. Um die Bildung einer übermäßig dicken Schicht an den Längskanten der Windschutzscheibe zu verhindern, die den Streifen 271 am nächsten liegen, sind Masken 70 vorgesehen, die eine entsprechende Änderung der wirksamen Breite der Streifen bewirken, um eine gleichmäßige Dicke der Schicht zu erzielen.

Hierzu 12 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Niederschlagen einer durchsichtigen, elektrisch leitenden Metalloxidschicht auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat erheblicher Querabmessung durch Kathodenzerstäubung einer Kathodeneinheit ähnlicher Gesamtabmessung wie das Substrat, wobei die Kathodeneinheit aus im wesentlichen zueinander parallelen Streifen des Metalls, dessen Oxid auf das Substrat niedergeschlagen werden soll, gebildet ist, die in Abstand voneinander liegend Kanäle über die ganze Breite des Substrats begrenzen, und wobei die Kathodeneinheit senkrecht zur Längsrichtung-der Streifen und parallel zur zu beschichtenden Oberfläche des Substrats mit einer geringen Amplitude, beispielsweise entsprechend dem Abstand der Mittellinien benachbarter Streifen voneinander hin- und herbewegt wird, dadurch gekennzeich- ■ net, daß die wirksame Breite der Streifen derart geänden wird. 6s& die über unterschiedliche Flächen des Substrats bewegten Teile der Streifen unterschiedliche Breite haben, so daß eine gesteuerte Änderung der Dicke der niedergeschlagenen Schicht und damit deren elektrischen Widerstands über die Fläche des Substrats erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Breite der Streifen durch Anordnung von Masken an im gleichen Abstand zueinander liegenden Streifen einander gleicher Abmessungen bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von din Masi.en unbedeckten wirksamen Breiten der Streifen in dersn Längsrichtung veränderlich eingestellt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Masken unbedeckten wirksamen Breiten an aufeinander folgenden Streifen unterschiedlich eingestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- -to zeichnet, daß die wirksamen Breiten der Streifen durch Verwendung von Streifen unterschiedlicher Breit? bestimmt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Breiten der Streifen durch Verwendung von Streifen mit sich über ihre Länge veränderlicher Breite bestimmt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (271) entsprechend den verschiedenen, zu ·Ή> beschichtenden Teilen der Fläche des Substrats, denen sie gegenüberliegen und über die sie hin- und herbewegt weiden, entsprechend unterschiedlich wirksame Breiten aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß den einzelnen im gleichen Abstand parallel zueinander angeordneten Streifen (271) einander gleicher Abmessungen zum Bestimmen der wirksamen Breite Masken (26, 261) zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Masken für jeden Streifen (271) aus Paaren von Platten (26) beiderseits der Längsseiten des Streifens bestehen, die mit Abstand parallel zur wirksamen Fläche der Streifen liegen und durch den Abstand ihrer einander zugewandten Kanten (23) die ^b5 wirksame Breite des Streifens bestimmen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8. dadurch gekennzeichnet, daß jede Maske aus mehreren plattenförmigen Elementen (261} besteht, die jedes für sich senkrecht zur Länge des Streifens einstellbar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Masken (26, 261) frei gegebenen Breiten der Streifen (271) in ihrer Längsrichtung veränderlich sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß die Masken (26, 261) an aufeinanderfolgenden Streifen (271) unterschiedliche wirksame Breiten freigeben.

13. Vorrichtung nach. Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (271) bezüglich ihrer Mittellängsachsen gleichen Abstand (d) voneinander haben, aber unterschiedliche Breiten aufweisen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen (271) mit in ihrer Längsriqhtung sich kontinuierlich verringernder Breite ausgebildet sind.