DE2436431B2

DE2436431B2 - Verdampfer und Verfahren zum Herstellen von Aufdampfschichten, insbesondere aus Selen

Info

Publication number: DE2436431B2
Application number: DE19742436431
Authority: DE
Inventors: Heinrich 4785 Belecke Biermann; Erich Dipl.-Phys. 4771 Sichtigvor Deissner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1974-07-29
Publication date: 1978-07-27
Also published as: DE2436431A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Herstellen von Aufdampfschichten, insbesondere von Aufdampfschichten aus Selen.

Zum Herstellen von Schichten zahlreicher Stoffe, beispielsweite von Schichten aus Selen, Selenlegierungen oder Selenverbindungen, haben sich Aufdampfverfahren all zweckmäßig und vorteilhaft erwiesen. Sie werden unter anderm etwa bei der Fertigung von Selengleichrichtern oder von elektrophotographischem Aufzeichnungsmaterial auf der Grundlage von Selen in großem Umfang angewendet

Als Verdampfungsquelle dienen Gefäße, die vielfach

die Form einer Wanne, eines Kastens oder eines Schiffchens aufweisen und die aus einem Material bestehen, das gegenüber dem geschmolzenen Verdampfungsgui widerstandsfähig ist Die Gefäße werden entweder durch zusätzliche Heizeinrichtungen auf die zur Verdampfung notwendige Temperatur gebracht oder stellen, wenn sie aus Metall bestehen, gegebenenfalls selbst die Widerstände einer elektrischen Widerstandsheizung dar.

to Je nach dem vorgesehenen Verwendungszweck und der Art des Verdampfungsgutes findet entweder die sogenannte Vollverdampfung oder die Teilverdampfung Anwendung, die beide sowohl Vor- als auch Nachteile aufweisea Bei der Teilverdampfung wird aus

is einer größeren Stoffmenge im Verdampfungsgefäß jeweils nur immer ein bestimmter Anteil verdampft und durch Wahl der Bedampfungsdauer und der Bedampfungstemperatur die Schichtdicke der aufgedampften Schicht bestimmt Von Zeit zu Zeit wird der verdampfte Anteil durch Zugabe von — gegebenenfalls vorgeschmolzenem — Verdampfungsgut ersetzt Bei genügend starkwandigen Verdampfungsgefäßen, die während der Aufheizphase wegen der sich laufend ändernden Temperaturen verschlossen bleiben, läßt sich eine ausreichende Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung und ausreichende Konstanz der Temperatur während der Verdampfung und damit auch eine gleichmäßige Verdampfung Ober die gesamte Oberfläche des Verdampfungsgefäßes und während der gesamten Verdampfungszeit erreichen.

Nachteilig bei der Teilverdampfung wirkt sich die Tatsache aus, daß die vorgesehenen Schichtdicken praktisch nur über die Verdampfungszeit gesteuert werden können, ungleiche Einfüllhöhe im Verdampfungsgefäß unter Umständen zu Schwankungen der Schichtdicke führen und während des Füllens und Aufheizens des Verdampfungsgefäßes sich leichter flüchtige Anteile, z. B. Halogene als Dotierungsstoffe, verflüchtigen können, ohne die Substratfläche zu erreichen. Die Zusammensetzung der aufgedampften Schicht kann dadurch, daß dabei etwa erforderliche Dotierstoffe, wie Chlor im Selen, verlorengehen, in unerwünschter Weise verändert werden. Schließlich muß bei einer Teilverdampfung auch immer damit gerechnet werden, daß sich im Laufe der Verdampfung mehr und mehr schwerer flüchtige Stoffe, wie langkettige Selenmoleküle oder Verunreinigungen in der Schmelze in solcher Menge ansammeln, daß die vorgesehene und erforderliche Zusammensetzung der aufgedampften Schicht nicht mehr gewährleistet ist

Um solche Nachteile zu vermeiden, wird vielfach an Stelle der Teilverdampfung die Vollverdampfung durchgeführt, bei der der zu verdampfende Stoff vollständig aus dem Verdampfungsgefäß verdampft wird und sich die Schichtdicke der aufgedampften Schicht nicht nur über die Verdampfungszeit, sondern auch und besser über die genau einzustellende und erfassende Einfüllmenge steuern läßt Da hierbei die gesamte Stoffmenge aufgedampft wird und keine

Verluste gewisser Anteile auftreten, läßt sich die Einhaltung einer bestimmten Zusammensetzung der Aufdampfschicht leichter und sicherer erreichen.

Als nachteilig bei einer Vollverdampfung, bei der der zu verdampfende Stoff etwa in Form von Granalien,

Stäben oder Linsen in das Verdampfungsgefäß eingefüllt wird, muß der ungleiche Wärmeübergang zwischen dem Boden und den Wänden des Gefäßes und dem Verdampfungsgut und innerhalb des Verdampfungsgu-

tes angesehen werden. Hierdurch wird ein langwieriges und kompliziertes Aufheizverfahren erforderlich, um örtlich Überhitzungen, Dampfausbrüche, Fortschleudern von festen Teilchen oder Spritzern zu vermeiden. Es zeigt sich nämlich immer wieder, daß etwa bei einer Selenverdampfung bei Temperaturen bis zu 150⁰C einzelne Granalien und bei Temperaturen darüber Selenspritzer gegen die zu bedampfende Schicht geschleudert werden und dadurch ihre Oberfläche für die spätere Verwendung unbrauchbar machen. Es ist vorgeschlagen worden, diesen unerwünschten Erscheinungen, die besonders während der Aufheizphase auftreten, dadurch entgegenzutreten, daß zumal während dieser Phase die Oberfläche des Verdampfungsgutes mit einem Deckel abgedeckt wird. Das hat jedoch zur Folge, daß erhebliche Anteile des Verdampfungsgutes am Deckel kondensieren und teilweise haften bleiben, wodurch ein Verlust an Verdampfungsgut entsteht Oder die kondensierten Anteile blättern — zumindest teilweise — wieder ab und fallen unkontrolliert als Staub auf das Kondensat oder in die Schmelze zurück, wodurch deren Zusammensetzung in unerwünschter Weise geändert wird. Außerdem besteht dabei die Gefahr, daß die Kondensation auch und gerade zwischen dem Verdampfungsgefäß und dem Deckel stattfindet und dadurch das öffnen des Deckels erschwert oder verhindert wird.

Es ist weiterhin bekannt, die Dampfströme, die aus dem Verdampfungsgut entwickelt werden, durch Einbau von Schikanen ein- oder mehrmals in ihrer Strömungsrichtung abzulenken. Solche Einrichtungen an dem Verdampfungsgefäß verhindern zwar das ungewollte Auftreffen von festen Teilchen oder Spritzern auf der zu beschichtenden Oberfläche, wirken sich dafür aber nachteilig hinsichtlich der Strahlungswärme aus und erschweren überdies die Handhabung des Verdampfungsgefäßes beim Füllen und Reinigen.

Wird an Stelle eines geschlossenen Deckels ein perforierter Deckel oder ein Sieb verwendet, so läßt sich bei zu großer Öffnung der Löcher oder zu großer Maschenweite ein Durchtritt der Teilchen nicht wirksam verhindern. Wählt man dagegen hinreichend kleine Öffnungen der Löcher oder Maschenweiten, die nur noch dampfförmige Anteile durchlassen, so setzen sich die Öffnungen der Abdeckung innerhalb kurzer Zeit zu, wodurch diese dann ebenfalls unbrauchbar wird.

Aufgabe der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung ist es daher einen Verdampfer zum Herstellen von Aufdampfschichten, insbesondere von Aufdampfschichten aus Selen, anzugeben, mit dem auch die oben beschriebenen Vorteile der Vollverdampfung genutzt werden können, ohne aber deren Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Der Verdampfer soll in erster Linie ein Auftreffen von Spritzern oder abgeschleuderten festen Teilchen des Verdampfungsgutes auf die Aufdampfschicht wirksam verhindern, gleichzeitig aber auch eine Verkürzung der Aufheizzeiten ermöglichen, ohne hierfür ein kompliziertes Temperaturprogramm erforderlich zu machen. Der Verdampfer soll überdies leicht zu reinigen und zu füllen sein und hinsichtlich seiner Herstellungskosten und seines Umfanges nur wenig aufweni lig sein.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß Spritzer oder feste Teilchen nicht auf die Oberfläche der Bedampfungsschicht gelangen können, da sie von der siebartigen Abdeckung zurückgehalten werden. Ein Verschließen der Öffnungen der Abdeckschicht als Folge der auftreffenden Teilchen ist aber nicht zu befürchten, da die Abdeckung selbst beheizbar ist und auf so hohe Temperaturen gebracht wird, daß gegebenenfalls auf die Abdeckung auftreffende feste oder flüssige Teilchen dort nicht haften bleiben, sondern wiederum bald selbst verdampfen und dadurch die Öffnungen freigeben. Ebenfalls werden kleinste feste oder flüssige Teilchen, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Öffnungen ist, beim Durchströmen durch diese Öffnungen in den dampfförmigen Zustand übergeführt, so daß die Beschichtung des Substrates ausschließlich durch eine Kondensation aus der Dampfphase erfolgt und einwandfreie und gleichmäßige Aufdampfschichten erhalten werden.

Von besonderem Vorteil ist dabei daß keine Rücksicht auf die Aufheizphase genommen zu werden braucht und die oben beschriebene schwierige und langwierige Temperaturführung entfällt bei der man bisher zunächst langsam aufheizen mußte, ohne daß das Verdampfungsgut flüssig wurde und nach dem Flüssigwerden auf eine Verhinderung eines Siedeverzuges zu achten hatte, der z. B. leicht durch örtliches Anlegieren des Verdampfungsgutes am Gefäßmaterial auftreten konnte. Vielmehr ist nun die Möglichkeit gegeben, rasch auf die vorgesehene Endtemperatur hochzuheizen und dann — gleichfalls vorteilhaft — eine hohe Verdampfungsrate bis zum Ende der Verdampfung beizubehalten. Ebenfalls ist unmittelbar vor dem Ende der Verdampfung, d.h. zu einem Zeitpunkt, wo die Schmelze nicht mehr vollständig den Verdampferboden bedeckt, sondern sich zu Tropfen zusammenzieht und wo örtliche Bodenteile höher erhitzt werden und dann im allgemeinen leicht Spritzer auftreten, deren nachteilige Wirkung auf die Aufdampfschicht nicht mehr zu befürchten. Schließlich können bei Benutzung eines Verdampfers gemäß der Erfindung unbeschadet während des Verdampfens auch höhere Temperaturen angewendet werden, weil unerwünschte Auswirkungen etwa des Leidenfrostschen Phänomens, das dann gegebenenfalls austreten könnte, wirksam verhindert werden.

An Hand eines Ausführungsbeispiels und der teilweise schematischen Zeichnungen sei der Verdampfer gemäß der Erfindung noch einmal näher beschrieben, wobei mechanische Verbindungen zwischen Verdampfungsgefäß und Abdeckung nicht angezeichnet sind.

Handelt es sich etwa darum, Selen oder ein selenhaltiges Verdampfungsgut aufzudampfen, dient zweckmäßigerweise — wie F i g. 1 zeigt — als Verdampfungsgefäß ein kastenförmiges Schiffchen 1, das am oberen Rand der Enden Haltebleche 2, 3 aufweist Die Höhe des Verdampfungsgefäßes 1 beträgt etwa 1,6 cm, seine Länge und Breite werden dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt Während des Verdampfungsvorganges befindet sich in geringem Abstand über dem Verdampfungsgefäß 1, aber mechanisch und elektrisch von ihm getrennt, eine Abdeckung 4, beispielsweise ein mit Löchern 5 versehenes Blech, dessen seitliche Kanten 6 abgebogen sind. Die Stellung des Gefäßes 1 und der Abdeckung 4 zueinander während des Verdampfungsvorganges sind noch einmal in Fig.2 und Fig.3 im Längs- und Querschnitt dargestellt, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Bauteile beziehen.

Die Abdeckung 4 wird zweckmäßigerweise abklappbar angebracht um ebenso ein einfaches und ungehindertes Einfüllen des Verdampfungsgutes wie auch ein rasches Abdecken nach dem Einfüllen zu ermöglichen.

Eine gegebenenfalls angebrachte Verriegelung verhindert ein ungewolltes öffnen der Abdeckung während des Betriebes.

Als Material dienen für das Gefäß 1 und die Abdeckung 4 beispielsweise Tantal, Molybdän oder titanhaltiger Edelstahl, die dann zugleich auch die Widerstände einer elektrischen Widerstandsheizung bilden. Die Zahl und der Durchmesser der öffnungen 5 werden der vorgesehenen Dampfrate angepaßt, wobei der Durchmesser nur so groß sein darf, daß noch mit Sicherheit ein Durchströmen von festen oder flüssigen Teilchen verhindert wird. Im vorliegenden Beispiel beträgt der Durchmesser der öffnungen etwa 0,1 bis 3 mm vorzugsweise etwa 1 mm, ihr Abstand voneinander etwa 0^5 bis 5 mm.

Während des Betriebes soll die Temperatur de Abdeckung 4 um etwa 5 bis 30⁰C höher liegen als dii Temperatur des Gefäßes 1. Hat dieses z. B. bei eine Selenverdampfung die Temperatur von etwa 360° C, s< wird für die Abdeckung 4 zweckmäßigerweise eint Temperatur von etwa 38O⁰C gewählt.

Die jeweiligen Temperaturen lassen sich bei getrenn ter und voneinander unabhängiger elektrischer Behei zung unschwer einstellen. Gegegebenenfalls ist es abei auch möglich und stellt dann eine gewisse Vereinfa chung des Schaltungsaufwandes dar, Gefäß unc Abdeckung mit Hilfe einer Parallelschaltung aufzuhei zen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, daß da! Querschnittsverhältnis von Gefäß 1 und Abdeckung < etwa 1,5 beträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verdampfer zum Herstellen von Aufdampfschichten, insbesondere von Aufdampfschichten aus Selen, gekennzeichnet durch ein Verdampfungsgefäß (1) mit einer in einem Teilbereich mechanisch und elektrisch vom Verdampfungsgefäß (1) getrennten, siebförmigen und elektrisch beheizbaren Abdeckung (4), deren flichenmäßige Größe wenigstens zum vollständigen Abdecken des Verdampfungsgefäßes (1) ausreicht, und deren Lochoder Maschenweite nur dampfförmige Anteile des Verdampfungsgutes durchlaßt

2. Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (4) abklappbar angebracht ist

3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) und die Abdeckung (4) aus Tantal, Molybdän oder titanhaltigem Edelstahl bestehen.

4. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) und die Abdeckung (4) Widerstände einer elektrischen Widerstandsheizung bilden.

5. Verdamfer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (1) und die Abdeckung (4) in einer Parallelschaltung geschaltet sind.

6. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Querschnittsverhältnis des Gefäßes (1) und der Abdeckung (4) 1,5 beträgt

7. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Offnungen (5) der Abdekkung (4) einen Durchmesser von 0,1 bis 3 mm aufweisen.

8. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (5) der Abdekkung (4) einen Durchmesser von 1 mm aufweisen.

9. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnungen (5) der Abdekkung (4) einen Abstand von 0,5 bis 5 mm aufweisen.

10. Verdampfer nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abdeckung (4) eine Verriegelung angebracht ist, die ein ungewolltes öffnen der Abdeckung während des Betriebes verhindert

11. Verfahren zum Herstellen von Aufdampfschichten, insbesondere von Aufdampfschichten aus Selen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdampfer gemäß Anspruch 1 bis 10 verwendet wird und die Temperatur der Abdeckung (4) 5 bis 30° C höher als die Temperatur des Gefäßes (1) gewählt wird.