DE2624859C2 - Verfahren zur Herstellung elektrisch leitetider Schichten in isolierenden Materialien mittels indirekter Implantation - Google Patents
Verfahren zur Herstellung elektrisch leitetider Schichten in isolierenden Materialien mittels indirekter ImplantationInfo
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- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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- C23C14/48—Ion implantation
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem beispielsweise in Gläsern, keramischen Werkstoffen und
Kunstharzen elektrisch leitende Schichten in der Nähe der Oberfläche erzeugt werden können. Solche leitenden
Schichten auf isolierendem Material werden unter anderem benötigt zur Vermeidung statischer Aufladung,
zur Einstellung bestimmter Potentialverteilungen, zur Spannungsbegrenzung oder als Kontaktgeber
für galvanische Abscheidungen. Es ist bekannt, daß man die elektrischen Eigenschaften fester Körper in
oberflächennahen Gebieten durch Ionenimplantation verändern kann. Bei manchen Materialien ist es möglich,
Fremdatome in so hoher Konzentration zu implantieren, daß eine chemische Verbindung entsteht
(W. Rothemund.C.R. Fritzsche.J.EIectrochem.
Soc. 121, 586 [1974]), oder daß die implantierten Atome selbst eine metallisch leitende Schicht bilden
(H. Kräutle, S. Kalbitzer, Intern. Conf. Ion Im=
plantation, Yorktown Heights [1972)). Die Erfindung
befaßt sich mit der Ausnutzung dieser beiden Möglichkeiten zur Herstellung leitender Schichten in Isolatoren.
Ihr eigentlicher Gegenstand sind jedoch nicht die implantierten Schichten selbst, sondern Verfahren,
mit denen man trotz der im folgenden beschriebenen Schwierigkeiten die Idee der Implantation leitender
Schichten technisch realisieren kann.
Schwierigkeiten entstehen, sobald die zu implantierende Fläche größer ist als etwa 100 cm1. Erstens müssen,
wenn das mit Ionen zu beschießende Material (Target) kein elektrischer Leiter oder Halbleiter ist,
Maßnahmen zum Abführen oder Neutralisieren der von den Ionen transportierten Ladung getroffen werden.
Zweitens wächst die zur Implantation, erforderliche Zeit mit dem Quadrat des Durchmessen, der zu
implantierenden Fläche. Da nun einerseits der lonenstrom sowohl wegen der Eigenschaften der Ionenquellen
als auch wegen der Erwärmung des Targets klein ist, andererseits zur Erzeugung einer leitenden
Schicht eine hohe Dosis erforderlich ist, kann das Verfahren mit zunehmender Größe der zu bearbeitenden
1S Targets sehr schnell unwirtschaftlich werden. Eine
weitere Schwierigkeit kann, z. B. bei Gläsern, dadurch entstehen, daß die einfallenden Ionen das Target und
somit auch das Implantat durch den Sputter-Effekt teilweise abtragen. Hierdurch wird der Konzentration
der implantierten Ionen eine obere Grenze gesetzt, die so niedrig sein kann, daß keine elektrisch leitende
Schicht mehr gebildet wird.
Erfindungsgemäß werden die beiden erstgenannten Schwierigkeiten - Aufladung und unwirtschaftlich
*5 lange Implantationszeit - und in einem speziellen
Ausführungsbeispiei auch die Schwierigkeit des Sputter-Effektes
dadurch umgangen, daß man den Ionenstrahl nicht voll auf das Target auftreffen läßt, sondern
teilweise oder ganz dazu benutzt, aus einer anderen Substanz Atome herauszuschlagen, die dann in das
eigentliche Target eindringen. Dabei entsteht zwar ein Energieverlust, doch ist bei richtig gewählten Bedingungen
die Zahl der aus dem Hilfsmaterial austretenden Atome oder Ionen weitaus größer als die Zahl
der eingeschossenen Ionen. Ein ähnliches, als »recoil implantation« bezeichnetes Prinzip der indirekten
Implantation ist für den Zweck vorgeschlagen worden, in Halbleiter, auf die eine Deckschicht im Vakuum
aufgedampft wurde, p-n-Üuergäng«? mit Zeitgewinn
zu implantieren (O. Christensen, H. L. Bay, Appl.
Physics Letters 28, 491 [1976]). Hierbei ist das Substrat ein Halbleiter, so daß das Problem der Aufladung
nicht existiert. Die bombardierenden Ionen sind vorzugsweise Edelgase, damit sie beim eventuellen Eindringen
in den Halbleiter keine elektrische Wirkung hervorrufen. Die Dosis ist mäßig, so daß weder die
Gefahr des Sputterns noch die des Zusammenwachsens des Implantates mit dem aufgedampften Hilfsmaterial
besteht. Das Hilfsmaterial steht mit dem Substrat in direktem Kontakt, bildet also mit ihm ein
gemeinsames Target. Wegen der geringen Größe des Targets und der leichten Ablösbarkeit der Hilfsschicht
bringt der Aufdampfprozeß keine wesentlichen Nachteile mit sich.
Gemäß der Erfindung ist das sekundäre Target (= das Substrat) ein Isolator, so daß zur Vermeidung
der Aufladung die aus dem Hilfsmaterial (= primäres Target) austretenden Atome entweder neutral oder
von Sekundärelektronen, die aus dem primären Tar-
δο get austreten und das sekundäre Target neutralisieren,
begleitet sein müssen. Die bombardierenden Ionen sind vorzugsweise Metall-Ionen, damit sie beim eventuellen
Durchdringen des primären Targets im sekundären Target zur metallischen Leitung beitragen können.
Primäres und sekundäres Target sind nach Möglichkeit durch Vakuum voneinander getrennt,
d. h. nur wenn die gewählte Ion-Target-Kombination zu starkem Sputtern führt, wird das Hilfsmaterial auf-
gedampft, wobei die Trennung von primärem und sekundärem Substrat durch eine leicht ablösbare Zwischenschicht
erfolgen kann. Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, daß wegen der Teilchenvervielfachung
im primären Target auch zweiwertige Ionen in dieses eingeschossen werden können. Die notwendige Dosis
ist für die gemäß der Erfindung zu erzeugende metallisch leitende Schicht so groß, daß der mit zweiwertigen
Ionen erreichbare Strom ohne Teilchenvervielfachung zu niedrig wäre. Die Verwendung zwei- oder
mehrwertiger Ionen ist für die Erfindung wichtig, weil ein /i-fach geladenes Teilchen auch die /i-fache Energie
mit sich trägt, wodurch die Verwendung von freitragenden Folien als primäres Target möglich wird.
An folgendem Ausführungsbeispiel se; das Verfahren erläutert (Bild): In einer Ionenquelle / werden
Chrom-Ionen verschiedener Wertigkeit erzeugt. Durch Trennung in einem Magneten M wird erreicht,
daß nur die zweiwertigen Ionen die Beschleunigungsstrecke 5 durchlaufen können. Mit einer Energie von
700 keV treffen die Ionen auf eine Aluminium-Folie F von 0,75 μπι Dicke. In dieser Folie übertragen
die Chrom-Ionen ihre Energie auf die leichteren Aluminiumatome und auf Elektronen. Aus der Folie treten
neutrale Aluminiumatome, AP-Ionen und negativ geladene Elektronen aus und treffen auf das
sekundäre Target T. Da für den Zweck, für den die Erfindung vorgesehen ist, das Target großflächig ist,
wird es mechanisch gegen den Ionenstrahl bewegt, damit die gesamte zu implantierende Fläche von Ionen
getroffen wird. Die Bewegungsvorrichtung sowie Vorrichtungen zur gleichmäßigen Bestrahlung der
Folie sind in der Technik der Ionenimplantation allgemein bekannt und daher zur Vereinfachung in der
Zeichnung nicht angedeutet. Wesentlich ist nur, daß auch bei Targetflächen von mehreren hundert cm2 die
Räche der Folie nur wenige cm2 groß zu sein braucht.
Die Bewegung des Targets ermöglicht es, statt einer freitragenden Folie eine solche zu verwenden, die auf
ein Netz aufgespannt ist, weil die Schattenwirkung des Netzes in diesem Falle nicht stört. Auf ein Netz aufgespannte
Folien können dünner sein und damit die Verwendung der mit größerem Strom anfallenden
einwertigen Ionen gestatten. Die hier vorgesehene Trennung von primärem und sekundärem Target hat
den Vorteil, daß nicht für jedes mit einer leitenden Schicht zu überziehende Teil das primäre Target aufgedampft
und später wieder abgelöst v/erden muß. Jedoch gelten Merkmale der Erfindung auch für den
Fall, daß das primäre Target auf das sekundäre Target aufgedampft oder aufgesputtert wird. In jedem Falle
ίο wird die Aufladung des Targets vermieden, die Verwendung
mehrwertiger Ionen auch bei hoher Dosis ermöglicht und die Implantationszeit verkürzt. Die
Bedampfung des sekundären Targets kann mit Vorteil angewandt werden, wenn Materialien verarbeitet
'S werden sollen, die bei der hohen Dosis merklich durch
Sputtern abgetragen werden. Dies kann beispielsweise bei Gläsern der Fall sein. Hier läßt sich auch leicht
ein Verwachsen des Implantates mit dem primären Target vermeiden, indem man vor dem Aufdampfen
ao des Metalls das Glas mit einer Lacnichicht überzieht.
Dann kann nach der Implantation das Nietall mit einer
Säure, der Lack mit einem organischen Lösungsmittel abgetragen werden, ohne daß die in das Glas implantierte
Schicht verletzt wird.
*5 Stat: Aluminium kann auch jedes andere Metall als
primäres Target verwendet werden, doch sind Metalle mit niedrigem Atomgewicht, etwa kleiner als 110, zu
bevorzugen. Wenn die Herstellung von Folien aus elementarem Metall schwierig ist, oder wenn mehrere
Atomarten gleichzeitig implantiert werden sollen, kann das primäre Target auch eine Legierung sein.
Soll mittels leichter Elemente eine besonders große Eindringtiefe erzielt werden, so können z. B. Beryllium
oder Magnesium aus Cu1Be5,- oder Mg^ Al1-Le-
gierungen herausgeschossen werden.
Zur Bombardierung des primären Targets können außer Cr auch alle anderen Ionenarten verwendet
werden, nur soll ihr Atomgewicht nicht niedriger sein als das des primären Targets. Metallionen sollen verwendet
werden, wenn das primäre Target so dünn oder porös ist, daß es diese in merklichen Mengen,
z. B. mehr als 1%, durchläßt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung leitender Schichten in Isolatoren mittels indirekter Implantation,
dadurch gekennzeichnet, daß Atome, die die Leitfähigkeit erzeugen oder zu ihr beitragen,
durch Ionenstoß aus einer Folie herausgeschlagen und in das zu bearbeitende isolierende Material
eingeschossen werden.
2. Verfahren zur Herstellung leitender Schichten in Isolatoren mittels indirekter Implantation,
dadurch gekennzeichnet, daß Atome, die die Leitfähigkeit erzeugen oder zu ihr beitragen, durch Ionenstoß
aus einer mit dem zu bearbeitenden isolierenden Material fest verbundenen Schicht
herausgeschlagen und in dieses eingeschossen werden.
3. Verfahren nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, &ä& das stoßende Ion ein Metall-Ion ist,
welches die Folie oder die auf das zu bearbeitende Material aufgebrachte Schicht durchdringt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stoßenden Ionen vor dem
Stoß zweifach oder mehrfach geladen sind.
5. Verfahren nach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie oder die auf das zu bearbeitende
Material, aufgebrachte Schicht eines der Elemente Beryllium, Magnesium, Aluminium
oder Kupfer enthält oder aus einem dieser Elemente hergestellt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schicht, aus der die Atome in das Substrat übertragen wf den, vom Subtrat
durch eine Zwischenschicht getrennt ist, die in einem Medium löslich ist, in dem weder das Substrat
noch die implantierten Atome löslich sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762624859 DE2624859C2 (de) | 1976-06-03 | 1976-06-03 | Verfahren zur Herstellung elektrisch leitetider Schichten in isolierenden Materialien mittels indirekter Implantation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762624859 DE2624859C2 (de) | 1976-06-03 | 1976-06-03 | Verfahren zur Herstellung elektrisch leitetider Schichten in isolierenden Materialien mittels indirekter Implantation |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2624859B1 DE2624859B1 (de) | 1977-07-28 |
DE2624859C2 true DE2624859C2 (de) | 1978-04-06 |
Family
ID=5979679
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762624859 Expired DE2624859C2 (de) | 1976-06-03 | 1976-06-03 | Verfahren zur Herstellung elektrisch leitetider Schichten in isolierenden Materialien mittels indirekter Implantation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2624859C2 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BG32652A1 (en) * | 1980-03-13 | 1982-09-15 | Kolev | Method for surface laying of metals on synthetic, natural and artificial polymers |
DE3931565C1 (de) * | 1989-09-22 | 1991-01-24 | Dornier Luftfahrt Gmbh, 8000 Muenchen, De |
-
1976
- 1976-06-03 DE DE19762624859 patent/DE2624859C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2624859B1 (de) | 1977-07-28 |
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