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Verfahren und Anordnung zur Leistungssteuerung eines Hochfrequenz-Generators
für Katodenzerstäubungsanlagen " Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
Leistungssteuerung eines Hochfrequenz-Generators für Katodenzerstäubungsanlagen,
die aus einer Vakuumkammer, einer Zerstäubungskatodenanordnung und einer Substratanordnung
bestehen, wobei der Hochfrequenz-Generator eine gittergesteuerte Senderöhre innerhalb
eines Schwingkreises enthält und wobei vor dem Eingang in die Katodenzerstäubungsanlage
ein veränderbarer Kondensator angeordnet ist.
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Bekannte Hochfrequenz-Zerstäubungsanlagen bestehen in der Regel aus
einem Hochfrequenz-Generator, welcher mit der Katodenzerstäubungsanlage über ein
Koaxialkabel von bis zu mehreren Metern Länge verbunden ist. Dieses Koaxialkabel
macht auf der Seite der Katodenzerstäubungsanlage ein besonderes Abstimmglied erforderlich,
durch welches der Wellenwiderstand des Koaxialkabels auf den Widerstand des Plasmas
im Zerstäubungsraum abgestimmt wird. Nur dann, wenn die Widerstände im wesentlichen
gleich sind, ist eine reflexionsarme Übertragung der Leistung möglich. Da sich der
Widerstand des Plasmas jedoch in Abhängigkeit von zahlreichen Verfahrensparametern
häufig ändert, ist eine ebenso häufige, aufgrund umfassender Erfahrung durchzuführende
Anpassung des Abstimmgliedes erforderlich. Die Zusammenhänge sind in Verbindung
mit Figur 1 weiter unten näher erläutert.
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Um die komplizierte, laufende Anpassung des Abstimmgliedes auf die
elektrischen Daten des Plasmas zu vermeiden, ist man daher bestrebt, auf das Koaxialkabel
zwischen Hochfrequenz-Generator und Zerstäubungsanlage zu verzichten. Man hat daher
auch bereits einen Hochfrequenz-Generator mit einer Zerstäubungsanlage baulich vereint.
Diese bauliche Vereinigung hat sich jedoch bisher vor allem für kleinere Generator-
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Zerstäubungsleistungen unterhalb 600 Watt bewährt.
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Während bei der vorstehend beschriebenen Anordnung mit einem Koaxialkabels
sinngemäß eine Funktionstrennung zwischen Generator, Koaxialkabel und Abstimmeinheit
einerseits und Katoden-Anoden-Anordnung in der Zerstäubungsanlage andererseits besteht,
ist dies bei der unmittelbaren Zuordnung des Generators zur Zerstäubungsanlage
nicht
mehr der Fall. Vielmehr ist die Katoden-Anoden-Anordnung der Zerstäubungsanlage
ein Teil des Anodenschwingkreises -und als solcher zusammen mit dem Gitterschwingkreis
der Röhre frequenzbestimmend.
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Ändert sich bei einer solchen Anordnung der Plasma widerstand z.B.
durch Änderung von Druck, Temperatur oder Targetzusammensetzung, so paßt sich die
gesamte Anordnung unter anderem durch Änderung der Frequenz den neuen Parametern
teilweise an. Diese Selbstanpassung ist Jedoch begrenzt.-Wird nämlich für eine bestimmte
fixe Einstellung der Generatorbauteile die in das Plasma geschickte Leistung über
einen bestimmten Wert erhöht, dann wird die Senderöhre wegen zu hohem Gitterstrom
zerstört. Obwohl Anodenspannung und Anodenstrom der Röhre unterhalb der maximal
zulässigen Werte liegen, erfolgt die Zerstörung der Röhre wegen Überschreitung des
maximal zulässigen Wertes für den Gitterstrom. Wird umgekehrt die elektruische Leistung
im Plasma zu stark verringert, dann wird die Entladung instabil, nimmt nur noch
wenig Leistung auf und ist für einen Zerstäubungsvorgang~unbrauchbar. Die Erfahrung
hat gezeigt, daß es in der Praxis nicht möglich ist, mit einem- fest eingestellten
Hochfrequenz-Generator einen Leistungsbereich von beispielsweise 3000 Watt ohne
Änderung von Generatorparametern zu durchfahren. Es ist bestenfalls möglich, die
Leistung innerhalb von Teilbereichen zu verändern, beispielsweise in den Teilbereichen
von O bis 600 Watt, von 600 bis 1600 Watt und von 1600 bis 3000 Watt Generatorleistung.-Die
Bereiche sind zwar je nach dem verwendeten R&hrentyp unterschiedlich und können
sich hinsichtlich
ihrer Grenzen verschieben, jedoch gelten analoge
Überlegungen für alle verfügbaren Senderöhren. Die Veränderung der Leistung über
einen sehr weiten Bereich ist jedoch erforderlich, um mit der gleichen Zerstäubungsanlage
Schichten unterschiedlicher Beschaffenheit, Flächenausdehnung und mit unterschiedlicher
Niederschlagsrate zu erzeugen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, das in einer Zerstäubungsanlage mit direkter
Ankopplung des Hochfrequenz-Generators an die Zerstäubungskatode, d.h. unter Verzicht
auf ein Koaxialkabel mit Abstimmglied, durchgeführt werden kann, und bei dem die
elektrische Leistung innerhalb eines weiten Bereichs ohne Zerstörung der Senderöhre
einerseits und ohne Instabilität des Plasmas andererseits ohne komplizierte Überwachungsmaßnahmen
und Justierungen des Generators veränderbar ist.
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Die gestellte Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahrens
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gitterstrom der Senderöhre erfaßt mit einem
Sollwert vergleichen und daß eine der Regelabweichung entsprechende Größe einem
Stellglied für den veränderbaren Kondensator zugeführt wird, wobei das Stellglied
den Kondensator in der Weise einstellt, daß der Gitterstrom zwischen o,3 und l,o
mal 1g max vorzugsweise zwischen 0,6 und 0,9 mal 1g max im wesentlichen auf einem
konstanten Wert gehalten wird. Der Erfindung liegt die überraschende Feststellung
zugrunde, daß die Leistungszufuhr zum Hochfrequenz-Generator einer Katodenzerstäubungsanlage
in weiten Grenzen verändert, d.h. gesteuert oder geregelt, werden kann, wenn durch
besondere Mittel dafür Sorge
getragen wird, daß der Gitterstrom
der Senderöhre unabhängig von der Höhe der Leistung auf einem im wesentlichen konstanten
Wert gehalten wird. Die absolute Höhe des Gitterstroms ist dabei von untergeordneter
Bedeutung, sie richtet sich naturgemäß nach den Auslegedaten der Senderöhre. Es
empfiehlt sich jedoch eine solche Auslegung des Hochfrequenz-Generators bzw. des
gesamten Schwingkreises, daß der Gitterstrom bei optimalen Zerstäubungsbedingungen
innerhalb der amgegebenen Bereiche gehalten werden kann. Vorzugsweise soll der Gitterstrom
möglichst wenig unterhalb des maximalen Gitterstroms (I max) g - max) liegen, für
den max die Senderöhre ausgelegt ist. Dies gilt jedenfalls für den gesamten Leistungsbereich,
den der Hochfrequenz-Generator auslegungsgemäß durchfahren soll. Ausgenommen ist
ein sehr kleiner Leistungsbereich nahe dem Wert 0, der unterhalb von 5% der Maximalleistung
liegt. Es versteht sich, daß für Leistungen nahe 0 nicht schon der maximale Gitterstrom
fliessen muß.
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Der Wirkungsgrad des Hochfrequenz-Generators, d.h., das Verhältnis
von abgegebener zu aufgenommener Leistung, nimmt zwar mit steigendem Gitterstrom
ab, :aber auch die Gefahr, daß das Plasma bei kleineren Änderungen der Parameter
instabil wird, nimmt mit steigendem Gitterstrom ab.
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Die Art und Weisen welcher der Gitterstrom erfaßt und einem Stellglied
zugeführt wird, kann sehr unterschiedlich gewählt werden. Dies kann unter Verwendung
von Wandlern und/oder Verstärkern geschehen, die den Gitterstrom in eine Größe umsetzen,
durch welche das Stellglied entsprechend beeinflußt wird.
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Die erfindungsgemäße Lösung kann bei sämtlichen Dioden-und Trioden-Zerstäubungssystemen
eingesetzt werden. Sie bringt den erheblichen Vorteil mit sich, daß eine Leistungseinstellung
des Zerstäubungssystems über einen sehr weiten Bereich möglich ist, ohne daß dabei
fortlaufend eine manuelle Einstellung bzw. Abstimmung des Hochfrequenz-Generators
erforderlich ist. Die die Zerstäubung bewirkende Glimmentladung wird dadurch stets
innerhalb des optimalen, stabilen Bereichs gehalten, so daß konstantere Zerstäubungsbedingungen
und eine höhere Qualität der niedergeschlagenen Schichten erzielt werden können.
Die Überwachung der Zerstäubungsanlage durch qualifiziertes Bedienungspersonal wird
durch eine zuverlässig arbeitende Automatik ersetzt.
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Auch eine Programmsteuerung der Leistungswerte aufgrund vorgegebener
Daten ist ohne Überwachung durch geschultes Bedienungspersonal während des Zerstäubungsablaufs
möglich. Ein- solcher Vorteil wirkt sich insbesondere dann aus, wenn auf den gleichen
Substraten nacheinander mehrere, unterschiedliche Schichten unter abweichenden Zerstäubungsbedingungen
aufgebracht werden sollen.
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Eine Anordnung zur Leistungssteuerung eines Hochfrequenz-Generators
für Katodenzerstäubungsanlagen, die aus einer Vakuumkammer, einer Zerstäubungskatodenanordnung
gnd einer Substratanordnung bestehen, enthält einen Hochfrequenz-Generator mit einer
Senderöhre innerhalb eines Schwingkreises sowie eine Einrichtung zur Gittersteuerung,
wobei vor dem Eingang in die Katodenzerstäubungsanlage ein veränderbare>Kondensator
angeordnet und dem Hochfrequenz-Generator ein Leistungssteller vorgeschaltet ist.
Diese Anordnung ist
gemäß der weiteren Erfindung dadurch gekennzeichnet,
daß im Gitterstromkreis eine Einrichtung zur Erfassung des Gitterstroms angeordnet
ist, deren Ausgangsgröße einem Stellglied für die Einstellung des veränderbaren
Kondensators aufgeschaltet ist, wobei die Auslegung der Anordnung in der Weise getroffen
ist, daß bei einem Absinken des Gitterstroms die Kapazität des Kondensators verringert
bzw. bei einem Ansteigen des Gitterstroms die Kapazität erhöht wird.
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Für die Art, in der das Gitter angesteuert wird, gibt es verschiedene
Möglichkeiten, wie den separaten Gitterschwingkreis, eine kapazitive oder induktive
Rückkopplung aus dem Anodenkreis, etc.. Besonders günstige Betriebseigenschaften
hat dabei der separate Schwingkreis.
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Als Einrichtung zur Erfassung des Gitterstroms dient bevorzugt ein
opto-elektronischer Koppler mit Leuchtdiode und Fotoempfänger. Die Leuchtdiode erzeugt
ein dem Gitterstrom hinsichtlich des Lichtstromes proportionales Signal, welches
von dem Fotoempfänger in ein proportionales Spannungssignal umgesetzt wird.
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Die Leuchtdiode kann beispielsweise eine G&liumarsenid-Diode sein,
während als Fotoempfänger zweckmäßig ein Fototransistor verwendet wird. Derartige
Einrichtungen sind als konfektionierte Einheiten im Handel. Sie dienen unter anderem
zur galvanischen Trennung der Hochspannungsseite von der Niederspannungsseite.
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Der veränderbare Kondensator wird zweckmäßig als Drehkondensator ausgeführt,
so daß'als Stellglied bevorzugt ein Servomotor dient. Diesem wird zweckmäßig ein
Dreipunktregler
vorgeschaltet, der von dem Ausgangssignal der Einrichtung
zur Erfassung des Gitterstroms unmittelbar beaufschlagt wird. Innerhalb zulässiger
Toleranzen des Gitterstroms führt der Servomotor keine Verstellbewegung des Kondensators
aus. Verändert sich jedoch der Gitterstrom über die vorgegebenen Grenzwerte hinaus,
so wird er mittels des Servomotors durch die Veränderung des Kondensators wieder
in den vorgegebenen Bereich zurückgeführt.
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Der Stand der Technik, ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenständes
und deren Wirkungsweisen seien nachfolgend anhand der Figuren näher beschrieben.
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Es zeigen: Figur 1 eine bekannte Anordnung mit einem Koaxialkabel
und einem Abstimmglied zwischen Hochfrequenz-Generator und Zerstäubungsanlage, Figur
2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit unmittelbarer Ankopplung des Hochfrequenz-Generators
an die Zerstäubungsanlage, Figur 3 eine Schaltungsanordnung eines Hochfrequenz-Generators,
wie er prinzipiell für die Gegenstände nach Figur 1 und Figur 2 zum Einsatz kommen
kann,
Figur 4 eine Schaltungsanordnung einer Einrichtung zur Erfassung
des Gitterstroms, Figur 5 ein Diagramm mit der Abhängigkeit des Gitterstroms Ig
von der Zerstäubungsleistung N innerhalb dreier Leistungsbereiche I, II und III
ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre, Figur 6 ein Diagramm der Abhängigkeit
des Gitterstroms 1g von der Zerstäubungsleistung bei Anwendung der erfindungsgemäßen
Lehre und Figur 7 ein Diagramm der Abhängigkeit der Kapazität Cs des veränderbaren
Kondensators von der Zerstäubungsleistung N bei Konstanthaltung des Gitterstroms
1 gemäß Figur 6.
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In Figur 1, die den Stand der Technik zeigt, ist mit lo ein Hochfrequenz-Generator
bezeichnet, dessen Einzelheiten aus Figur 3 hervorgehen. Der Generator lo erhhält
seine Versorgungsspannung aus den Netzanschlußklemmen 11, wobei die Anodenspannung
durch einen Leistungssteller 12 in weiten Grenzen, beispielsweise zwischen 0 und
3000 Watt verändert werden kann. Der Leistungssteller 12 kann beispielsweise als
Stelltransformator oder als Thyristorsteller ausgeführt sein.
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Der Ausgang des Leistungsstellers 12 ist einem Transformator-Gleichrichtersatz
13 aufgeschaltet, in dem die Spannung herauf transformiert und gleichgerichtet wird
auf einen Wert von maximal ca. -5000 Volt. Der Ausgang
von 13
ist den Eingangsklemmen 14 des Hochfrequenz-Generators lo aufgeschaltet. Ein Gittersteuersatz
ist Teil des Generators und wird im Zusammenhang mit Figur 3 im Detail beschrieben.
Klemmen 16 haben eine Bedeutung nur in Verbindung mit Figur 2 und sind in Figur
1 überbrückt.
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Vom Hochfrequenz-Generator 1o führt ein ca. 2 Meter langes Koaxialkabel
17 zu einem Abstimmglied-18, welches aus einer Induktionsspule 19 und zwei veränderbaren
Kondensatoren 20 und 21 besteht. Der Kondensator 21 liegt zur Induktionsspule 19
parallel, wobei diese Anordnung einseitig an Masse gelegt und mit der anderen Seite
über den Kondensator 20 einer Zerstäubungskatode 22 aufgeschaltet ist. Die Zerstäubungskatode
22 ist Teil einer Katodenzerstäubungsanlage 23, die weiterhin aus einer Vakuumkammer
24 und einer auf Erdpotential liegenden Substratanordnung 25 besteht. Die Substratanordnung
kann sowohl aus dem Substrat selbst als auch aus einer Auflagefläche für einzelne,
zu beschichtende Substrate bestehen. Zerstäubungsgas wird über eine Gaszuleitung:
26 und ein Dosierventil 27 zugeführt. Das erforderliche Vakuum von etwa 5 x 10-2
bis -3 lo Torr (Argon) wird durch einen in der Figur nicht dargestellten Pumpsatz
über die Saugleitung 28 erzeugt. Die Katodenzerstäubungsanlage 23 ist ebenfalls
Stand der Technik, so daß weitere Erläuterungen entbehrlich sind.
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Der Hochfrequenz-Generator lo gemäß den Figuren 1 und 3 enthält eine
Leistungssenderöhre 39 für den Betrieb in einem Bereich von 1 bis 30 Milz. Das Gitter
41 der Senderöhre wird angesteuert durch einen Gittersteuersatz, der entweder unter
Zwischenschaltung mehrerer Verstärkerstufen einen Quarzoszillator enthält (frequenzstabilisierter
Generator) oder eine Rückkopplung
aus dem Anodenkreis besitzt (freilaufender
Generator). Der Ausgang des Generators lo hat bei der Anordnung nach Figur 1 einen
Wellenwiderstand von 50 Ohm und wird über das Koaxialkabel 17 mit ebenfalls 50 Ohm
Widerstand mit der Zerstäubungskatode 22 bzw. dem Plasma in der Zerstäubungskammer
verbunden. Mit Hilfe von sogenannten Reflektometern kann die Leistung gemessen werden,
die den Sender verläßt (Vorwärtieistung) und diejenige, die wieder in ihn zurückläuft
(Rückwärtsleistung, reflektierte Leistung). Das zwischen dem Koaxialkabel 17 und
der Zerstäubungskatode 22 angeordnete Abstimmglied 18 ist erforderlich, weil das
Plasma einen von 50 Ohm stark abweichenden Widerstand hat, Der Widerstand liegt
größenordnungsmäßig zwischen ca. 1o3 bis 1o5 Ohm. Dadurch ist eine direkte Übertragung
der Hochfrequenzenergie vom Generator ins Plasma, d.h. ohne Zwischenschaltung des
Abstimmgliedes 18, nicht möglich, weil die gesamte Energie an der Zerstäubungskatode
22 reflektiert würde. Durch das Abstimmglied 18 wird der Widerstand des Plasmas
auf 50 Ohm transformiert, wobei zusätzlich die erforderliche Phasenbeziehung hergestellt
wird. Bei Einstellung des komplexen Widerstandes am Eingang des Abstimmgliedes 18
auf 50 Ohm kann die vom Generator lo erzeugte Leistung reflexionsfrei über das Koaxialkabel
und das Abstimmglied 18 in das Plasma gelangen, wobei Verluste im Koaxialkabel,
im Abstimmglied und in der Katoden-Anoden-Anordnung im Rezipienten nicht berücksichtigt
werden sollen.
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Der Widerstand des Plasmas, d.h. der zwischen der Zerstäubungskatode
22 und der Substratanordnung 25 brennenden Glimmentladung ist stark abhängig unter
anderem
vom Zerstäubungsdruck, von der Temperatur, von Zerstäubungskatode 22 und Substratanordnung
25 sowie vom Katodenmaterial und von der Leistung. Die Variablen sind dabei teilweise
zeitabhängig. Demzufolge ändert sich insbesondere zu Beginn der Zerstäubung und
bei einer Erhöhung der Leistung der Plasmawiderstand beträchtlich. Dem sich ändernden
Plasmawiderstand muß eine Änderung der Parameter des Abstimmgliedes 18 derart parallel
laufen, daß der auf das 50 Ohm-Koaxialkabel 17 transformierte Widerstand des Plasmas
stets in guter Näherung 50 Ohm beträgt.
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Andernfalls ändert sich die vom Plasma reflektierte Leistung und damit
auch die ins Plasma gelangende Leistung; darüberhinaus treten insbesondere im Abstimmglied
bei hoher Reflexion Überschläge auf, die zu Zerstörungen führen. Die Praxis hat
gezeigt, daß es für einen sicheren Betrieb erforderlich ist, die Reflexion möglichst
nahe 0 zu halten. Üblich sind bei einer Vorwärtsleistung von looo Watt Rückwärtsleistungen
kleiner als 5%, vorzugsweise kleiner als 1%, d.h. kleiner als So bzw. lo Watt. Aus
diesen Zusammenhängen geht hervor, daß für einen vollautomatischen Betrieb einer
Zerstäubungsanlage eine automatische Regelung des Abstimmgliedes wünschenswert wäre.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß eine solche Regelung insbesondere für Forschungsanlagen
mit sich häufig ändernden Parametern, insbesondere unterschiedlichen Katodenmaterialien,
nur mit hohem Aufwand zu erstellen ist. Ein Wegfall des Koaxialkabels 17 hätte auch
einen Wegfall des Abstimmgliedes 18 zur Folge, so daß diesbezügliche Regelungsprobleme
nicht auftreten.
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In Figur 2, die ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
zeigt, werden die bisherigen Bezugszeichen beibehalten. In Abweichung vom Stande
der Technik gemäß Figur 1 weist die Anordnung gemäß Figur 2 jedoch folgende Besonderheiten
auf: Der dem Hochfrequenz-Generator lo über die Klemmen 16 entnehmbare Gitterstrom
fließt über eine Einrichtung 29 zur Erfassung des Gitterstroms, die beispielsweise
als opto-elektronischer Koppler ausgeführt ist. In der Einrightung 29 wird eine
dem Gitterstrom proportionale Spannung erzeugt, die über eine Leitung 30 einem Regler
31 aufgeschaltet ist. Der Regler 31 kann äls P-Regler, Bwei- oder Dreipunktregler
ausgeführt sein, wobei einem Dreipunktregler wegen seines Regelverhaltens der.Vorzug
zu geben ist. Brauchbare Regler gestören zum Stande der Technik und können bei Kenntnis
der übrigen Daten vom Durchschnittsfachmann leicht bestimmt werden. Der Ausgang
des Reglers 31 ist über eine Leitung 32 einem als Servomotor ausgeführten Stellglied
33 auf geschaltet, das über eine Welle 34 den erfindungsgemäß veränderbaren Kondensator
35 verstellt. Die Auslegung der Anordnung ist dabei in der Weise getroffen, daß
bei einem Absinken des Gitterstroms die Kapazität des Kondensators 35 erniedrigt
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bei einem Ansteigen des Gitterstroms erhöht wird.
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Da die Höhe des Gitterstroms aufgrund einer Rückkopplungswirkung durch
die Kapazität Cs des Kondensators 35 beeinflußt wird, ergibt sich auf diese Weise
die Möglichkeit einer Einregelung des Gitterstroms auf einen im wesentlichen konstanten
Wert. Um die Abstimmung zwischen Gitterstrom und der Kapazität des Kondensators
35 beeinflussen zu können, ist der Regler 31
zusätzlich mit einer
Eingangsklemme 36 ausgestattet, an die ein Sollwert, beispielsweise über ein nicht
dargestelltes Einstellpotentiometer angelegt werden kann.
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Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Anordnung gemäß Figur
2 sei zunächst auf die nachfolgenden Figuren verwiesen. Gemäß Figur 3 ist die Ausgangsspannung
des Transformator- Gleichrichtersatzes 13 dem Hochfrequenz-Generator lo über die
Eingangsklemmen 14 aufgeschaltet. Die zwischen 0 und -5000 Volt gegen Masse veränderbare
Spannung ist über eine Leitung 37 einer indirekt geheizten Katode 38 einer Senderöhre
39 aufgeschaltet, die eine Anode 40 sowie ein Steuergitter 41 aufweist. Der erforderliche
Heizstrom wird der Katode 38 über die Klemmen 42 zugeführt. Ein Kondensator 43 stellt
für die verwendete Hochfrequenz die Verbindung zwischen dem Fußpunkt des Anodenschwingkreises
und der Katode her.
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Das Steuergitter 41 ist an eine Induktionsspule 44 angeschlossen,
die mit der inneren Kapazität zwischen Gitter 41 und Katode 38 der Senderöhre 39
einen Schwingkreis bildet. Die Rückkopplung vom Anodenkreis auf das Gitter 41 erfolgt
über die Gitter-Anoden-Kapazität der Röhre. Die betreffende Schaltung ist auch unter
der Bezeichnung "Huth-Kühn-Schaltung" bekannt geworden. Ein Kondensator 45 verbindet
die Induktionsspule 44 für die verwendete Hochfrequenz (über Masse) mit der Katode
38. Eine Drosselspule 46 bildet zusammen mit einem Kondensator 47 ein Filter für
die verwendete Hochfrequenz. Der Gleichstromanteil des Gitterstroms erzeugt an einem
Widerstand 48 eine Gittervorspannung.
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Der Widerstand 48 ist mit einer der Klemmen 16 verbunden, während
die andere Eingangsklemme 16 über
eine Leitung 49 bzw. die Leitung
37 mit der Katode 38 verbunden ist. Die Teile 44 - 48 bilden zusammen einen sogenannten
Gittersteuersatz.
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Die Anode 40 der Senderöhre 39 ist über eine Leitung 50 mit einer
Induktionsspule 51 verbunden, zu welcher parallel ein veränderbarer Kondensator
52 angeordnet ist. Die der Leitung 50 abgewandte Verbindungsstelle 53 ist an Masse
gelegt. Die Spule 51 ist über eine Leitung 54 angezapft, wobei der Anzapfungspunkt
Je nach den Zerstäubungsbedingungen (Material der Zerstäubungskatode, Zerstäubungsdruck,
Frequenz, Geometrie der Anlage) bestimmt wird. Nach Festlegung des Anzapfungspunktes
bleibt dieser bestehen; seine Lage ergibt sich durch Ausprobieren beim Anfahren
der Anlage. Die Leitung 54 führt zu einer Anschlußklemme 55, an welche der veränderbare
Kondensator 35 (Fig. 2) gelegt ist. Bei Verwendung des Gegenstandes nach Figur 3
für den Gegenstand gemäß Figur 1 wird die Leitung 54 - wie angegeben - als Koaxialkabel
ausgeführt. Die Lage des Anzapfungspunktes von Spule 51 bzw. Leitung 54 wird sich
dabei ebenfalls verändern.
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Die Spule 51 und der Kondensator 52 stellen zusammen mit dem Kondensator
35 und der elektrischen Last in der Zerstäubungsanlage einen Schwingkreis dar, welcher
die Frequenz des Generators bestimmt. Hierdurch unterscheidet sich die Anordnung
gemäß Figur 2 grundlegend von derjenigen gemäß Figur 1, bei der eine sinngemäße
Trennung in Sender, Koaxialkabel und Abstimmeinheit mit zugehöriger Katoden-Anodeneinheit
(22/25) besteht.
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Die Einrichtung 29 zur Erfassung des Gitterstromes kann auf verschiedene
Weise ausgeführt sein. Bevorzugt wird jedoch ein opto-elektronischer Koppler-Bemäß
Figur 4
eingesetzt, der aus einer Gallium-Arsenid-Diode (GaAs-Diode)
57 besteht, welche eine vom Stromdurchgang abhängige Lichtmenge aussendet. Das ausgesandte
Licht trifft auf einen Fotoempfänger, der im vorliegenden Falle als Fototransistor
58 ausgeführt ist. In diesen wird durch den Lichtstrom eine dem Gitterstrom proportionale
Ausgangsspannung erzeugt, die an einer Ausgangsklemme 59 ansteht. Die GaAs-Diode
57 wird an die Eingangsklemmen 16 des Hochfrequenz-Generators angeschlossen. Ein
Widerstand 60 dient als Emitter-Widerstand des Fototransistors 58. Die Teile 57
und 58 bilden eine in Kunstharz eingebettete Einheit 56 mit einer Isolierspannung
von mindestens lo Kilovolt. Auf diese Weise wird eine zuverlässige galvanische Trennung
von Hoch- und Niederspannungsteil erreicht. Die Versorgungsgleichspannung des Fototransistors
58 wird zwischen einer Klemme 61 und Masse angelegt.
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Figur 5 zeigt in Diagrammform die Veränderung des Gitterstromes 1g
ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre. D.h. bei dem Gegenstand gemäß Figur
2 würde auf die Teile 29 bis 34 und 36 verzichtet. Der veränderbare Kondensator
würde zu diesem Zweck drei Einstellmöglichkeiten erhalten, die mit I, II und III
bezeichnet sind.
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Bei jeder Einstellung bleiben die Senderparameter konstant. Die Grenzbelastung
der Senderöhre ist durch die eingezeichnete Linie Ig max angegeben; sie beträgt
bei einer in Versuchen verwendeten Senderöhre 7,5 mA.
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Der Bereich I erlaubt din stabilen Betrieb des Generators von der
Leistung O bis zu ca. 600 Watt. Innerhalb dieses Bereichs verändert sich der Gitterstrom
gemäß der Kurve "a". Analoge Verhältnisse gelten für den Bereich II zwischen 600
und 1600 Watt, in dem sich der Gitterstrom gemäß der Kurve "b" verändert, sowie
für den Bereich III zwischen 1600 und 3000 Watt, in dem sich der
Gitterstrom
gemäß der Kurve "c" verändert. Ein Betrieb der Anordnung im Bereich II ist unterhalb
600 Watt nicht möglich, weil im Punkte "X" der Kurve b" das Plasma instabil wird.
Desgleichen ist ein Betrieb im Bereich III unterhalb 1600 Watt nicht möglich, weil
im Punkt "Y" der Kurve "c" ebenfalls das Plasma instabil wird. Ein Überschreiten
der Linie Ig max ist wegen des maximal erlaubten Gitterstroms nicht möglich.
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Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Anordnung
gemäß Figur 2 ergibt sich jedoch durch geregelte Nachstellung des veränderbaren
Kondensators 35 über den gesamten Leistungsbereich, der durch den Leistungssteller
12 ermöglicht wird, ein horizontaler, d.h. konstanter Verlauf der Gitterspannung,
so daß keine Gefahr von Instabilitäten des Plasmas oder einer Überschreitung des
maximalen Gitterstroms besteht. Der für die Leistungssteuerung wesentliche Teil
der Kurve Igo (Figur 6) verläuft praktisch parallel und knapp unterhalb des Grenzwertes
1g max Im vorliegenden Falle bei o,9 x Ig max Das Abknicken der Kurve unterhalb
einer Leistung von loo Watt ist keineswegs problematisch, da man hier noch keinen
hohen Gitterstrom für ein gutes Schwingverhalten von Generator und Plasma benötigt-
Figur 7 zeigt die leistungsabhängige Veränderung der Kapazität Cs des Kondensators
35, wenn diese durch die Anordnung gemäß Figur 2 im Hinblick auf die Konstanthaltung
des Gitterstromes gemäß Figur 6 geregelt wird. Die Anordnung enthält eine nicht
dargestellte Rückstellvorrichtung für den Servomotor 33, der diesen nach Abschalten
der Leistung in die Ausgangsstellung zurückstellt.