DE3046629A1

DE3046629A1 - Verfahren zur herstellung von isolatoroberflaechen

Info

Publication number: DE3046629A1
Application number: DE19803046629
Authority: DE
Inventors: Bernd 6105 Ober-Ramstadt Fischer
Original assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Current assignee: GSI Gesellschaft fuer Schwerionenforschung mbH
Priority date: 1980-12-11
Filing date: 1980-12-11
Publication date: 1982-07-08
Also published as: US4416724A; DE3046629C2; FR2496328B1; FR2496328A1

Description

GESELLSCHAFT FÜR SCHWER- Darmstadt,. 9.12.1980 IONENFORSCHÜNG MBH ' PLA 8065 Sät/hr

Verfahren zur He-rs-teTIung' von Isolatoroberflachen

w If*

Beschreibung:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolatoroberflächen durch Vergrößern der Oberfläche einer als Isolator dienenden Festkörpermatrix.

Die Isolationseigenschaften von Isolierkörpern gehen oft dadurch verloren, daß ihre Oberflächen durch leitende Niederschläge kontaminiert werden. Dies kann z.B durch Metalldämpfe geschehen, die sich bei Funkenüberschlägen oder beim Betrieb von Metallionenquellen auf einem Isolierkörper niederschlagen.

Es ist nun bekannt, die Isolationseigenschaften von Isolatoren durch Vergrößern der Oberfläche ihrer Festkörpermatrix zu verbessern. Dazu wird eine besondere Formger bung des Isolierkörpers verwendet,wobei die Oberfläche durch Rippenstrukturen vergrößert wird, wodurch die Isolationseigenschaften erst nach stärkerer Kontamination mit leitenden Niederschlägen schlechter werden sollten.

Die durch eine solche Formgebung erzielbare Oberflächenvergrößerung ist jedoch mit einem Faktor 10 relativ gering, so daß die erreichte Schutzwirkung klein bleibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Isolationseigenschaften von Isolatoren, die vor allem Metalldampfniederschlägen z.B. bei Funkenüberschlag oder bei Einsatz in Sputterionenquellen, ausgesetzt sind, durch Vergrößern ihrer Oberflächen in Bezug auf die Fest-

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körpermatrix zu verbessern und die Zerstörung der Isolatoren aufgrund solcher Kontaminationen zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art vor, daß die Isolatoroberfläche gleichmäßig mit einem Parallelstrahl latente Kernspuren erzeugender Ionen beschossen wird und die dadurch entstandenen Kernspuren in an sich bekannter Weise durch ein Ätzmittel so erweitert werden, daß sich benachbarte, individuelle Ätzkanäle überschneiden bzw. berühren. Dabei soll in besonders vorteilhafter Weise der Strahl aus schweren Ionen bestehen. Von besonderem Vorteil ist es weiterhin bei dem erfinderischen Verfahren, daß die Festkörpermatrix eine Folie ist, mit welcher makroskopische Strukturen formtreu umhüllbar sind. Die Erfindung schlägt in vorteilhafter Weise weiterhin vor, daß die nach dem Verfahren erzielte Porosität P ungefähr 1 ist, wobei diese Porosität P der Quotient aus dem Produkt der Zahl der Löcher und der Fläche des Einzellochs und der Gesamtfläche des unbearbeiteten Materials ist.

Eine von der Erfindung vorgeschlagene besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welchem Energie, Dichte und Ionensorte des Schwerionenstrahls je nach Strukturxerungstiefe und zu bestrahlendem Material vorgegeben werden und ein Schwerionenbeschleuniger zur Erzeugung des Schwerionenstrahles Verwendung findet, mit einer Vakuumkammer in die der Strahl eintritt und in der sich die Vorrichtung befindet, besteht darin, daß in Strahlrichtung gesehen vor der Festkörpermatrix ein quer zum Strahl rotierendes Gitter angeordnet ist, an welches sich vor der Probe bzw. der Probenhaltevorrichtung ein magnetischer Deflektor um den Strahl herum anschließt.

Der besondere technische Fortschritt der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, daß durch, das neue Verfahren eine Oberflächenvergrößerung des Isolierkörpers bzw. seiner Festkörpermatrix um einen Faktor 1000 und mehr erzielt werden kann, was mit herkömmlichen Verfahren nicht zu erreichen ist. Dies bewirkt eine beträchtliche Erhöhung der Schutzwirkung. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht weiterhin, daß statt des Isolierkörpers auch eine nach dem Verfahren strukturierte Folie hergestellt werden kann, die um den Isolierkörper gewickelt, die gewünschte Schutzwirkung ermöglicht. Dabei ist nun besonders günstig, daß jetzt die Form des Isolierkörpers durch andere technische Anforderungen bestimmt sein kann, z.B. durch mechanische Festigkeit, durch das Gewicht oder durch eine einfach und preisgünstig herzustellende Form. Der Oberflächenschutz wird durch eine mikroskopische Oberflächenstrukturierung erzielt, die jeder makroskopischen Struktur aufgeprägt werden kann. Es ist weiterhin günstig, daß bei Verwendung einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellen Schutzfolie diese Folie nach dem Stand der heutigen Beschleunigertechnik mit einer hohen Geschwindig-

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keit von etwa- 1m pro Sekunde hergestellt werden kann.

Dabei kann mit einem Standard-Produkt preisgünstig ein großer Bereich von Problemen gelöst werden. Letzlich besteht ein Vorteil der vorliegenden Erfindung noch darin, daß die nach dem Verfahren hergestellte MikroStruktur auch die Emission von Sekundärelektronen, -Ionen und UV-Licht unterdrückt, so daß eine weitere Quelle zur Ausbreitung von Hochspannungsüberschlägen weitgehend ausgeschaltet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll imνfolgenden und anhand der Figuren 1 und 2 kurz erläutert werden:

Die Figur 1 zeigt die rasterelektronenmikroskopische

Aufnahme einer nach dem Verfahren hergestellten Isolatoroberfläche und

die Figur 2 schematisch eine zur Herstellung einer

solchen benutzbare Vorrichtung.

In der Figur 1 ist ein Beispiel einer nach dem beschriebenen Verfahren strukturierten Glimmeroberfläche gezeigt. Es handelt sich dabei um eine rasterelektronenmikroskopische Originalaufnahme mit eingeblendetem Maßstab. Um diese Struktur für die rasterelektronenmikroskopische Aufnahme wenigstens sehr schwach leitend machen

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zu können, wurde sie mit einer Dosis von ca. 10 Ionen/cm und besonders weiten Ätzkanälen hergestellt. Optimal wäre an sich eine Porosität P von ungefähr 1, wobei diese Porosität

. Zahl der Löcher . χ Fläche des. Einzelloches

Gesamtfläche des unbearbeiteten Materiales

ist. Die Fläche des Einzelloches ist die theoretische Oberfläche eines nach dem Ätzen entstandenen Loches bzw. der öffnung eines einzelnen Ätzkanales auf einer ungestörten bzw großen Fläche. Die Porosität P kann nun sowohl größer als auch kleiner 1 sein. Sie ist dann grosser 1, wenn eine"überätzung" vorliegt, d.h. die Strukturierung stärker ausgeprägt ist. Die in der Figur 1 gezeigt rhombische Form der Löcher mit der aus photographischen Gründen gewählten Porosität P größer als 1 ist durch die Kristallstruktur von Glimmer und die als

Ätzsäure verwendete Flußsäure bedingt und für das Erzielen des gewünschten Effektes unwesentlich.

Die gewünschte Oberflächenvergrößerung wird wie folgt erreicht:

Der zu schützende Isolierkörper wird im Vakuum von " allen Seiten mit einem Strahl schwerer Ionen bestrahlt. Dabei bilden sich in einer Oberflächenschicht latente Kernspurkanäle von etwa 100 A Durchmesser und einer von der Ionenenergie abhängigen Tiefe, z.B. 10/Um für eine Ionenenergie von etwa 1 MeV/Nukleon. Diese Kanäle werden durch einen anschließenden Entwicklungs- oder Ätzprozess auf einen beliebig größeren Durchmesser erweitert. Durch eine passende Wahl der Bestrahlungsdosis

(Ionenzahl pro cm ) und Entwicklungszeit für das entsprechende Ätzmittel kann dann erreicht werden, daß etwa die Hälfte der Isolierkörperfläche bzw. der Festkörpermatrix mit Kernspurkanälen bedeckt ist und eine irrgartenförmige Oberflächenstruktur entsteht. Die mit dem Verfahren erzielte Schutzwirkung zeigt folgende Gegenüberstellung:

Wird ein isolierendes Glimmerplättchen im unbehandelten Zustand in einer Sputteranlage 4 Minuten bei 2OmA Entladungsstromm mit Gold beschichtet,mißt man zwischen zwei gegenüberliegenden Kontaktpunkten einen Widerstand.

von etwa 50 -TV. Wird ein solches Plättchen aber zuvor

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mit ca. 5*10 1,4 MeV/Nukleon Argonionen pro cm bestrahlt, anschließend 20 Minuten in 40%iger Flußsäure entwickelt und dann wie beschrieben mit Gold beschichtet, so mißt man zwischen den Kontakten lediglich einen Isolationswiderstand von mehr als 10 Sl- bei einer Prür"-

spannung von 1 kV. Statt eines Festkörpers mit größeren Volumen kann auch eine Isolierfläche mit. dem Verfahren so strukturiert .werden,- daß sich ihre Isolationseigenschaften stärk verbessern. Mit dieser einfach und in großen Mengen herstellbaren Folie kann dann jeder beliebige Isolatorkörper durch Einwickeln gegen Metalldämpfe geschützt werden. Dabei kann die Folie so ausgewählt werden, daß sie besonders günstige Eigenschaften bezüglich der Registrierung von Kernspuren und ihrer chemischen Entwicklung aufweist. Als besonders günstig gelten hierbei Materialien, in denen geätzte Kernspuren mit möglichst konstantem Durchmesser erzeugt werden können. Im Prinzip aber lassen sich in allen isolieren- „ den Festkörpern latente Kernspuren erzielen und auch durch Äzten zu mehr oder weniger schlanken kegelförmigen Kanälen erweitern.

Figur 2 ist schematisch eine Bestrahlungseinrichtung für das vorgeschlagene Verfahren dargestellt, die sich

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im Vakuum bei einem Druck von weniger als 10 Torr befindet. Mit 1 ist der Schwerionenstrahl bezeichnet, der sich entlang der Achse 5 erstreckt und der in dem nicht näher dargestellten Vakuumgehäuse verläuft. Der Schwerionenstrahl 1,5 wird dabei von einem Schwerionenbeschleuniger -hier vorzugsweise vom Typ UNILAC- erzeugt und in die der Bestrahlung dienende Vakuumkammer geleitet. Seine Energie und Ionensorte sind je nach Strukturierungstiefe und zu bestrahlendem Material vorgewählt. Ein im Strahl 1 rotierendes Gitter 2 fängt einen Teil des Strahles auf und wird zur Dosismessung verwendet. Es wird durch den

Motor 7 angetrieben. Nach. dem Gitter 2 ist in den Strahl 1 mittig zu dessen Achse 5 ein magnetischer Deflektor

3 eingeschaltet, mit dessen Hilfe der Strahl 1 gespreizt wird, um eine größere Fläche 6 des zu bestrahlenden Festkörpers bzw. der Probe gleichmäßig in der gewünschten Dichte beaufschlagen zu können. Hinter dem Deflektor 3, der ringförmig ausgebildet sein kann, ist die Halterung

4 für das zu bestrahlende Material angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform der Halterung 4 handelt es sich um zwei Transportrollen zwischen denen eine folienförmige Festkörpermatrix als zu bestrahlende Fläche 6 durch die Strahlachse 5 gespult werden kann. Dabei kann über die Spulgeschwindigkeit die Bestrahlungsdosis eingestellt werden. Ebensogut kann als Halterung auch eine Drehvorrichtung zur allseitigen Bestrahlung z.B. eines räumlich ausgedehnten Isolierkörpers Verwendung finden.

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Claims

GESELLSCHAFT FÜR SCHWER- Darmstadt, 9.12.1980 IONENFORSCHUNG MBH ' PLA 8065 Sdt/hr

Patentansprüche;

Λ Verfahren zur Herstellung von Isolatoroberflächen durch Vergrößern der Oberfläche einer als Isolator dienenden Festkörpermatrix, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolatoroberfläche gleichmäßig mit einem Parallel-Strahl latente Kernspuren erzeugender Ionen beschossen wird und die dadurch entstandenen Kernspuren in an sich bekannter Weise durch ein Ätzmittel so erweitert werden, daß sich benachbarte, individuelle Ätzkanäle gerade überschneiden bzw. berühren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus schweren Ionen besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Festkörpermatrix eine Folie ist, mit welcher makroskopische Strukturen formtreu . umhüllbar sind.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Verfahren erzielte Porosität P ungefähr 1 ist , wobei diese Porosität P der Quotient aus dem Produkt der Zahl der Löcher und der Fläche des Einzellochs und der Gesamtfläche des unbearbeiteten Materials ist.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Vorrichtung zur Ausübung eines Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem Energie, Dichte und Ionensorte des Schwerionenstrahles je nach Strukturierungstiefe und zu bestrahlendem Material vorgegeben werden, mit einem Schwerionenbeschleuniger zur Erzeugung des Schwerionenstrahles und einer Vakuumkammer in die der Strahl eintritt und in der sich die Vorrichtung befindet, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung (1,5) gesehen vor der Festkörpermatrix (6) ein quer zum Strahl rotierendes
Gitter (2) angeordnet ist, an welches sich vor der Probe (6) bzw. der Probenhalte.- oder Wechselvorrichtung (4) ein magnetischer Deflektor (3) um den Strahl (1) herum anschließt.

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