DE3135374A1 - Verfahren und einrichtung zum herstellen eines amorphen modifizierten glasmaterials - Google Patents

Verfahren und einrichtung zum herstellen eines amorphen modifizierten glasmaterials

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Description

DipL-Ing. Hans-Jürgen Mülle» DipL-Chem. Dr. Gerhard Sehupfner JlQ
Dipl.-Ing. Hans-Peter Gauger Ιδ Case
Lucile-Grahn-Str. 38 - D 8000 München 80
/schö
Energy Conversion Devices, Inc., .1675 West Maple Road, Troy, Mi 48084, USA
Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines amorphen modifizierten Glasmaterials
Verfahren und Einrichtung zum Herstellen eines amorphen modifizierten Glasmaterials
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen eines modifizierten amorphen Glasmaterials, das ein metallisches, ein dielektrisches oder ein Halbleiter-Glasmaterial ist.
Es ist bekannt, metallische Glasmaterialien mit einem Verfahren herzustellen, das als Metallspinnen bezeichnet wird. Dabei wird ein bewegtes Substrat, d. h. eine umlaufende Scheibe, aus hochleitfähigem Metall unter einer Düse· positioniert, die am Auslaß eines Reservoirs für flüssiges Metall oder eine flüssige Metallegierung angeordnet ist. Aufgrund ihrer Masse und der erheblichen Temperaturdifferenz zwischen der Metallschmelze und der Umgebungstemperatur der Scheibe braucht die Scheibe nicht gekühlt zu werden zur Bildung eines kalten, relativ zu der Metallschmelze bewegten Substrats. Typischerweise hat die Scheibe einen Durchmesser zwischen 15,2k und 25,^ cm und wird mit einer Geschwindigkeit zwischen 1000 und 5000 U/min gedreht,
so daß sie am Kontaktpunkt des Metalls mit dem Zylinderumfang der Scheibe eine lineare Geschwindigkeit von 1000-2000 cm/s hat. ·
Bei Kontakt mit der Scheibe wird die Metallschmelze mit einer Abkühlungsrate von 10 -10 C/s abgekühlt und läuft von der Scheibe als metallisches amorphes Glasband ab. Dieses amorphe metallische Glas hat eine Anzahl spezieller Eigenschaften wie eine bessere Duktilität und Elastizität und die Fähigkeit, Magnetfeldumkehrungen mit weit weniger Verlusten als im Fall kristalliner Materialien zu behandeln.
Weitere Informationen über die Herstellung amorpher Metallgläser ist in folgenden Veröffentlichungen enthalten;
"On the uniformity of amorphous metal ribbon formed by a cylindrical jet impinging on a flat moving substrate" von T. R. Anthony und H. E. Cline, "Journal of Applied Physics", Feb. 1978, S. 829;
"Metallic Glasses" von Praveen Chaudhair, Bill. C. Giessen und David Turnbull, S. 98, Bd. 24-2, Nr. 4, "Scientific American", April 1980;
"Metallic Glasses" von John 3. Giiman, "Science", S. 436, Bd. 208, Mai 1980;
Metallic Glasses, veröffentlicht von der American Society for Metals, 1976, Meadowpark, Ohio 44073.
Es wurde bereits vorgeschlagen, amorphe Halbleitermaterialien ζ. B. durch Aufdampfen im Vakuum, etwa durch Katodenzerstäubung, Aufdampfen oder Glimmentladung, herzustellen. Ferner wurde bereits vorgeschlagen, ein
modifiziertes amorphes Halbleitermaterial herzustellen, in das ein Modifikator eingebaut ist zur Bildung eines sogenannten modifizierten amorphen Halbleitermaterials, dessen elektrische Leitfähigkeit und andere erwünschte Parameter einstellbar sind. Beispiele für solche Verfahren zum Herstellen eines modifizierten oder unmodifizierten amorphen Halbleitermaterials sind in den US-PS'en 4 177 4-73, 4 177 474 und 4 178 415 angegeben.
Das Verfahren und die Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich von den bisherigen Lehren dadurch, daß ein modifizierendes Element bzw. solche Elemente vorgesehen sind, die in die amorphe Matrix eingebaut werden können, so daß sie in die Matrix mit ihrer eigenen unabhängigen, gesondert steuerbaren Abkühlungsrate eindringen. Damit kann der Modifikator so in die Matrix eingefroren werden, daß er nicht nur in die Hauptbindung des Materials eindringt und Teil der Legierung wird, sondern daß er, was besonders wichtig ist, in einem Nichtgleichgewicht in die Legierung eingefroren wird. Dies ist im wesentlichen eine Duplizierung der in den vorgenannten Patentschriften angegebenen Filmherstellungsverfahren, so daß die Materialparameter der festen Grundmateriallegierung relativ unabhängig einstellbar sind; d. h. bei Legierungen mit einem großen Bandabstand eine vom Bandabstand relativ unabhängige elektrische Aktivierung. Dies erweitert die speziellen Vorteile der Modifikationsverfahren auf Materialdicken, die erheblich größer als die sogenannten Filme sind.
Ein solcher Modifikator (bzw. mehrere Modifikatoren) kann zugefügt werden, indem zwischen der Matrix und dem Modifikator eine Relativbewegung vorgesehen wird, indem z. B. ein oder mehrere zusätzliche Materialströme, etwa ein zweiter Materialstrom, aus einer zweiten Düse in eine
Metallspinneinrichtung gerichtet wird, wobei die zweite Düse am Auslaß eines Reservoirs für einen flüssigen Hodifikator vorgesehen ist. Die zweite Düse ist so angeordnet, daß der flüssige Modifikator auf das Substrat in einem Strom gerichtet wird, der mit dem Strom des metallischen oder Halbleiter-Matrixmaterials, der aus einer ersten Düse auf das Substrat gerichtet wird, zusammenläuft, wenn oder bevor das Matrixmaterial mit dem Substrat in Kontakt tritt. Auf diese Weise wird ein modifiziertes amorphes metallisches oder Halbleiter-Glasmaterial hergestellt, wobei die optischen und elektrischen Transporteigenschaften des mit dem Verfahren hergestellten Materials einstellbar sind und wobei in dem modifizierten amorphen Material eine kontrollierte Anzahl und Art von Bindungspunkten vorgesehen werden kann,
Ferner haben die modifizierten amorphen Glasmaterialien, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, verschiedene vorteilhafte Eigenschaften. Z. B. kann ein modifiziertes Glasmaterial mit einer großen Anzahl von Bindungspunkten für eine Katalysatorwirkung genutzt werden sowie zum Speichern von Gasen, deren Atome sich an die kontrollierte Anzahl und Art von Bindungspunkten in dem Material binden. Andererseits kann ein modifiziertes amorphes Halbleitermaterial, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften einstellbar sind, für verschiedene Festkörper-Halbleiterbauelemente, ζ. Β. thermoelektrische Bauelemente oder solche mit anderen erwünschten Eigenschaften, bei denen z. B. die Steuerung der Zustandsdichte am Ferminiveau eine Kollektor-Trägeraktivität bewirken kann, genutzt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen eines amorphen modifizierten Glasmaterials geschaffen, wobei folgende Schritte vor-
gesehen sind: Bereitstellen eines Kühlsubstrats, Ausbilden eines Wirts-Matrixmateriais auf dem Substrat, Richten eine; Stroms mindestens eines flüssigen Materials, das mindestens ein Modifikatormaterial aufweist, auf das Substrat in einer solchen Richtung, daß der Strom des mindestens einen Modifikatormaterials mit dem Wirts-Matrixmaterial zusammenläuft, unabhängiges Regeln der Strömungs- und der Abkühlungsrate des Stroms, Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Modifikatorstrom, und Unterhalten des Substrats auf einer Kühltemperatur, die in Verbindung mit der Relativbewegung, der Strömungs- und der Abkühlungsrage des Modifikatormaterials die kombinierten Matrix- und Modifikatormaterialien bei Kontakt miteinander mit einer Abkühlrate von 10 bis mindestens 10 °C/s oder mehr abkühlt, so daß ein modifiziertes amorphes Glasband gebildet wird, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften und dessen Zahl und Art elektronischer Konfigurationen einstellbar sind, wodurch die Orbitalbeziehungen zwischen dem Wirts-Grundmaterial und dem Modifikatormaterial einstellbar sind.
Durch Einstellen der verschiedenen Eigenschaften und Konfigurationen des modifizierten Materials sind die elektrischen, chemischen, thermischen oder physikalischen Eigenschaften des Materials unabhängig steuerbar. Die unabhängige Steuerung der Materialeigenschaften, z. B. der dreidimensionalen Bindungs- und Lockerungs-Beziehungen und -Positionen, ergibt sich in kristallinen Materialien normalerweise nicht, zumindest nicht in großer- und gesteuerter Anzahl. Dies gilt insbesondere im Fall eines d-Energieband- oder Mehrfachorbitalmodifikatorelements. Durch die d-Energieband- oder Mehrfachorbitalmodif ikatorelemente können die modifizierten Materialien stabile, jedoch nicht im Gleichgewicht befindliche Orbitalkonfigurationen aufweisen, die durch die unabhängig einstellbare Abkühlungsrate eingefroren sind.
Bei einem Schmelzverfahren könnte aufgrund der Beziehung und der Abkühlungsrate der Matrix und des zugegebenen Elements das Zusatzelement in die normalen Gefügebindungen der Matrix eingebaut werden. Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden diese Zusatzelemente zu Modifikationselementen, die in den eingangs genannten Patentschriften angegeben sind. Der Zeitpunkt der Einführung des Modifikatorelements (bzw. der -elemente) kann unabhängig von irgendwelchen durch Kristalle gegebenen Einschränkungen bestimmt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Modifikators kann geregelt werden und kann änderbar oder intermittierend sein sowie gasförmige Modifikatoren in dem Strom oder der Umgebung aufweisen. Durch unabhängiges Bestimmen der Umgebung, der Abkühlungs- und der Strömungsgeschwindigkeiten wird ein neues Grundmaterial bzw. eine neue Grundlegierung hergestellt, die die erwünschten Eigenschaften aufweist und bei den kristallinen Materialien kein Gegenstück hat.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden das Wirts-Matrixmaterial und der Modifikator auf das Substrat durch zwei Düsen gerichtet, deren jede so positioniert ist, daß sie flüssiges Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen 90 und 30° zum Substrat richtet, und die eine Düse ist hinter der anderen angeordnet, so daß beide Düsen im wesentlichen in derselben Vertikalebene liegen und die aus ihnen austretenden Ströme in der Vertikalebene zusammenlaufen.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Wirts-Matrixmaterial und der Modifikator auf das Substrat durch zwei Düsen gerichtet, deren jede so positioniert ist, daß flüssiges Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen 90° und 30° zum Sub-
strat gerichtet wird, wobei die Düsen seitlich voneinander beabstandet und in bezug aufeinander geneigt sind derart, daß d\e aus ihnen austretenden Ströme in einer Ebene zusammenlaufen, die seitlich zur Richtung der Relativbewegung und unter einem Winkel von zwischen 30 und 90 zur Horizontalen verläuft.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden das Wirts-Matrixmaterial und das Modifikatormaterial auf das Substrat durch zwei konzentrische Düsen gerichtet, die so angeordnet sind, daß die aus ihnen austretenden Materialströme bei oder vor Kontakt derselben mit dem Substrat zusammenlaufen, und wobei die konzentrischen Düsen so positioniert sind, daß das flüssige Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen 90° und 30 zu einer in Richtung der Relativbewegung verlaufenden Geraden auf dem Substrat gerichtet wird.
Das Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen eines amorphen modifizierten Glasmaterials ist gekennzeichnet durch folgende Schritte: Bereitstellen eines Kühlsubstrats, Ausbilden eines Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat, Richten eines Stroms mindestens eines flüssigen Materials, das mindestens ein Modifikatormaterial aufweist, auf das Substrat in einer solchen Richtung, daß der Strom des mindestens einen Modifikatormaterials mit dem Wirts-Matrixmaterial zusammenläuft, unabhängiges Regeln der Strömungs- und der Abkühlungsrate des Stroms, Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Modifikatorstrom, und Unterhalten des Substrats auf einer Kühltemperatur, die in Verbindung mit der Relativbewegung, der Strömungs- und der Abkühlungsrate des Modifikatormaterials die kombinierten Matrix- und Modifikator materialien bei Kontakt miteinander mit einer Abkühlrate von 10 bis mindestens 10 °C/s oder mehr abkühlt, so
daß ein modifiziertes amorphes Glasband gebildet wird, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften und dessen Zahl und Art elektronischer Konfigurationen einstellbar sind, wodurch die Orbitalbeziehungen zwischen dem Wirts-Grundmaterial und dem Modifikatormaterial einstellbar sind.
Die Einrichtung nach der Erfindung zum Herstellen von amorphem modifiziertem Glasmaterial ist gekennzeichnet durch ein Kühlsubstrat, durch Einheiten zum Ausbilden eines Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat, durch Elemente zum Richten wenigstens eines flüssigen Materials, das mindestens einen Modifikator enthält, in Form eines Stroms auf das Substrat in einer solchen Richtung, daß der Strom des mindestens einen Modifikators mit dem Wirts-Matrixmaterial zusammenläuft, durch Mittel zum unabhängigen Einstellen der Strömungs- und der Abkühlungsraten des Stroms, durch eine Einheit, die zwischen dem Substrat und dem Modifikatorstrom eine Relativbewegung erzeugt, und durch Mittel zum Unterhalten des Substrats auf einer Kühltemperatur, die in Verbindung mit der Relativbewegung, der Strömungsund der Abkühlungsrate des Modifikators das kombinierte Wirts-Matrix- und Modifikator-Material bei deren Kontakt miteinander mit einer Abkühlungsrate von 10 bis wenigstens 10 C/s oder mehr abkühlt, so daß ein modifiziertes amorphes Glasband erzeugt wird, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften und dessen Anzahl und Art von elektronischen Konfigurationen einstellbar sind.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Einrichtung nach der Erfindung mit zwei hintereinander angeordneten Düsen, die ein flüssiges Wirtsmatrixmaterial und ein flüssiges Modifizierermaterial auf eine Tangente eines umlaufenden Substrats richten;
Fig. 2 eine Vorderansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Einrichtung, wobei die beiden. Düsen seitlich voneinander beabstandet sind;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Einrichtung ähnlich Fig. 1, ,wobei beide Düsen geneigt zu der Tangente angeordnet sind und der Bereich der Winkellagen der Düsen gezeigt ist;
Fig. 4 eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels von zwei konzentrischen Düsen, die mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung einsetzbar sind;
Fig. 5 eine Vorderansicht eines Ausführungsbeispiels des umlaufenden Substrats, das als Scheibe mit einer ringförmigen Nut ausgebildet ist, in die die Ströme des Wirts- und des Modifizierermaterials gerichtet werden;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des umlaufenden Substrats in Form einer Zylindertrommel mit einer nach innen weisenden zylindrischen Substratoberfläche; und
Fig. 7 eine vertikale Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels des umlaufenden Substrats in Form einer SCheibe mit einer abgefasten Oberfläche.
Fig. 1 zeigt eine Metallspinneinrichtung 10. Diese umfaßt eine Scheibe 12, die ein bewegtes, d. h. umlaufendes, Substrat mit einer Substratoberfläche 14- bildet. Die Scheibe 12 wird von einer Antriebsmaschine, z. B. 16 in Fig. 2, angetrieben.
Die Metallspinneinrichtung 10 weist ein erstes, im wesentlichen zylindrisches Reservoir 18 auf, das über der Scheibe 12 angeordnet ist und eine Düse 20 aufweist, die einen unteren Auslaß aus dem Reservoir 18 bildet. Das Reservoir 18 nimmt ein metallisches oder Halbleiter-Matrixmaterial zur Bildung des flüssigen Wirtsmaterials auf.
Bei dem Ausführungsbeispiel ist eine Wicklung 22 um das Reservoir 18 gewickelt, die die körnigen Teilchen des Matrixmaterials im Reservoir auf eine Temperatur über deren Schmelzpunkt erwärmt, so daß das Material in ein flüssiges Matrixmaterial umgewandelt wird. Am Oberende des Reservoirs 18 ist ferner ein Kolben 24 angeordnet, der mit einer schweren Masse versehen beaufschlagt sein kann, so daß durch Schwerkraft eine Druckkraft auf das flüssige Matrixmaterial im Reservoir 18 ausgeübt wird. Alternativ kann der Kolben 24 mit Druck von einer Druckluft- oder Hydraulikkolben-Zylinder-Einheit oder von einer elektrischen Bewegungsspindel beaufschlagt werden, so daß das flüssige Matrixmaterial im Reservoir 18 mit einem relativ gleichbleibenden Druck beaufschlagt wird und aus der Düse 20 in einem Strom 28 gemäß Fig. 1 austritt.
Die Düse 20 ist so angeordnet, daß der Strom 28 unter einem Winkel von ca. 90 auf eine Tangente auf der Oberfläche 14 der Substratscheibe gerichtet wird. Dieser Winkel ist über einen Bereich von 60 zwischen 30 und 90 änderbar.
Gemäß der Erfindung umfaßt die Metallspinneinrichtung 10 außerdem ein zweites Reservoir 38 mit einem Modifikatorfluid. Das Reservoir 38 hat eine untere Austrittsdüse 40, die so angeordnet ist, daß ein Strom 42 des Modifikatorfluids auf den Strom 28 derart gerichtet wird, daß er mit dem Strom 28 entweder auf dem Substrat konvergiert oder bevor der Strom 28 des Matrixmaterials die Substratoberfläche 14 der Scheibe 12 kontaktiert.
Ebenso wie das Reservoir 18 ist das Reservoir 38 im wesentlichen zylindrisch und weist eine auf ihn gewickelte Wicklung 44 zum Erwärmen des im Reservoir befindlichen körnigen Modifikatormaterials auf. D. h., wenn ein Strom durch die Wicklungen 22 und 44 geschickt wird, werden das Grund- und das Modifikatormaterial durch elektromagnetische Energie über ihre Schmelzpunkte hinaus erwärmt, so daß flüssiges Grund- und Modifikatormaterial erzeugt werden. Selbstverständlich können anstatt der Wicklungen 22 und andere Mittel zum Erwärmen des körnigen Grundmaterials und des körnigen Modifikatormaterials in den Reservoiren 18 und 38 vorgesehen sein.
Auch das Reservoir 38 weist einen Kolben 54 am Oberende auf, der mittels eines daran befestigten Gewichts und infolge der Schwerkraft oder mittels einer pneumatischen oder hydraulischen Kolben-Zylinder-Einheit oder mittels einer elektromechanischen Bewegungsspindel das flüssige Modifikatormaterial im Reservoir 38 mit Druck beaufschlagt, so daß dieses unter Druck als Strom austritt, der mit dem Strom 28 des flüssigen Grundmaterials konvergiert.
Die Düse 40 ist hinter der Düse 20 und unter einem Winkel von ca. 45 zu einer Horizontaltangente der Substratoberfläche 14 angeordnet. Dabei ist die Lage der Düse 40 ebenso zwischen 30 und 90 änderbar, und die Düse 40 kann vor odei hinter der Düse 20 angeordnet sein.
Die Scheibe 12 besteht ζ. B. aus einem hochleitfähigen Werkstoff wie Kupfer oder Aluminium und hat typischerweise einen Durchmesser zwischen 13 und 25 cm. Alternativ kann das rotierende Substrat, z. B. die Scheibe 12, aus anderen Werkstoffen bestehen oder mit anderen Werkstoffen beschichtet sein, die miteinander in Wechselwirkung treten oder dies nicht tun. Die Abkiihlungsgeschwindigkeit kann durch Wärmeleitfähigkeit oder durch Kühlung gesteuert werden. Eine Beschichtung oder eine Dünnschicht auf der Substratoberfläche kann von bestimmter Art sein und kann · erwünschtenfalls teilweise in das resultierende modifizierte Legierungsband eingebaut werden; dabei kann es sich um einen Dotierstoff oder einen anderen Modifikator handeln.
Bei der praktischen Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung unter Anwendung der Metallspinneinrichtung 10 läuft die Scheibe 12 mit einer Drehzahl von 1000-5000 U/min, bevorzugt von 2000-3000 U/min, um, so daß eine lineare Geschwindigkeit von 1000-2000 cm/s an der Substratflächen-Berührungslinie, wo die Ströme 28 und 4-2 die Substratoberfläche 14 der Scheibe 12 kontaktieren.
Durch die druckausübenden Kolben 24 und 54 wird außerdem ein ausreichender Druck ausgeübt, so daß die Ströme -28 und 42 des flüssigen Grundmaterials und des flüssigen Modifikators aus den Düsen 20 und 40 mit einer Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 cm/s austreten. Typischerweise hat die Austrittsöffnung jeder Düse 20 und 40 einen Durchmesser im Bereich von 0,005-0,15 cm oder mehr. Oede Strömungsgeschwindigkeit ist unabhängig regelbar.
Um eine Verunreinigung des Grund- und des Modofikatormaterials oder des daraus hergestellten Materials zumindest zu minir^eren, wenn nicht ganz auszuschließen, ist die Einrichtung von einem Inert- bzw. Schutzgar umgeben, z. B. Argon, Neon, Helium, Krypton oder Xenon, und das Verfahren wird unter Drücken durchgeführt, die zwischen einem Unterdruck und 4,0 bar liegt. Erwünschtenfalls können die Umgebung und/oder die Materialströme eines oder mehrere aktive Gase enthalten, die in das Legierungsband eingebaut werden, z. B. Sauerstoff, Stickstoff, Siliziumtetrafluorid oder Arsin.
Wie erwähnt, sind die Ströme 28 und 42 so ausgerichtet, daß sie vor oder nach dem Kontakt mit der Substratoberfläche 14 konvergieren. Wenn die Ströme 28 und 42 in Kontakt mit der Substratoberfläche 14 treten, ist die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Scheibe 12 und den Temperaturen der Ströme 28 und 42 in Verbindung mit der linearen Geschwindigkeit der Substratfläche 14 an der Tangente derart, daß der gemeinsame Strom mit einer Abküh-
4 lungsgeschwindigkeit von zwischen 10 und wenigstens
10 C/s oder mehr abgekühlt wird. Um diese Abkühlungsgeschwindigkeit zu erreichen, wird die Temperatur der Scheibe 12 zwischen 4,2 0K und Raumtemperatur gehalten. Die Raumtemperatur ergibt häufig eine ausreichende Abkühlungsrate aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen der Substratoberfläche 14 und den Strömen 28 und 42 sowie aufgrund der hohen linearen Geschwindigkeit am tangentialen KOntaktpunkt auf der Substratoberfläche 14. Selbstverständlich ist die Abkühlungsgeschwindigkeit umso höher, je niedriger die Temperatur der Scheibe 12 ist.
Aufgrund der Abkühlung der Ströme 28 und 42 des flüssigen Matrixmaterials und des flüssigen Modifikators mit einer hohen Abkühlungsrate von 10 bis mindestens 10 °C/s oder mehr wird ein Band aus modifiziertem amorphem Glas-
material 60 erzeugt, das von der Scheibe 12 nach Fig* I abläuft. Die Breite dieses Bands kann selbstverständlich in Abhängigkeit von dem Durchmesser der Austrittsöffnungen der Düsen 20 und 40 verstellt werden.
Aus Untersuchungen ergibt sich, daß jede Düsenaustrittsöffnung eine erhebliche Länge kolinear mit der Rotationsachse der Scheibe 12 haben kann und eine Weite zwischen 0,005 und 0,15 cm oder mehr aufweisen kann, so daß bandartige Fluidströme gebildet werden, die vor oder nach Kontakt mit der Substratoberfläche 14 ineinander konvergieren können. Auf diese Weise kann mit dem Verfahren und der Einrichtung nach der Erfindung ein breiteres Band aus modifiziertem amorphem Material hergestellt werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 liegen die Düsen 20 und 40 jedoch im wesentlichen in einer Vertikalebene, die mit der Umlaufrichtung der Scheibe 12 kolinear ist.
Das Verfahren und die Einrichtung 10 können zur Herstellung eines amorphen modifizierten Metalls oder eines amorphen modifizierten Halbleiters verwendet werden.
Wenn das Verfahren und die Einrichtung 10 zum Herstellen eines amorphen modifizierten Metalls verwendet werden, kann das flüssige Matrixmaterial im Reservoir 18 ein Metall oder eine Metallegierung sein, die durch ein Metall, einen Halbleiter oder eine Metallegierung im Reservoir 38 modifizierbar ist. Der Modifikator ist typischerweise mit einem bedeutenden Prozentsatz, z. B. 0,5-30 AtQm-%, in dem resultierenden Band 60 des modifizierten amorphen Materials anwesend. Ebenso wie in den eingangs genannten Patentschriften können zur Änderung der elektrischen Leitfähigkeit durch Kompensation oder Dotierung auch geringere Mengen an Modifikatorelementen eingesetzt werden (vgl. auch
die US-PS'en fy 217 37A- und ίμ 226 898). Geringe Materialmengen können mit Silizium eingesetzt werden, das in Massenform ir. einem reaktionsfähigen Fluor- und/oder Wasserstoffplasma erzeugt wird. Das Modifikatorelement kann eine Arsenverbindung sein, wobei nur ppm-Anteile erforderlich sind, um das Grundmaterial zu dotieren.
Durch Abkühlen des modifizierten geschmolzenen Metalls oder der geschmolzenen Metallegierung mit einer Rate von 10 bis 10 °C/s oder mehr wird ein modifiziertes amorphes Metallglasband 60 erhalten, das, weil es - im Gegensatz zum kristallinen Zustand - im amorphen Zustand erstarrt ist und weil es modifiziert ist, eine bedeutende Anzahl von Disassoziationspunkten für Moleküle sowie Bindungspunkten, d. h. von Atomen hoher Valenz mit vielen unausgefüllten oder nicht verbundenen Valenzpositionen, die Bindungspunkte für freie Atome eines Gases bilden, aufweist, so daß das Material für die Speicherung von Gasen einsetzbar ist und ein Material erhalten wird, das die katalytischen chemischen Eigenschaften eines Edelmetalls simulieren kann, ohne daß es irgendein Edelmetall enthält.
Ferner kann das flüssige Matrixmaterial ein Halbleitermaterial sein, z. B. Silizium, Siliziumoxid, Kohlenstoff, Silizium und Stickstoff, Bor und Kohlenstoff, Bor und Stickstoff, Silizium und Stickstoff, Tellur, Selen und Germanium, oder Tellur, Selen, Germanium und Arsen, wobei dieses Halbleitermaterial durch ein Halbleiter- oder Metallmaterial modifiziert ist.
Bei der Herstellung eines modifizierten Halbleiterglases ist z. B. das Matrixmaterial Siliziumoxid, wobei das Silizium-Sauerstoff-Verhältnis durch SiO gegeben ist,
wobei χ zwischen 0 und 2 einstellbar ist, und der Modifikator ein Alkalimetall wie Lithium ist, das z. B. zwischen 0,5 und 30 Atom-% vorhanden ist.
Bei der Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung kann der Modifikator ferner ein Halbleiter oder ein Metall, z. B. ein Übergangsmetall wie Wolfram oder ein Seltenerdmetall und andere Elemente sein, durch die die Eigenschaften erhalten werden, die in den eingangs genannten Patenten angegeben sind, z. B. Mehrwertigkeit und MuItiorbitalelernente .
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß im Gegensatz zu einem sogenannten Dünnfilmmaterial ein Glasmaterial herstellbar ist. Diesbezüglich sind modifizierte amorphe Halbleiter-Dünnfilmmaterialien und Verfahren zu ihrer Herstellung, wobei die Materialien die eingangs genannten Zusammensetzungen aufweisen, in den US-PS'en 4 177 473, 4 177 474, 4 178 415 angegeben.
Derartige Dünnfilmmaterialien wurden unter Anwendung von Vakuumaufdampfverfahren,■z. B. durch Katodenzerstäubung, Aufdampfen oder Glimmentladung, hergestellt.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist, daß durch Anwendung des Metallspinnverfahrens ein modifiziertes amorphes Metall oder metallisches Glas oder ein modifiziertes amorphes Halbleiterglasmaterial herstellbar ist und daß damit größere Materialmengen als bisher unter Anwendung der Dünnfilm-Herstellungsverfahren herstellbar sind. Auf diese Weise können relativ große Mengen modifizierter amorpher Glasmaterialien hergestellt werden, wobei die optischen und elektrischen Transporteigenschaften und die chemischen Eigenschaften_des Materials einstellbar
sind und eine kontrollierte Anzahl und Art von elektronischen Konfigurationen erhalten werden kann. Die spezifische Reaktivität oder Nichtreaktivität kann gesteuert werden, wenn z. B. Reaktionsträgheit verlangt wird.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel der Metallspinneinrichtung 110. Diese umfaßt eine Scheibe mit einer glatten zylindrischen Substratoberfläche 114, und die Scheibe 112 wird von einer Antriebsmaschine 16 getrieben. Ein Reservoir 118 für ein flüssiges Matrixmaterial ist auf einer Seite einer Tangente zur Oberfläche 114 positioniert, und eine Austrittsdüse 120 richtet einen Strom 128 Matrixmaterial auf die Oberfläche 114, und zwar unter einem seitlichen Winkel einschließlich einer Tangente zur Oberfläche 114. Dabei ist die Austrittsdüse 120 nicht in einer Vertikalebene, die mit der Umlaufrichtung der Scheibe 112 kolinear ist, positioniert, sondern die Düse 120 liegt in einer Ebene, die unter einem Winkel von ca. 60 zu einer Rotationsebene der Scheibe 112 verläuft.
Ferner ist ein Reservoir 138 ähnlich dem Reservoir 38 von Fig. 1 zur Aufnahme eines flüssigen Modifikatormaterials vorgesehen. Das Reservoir 138 weist eine Düse 140 auf, die auf der anderen Seite der Tangente positioniert und so angeordnet ist, daß sie einen Strom 142 von flüssigem Modifikator in eine Richtung abgibt, die mit dem Strom 128 des flüssigen Matrixmaterials nach oder vor Kontaktgabe des Stroms von Matrixmaterial mit der Substratoberfläehe 114 konvergiert. Die Düse 140 ist ebenfalls so positioniert, daß der aus ihr austretende Materialstrom 142 in einer Ebene liegt, die unter ca. 60 zu einer Rotationsebene der Substratoberfläche 114 verläuft.
Die Düsen 120 und 140 sind also seitlich voneinander beabstandet und liegen nicht in einer Vertikalebene hintereinander wie bei der Einrichtung 1.0 nach Fig. 1. Im Gegensatz dazu sind die Düsen 120 und 140 unter einem seitlichen Winkel von 30-80° zu einer Tangente und einem Winkel von 90-30 relativ zu der linearen Bewegungsrichtung an der Tangente und relativ zu einer diese Tangente enthaltenden Horizontalebene positioniert. Bei Betrachtung der Düsen 120 und 140 von einer Seite der Scheibe 112 liegen die Düsen also in einer Reihe und unter einem Winkel zwischen 90 und 30 zu einer Tangente der Scheibe. Wenn man die Düsen aus einer zur Rotationsachse senkrechten Richtung betrachtet, sind sie aus einer eine Tangente enthaltenden Ebene und einem von der Substratoberfläche 114 ablaufenden Band von Glasmaterial 160 geneigt.
Fig. 3 zeigt einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels der Metallspinneinrichtung 210. Dabei ist eine Düse 220 aus einem Matrixmaterial enthaltenden Reservoir unter einem Winkel von 45° zu einer Tangente geneigt und ist hinter einer Düse 240 angeordnet, die von einem Reservoir für Modifikatormaterial ausgeht und unter einem Winkel von positioniert ist, so daß zusammenlaufende Ströme 228 und von flüssigem Matrixmaterial und flüssigem Modifikatormaterial, die aus den Düsen ausgestoßen werden, mit einer umlaufenden Substratoberfläche 244 unter einem geringen spitzen Winkel zu der Tangente und zu der linearen Bewegungsrichtung der Substragflache 244 an der Tangente in Kontakt gelangen.
Auch ist aus Fig. 3 ersichtlich, daß die Position der Düsen für das Matrix- und das Modifikatormaterial änderbar ist, so daß die Düsen hintereinanderliegen und jede Düse innerhalb eines 60°-B
Tangente positioniert ist.
Düse innerhalb eines 60°-Bogens von 90° bis 30° zu der
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Fig. 4 zeigt eine weitere Düsenanordnung 250, umfassend eine erste, innere Düse 252 und eine dazu konzentrische zweite, äußere ringförmige Düse 254·. Eine untere Austritts-Öffnung 256 der Düse 252 ist so positioniert, daß sie
sich innerhalb der äußeren Düse 254 oberhalb deren Austrittsöffnung 258 öffnet. Die Düse 254 hat einen kegelstumpf förmigen Abschnitt 260, so daß darin befindliches flüssiges Material mit dem aus der Austrittsöffnung
256, die sich in den Kegelstumpfabschnitt 260 öffnet,
austretenden flüssigen Material zusammenläuft und damit vermischt wird.
Ferner ist eine Ringschulter 262 am Unterende des Kegelstumpfabschnitts 260 und oberhalb der Austrittsöffnung ausgebildet, so daß eine Verwirbelung und bessere Vermischung der flüssigen Materialien stattfindet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel befindet sich das flüssige Modifikatormaterial in der Innendüse 252 und das flüssige Matrixmaterial in der ringförmigen Außendüse 254. Die
Durchmesser der Düsen 252 und 254 sind jedoch so änderbar, daß der Modifikator in der Ringdüse 254 und das Matrixmaterial in der Innendüse 252 vorhanden sein können.
Erwünschtenfalls kann auch zwischen der ersten und der zweiten Düse 252 bzw. 254 eine dritte konzentrische Düse vorgesehen sein. Diese dritte Düse 264 (und eventuell auch weitere Düsen) können zur Zugabe weiterer Materialien, z. B. eines weiteren Modifikators, einer Legierung oder eines Dotierstoffs zu dem Matrixmaterial verwendet werden.
Wie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Düsen 252 und 254 so angeordnet, daß die aus ihnen austretenden Materialströme beim oder vor dem Kontakt mit dem Substrat zusammenlaufen, und sind-so positioniert, daß
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flüssiges Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen 90 und 30 zu einer Geraden auf dem Substrat, die in Richtung der Relativbewegung verläuft, gerichtet wird.
Aus diesem Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß auch bei den Einrichtungen 10, 110 oder 210 erwünschtenfalls weitere Düsen vorgesehen werden können.
Die umlaufende Substratoberfläche kann unterschiedliche Formen aufweisen; Fig. 5 zeigt eine Scheibe 312 mit einer umlaufenden Substratoberfläche 31A-, in der eine Ringnut 315 ausgebildet ist, in die die Matrix- und Modifikatormaterialströme gerichtet werden. Die Ringnut 315 hat halbelliptischen oder halbzylindrischen Querschnitt, so daß das von der Scheibe 31A- ablaufende Glasband im wesentlichen Ellipsenquerschnitt aufweist.
Fig. 6 zeigt eine trommeiförmige Scheibe A-12 mit einer inneren zylindrischen Substratbildenden Oberfläche A-IA-, auf die die kombinierten Matrix- und Modifikator-Materialströme gerichtet werden.
Fig. 7 zeigt eine Scheibe 512 mit einer abgefasten Substratoberfläche 51A-, die eine gewölbte Oberfläche ist, die von einem größten Durchmesser 515 auf einer Seite der Scheibe 512 zu einem kleinsten Durchmesser 516 der Scheibe 512 auf deren anderer Seite verläuft.
Die Konfiguration der bewegten Substratoberfläche der verwendeten Scheibe oder Trommel der Metallspinneinrichtung 10, 110 oder 210 kann entsprechend den Fig. 5, 6 oder 7 abgewandelt sein oder andere Formen und Abmessungen aufweisen. Z. B. kann eine wesentlich breitere Zylinderoberfläche IA- vorgesehen sein, wenn die Austrittsöffnungen
der Auslaßdüsen 20 und A-O für flüssiges Matrix- und Modifikatormaterial eine wesentlich größere Länge in einer zur Rotationsachse der Scheibe 12 parallelen Richtung haben und wenn die Außensüde(n) die Innendüse umschließt, d. h. wenn koaxiale/aneinandergrenzende Düsen vorgesehen sind, so daß ein breites Band von modifiziertem amorphem Glas erhalten wird. Auch kann ein ebenes Substrat vorgesehen sein, wobei dann das Substrat und/oder die Düsen intermittierend bewegt werden, um eine Relativbewegung zu erzeugen.
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Claims (90)

  1. 35374
    Patentansprüche
    IJ Verfahren zum Herstellen eines amorphen modifizierten Glasmaterials,
    gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    - Bereitstellen eines Kühlsubstrats;
    - Ausbilden eines Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat;
    - Richten eines Stroms mindestens eines flüssigen Materials, « das mindestens ein Modifikatormaterial aufweist, auf
    das Substrat in einer solchen Richtung, daß der Strom <
    des mindestens einen Modifikatormaterials mit dem Wirts-Matrixmaterial zusammenläuft;
    - unabhängiges Regeln der Strömungs- und der Abkühlungsrate des Stroms;
    - Erzeugen einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Modifikatorstrom; und
    - Unterhalten des Substrats auf einer Kühltemperatur, die in Verbindung mit der Relativbewegung, der Strömungsund der Abkühlungsrate des Modifikatormaterials die kombinierten Matrix- und Modifikatormaterialien bei Kontakt miteinander mit einer Abkühlrate von 10 bis mindestens 10 °C/s oder mehr abkühlt, so daß ein modifiziertes amorphes Glasband gebildet wird, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften und dessen Zahl und Art elektronischer Konfigurationen einstellbar sind, wodurch die Orbitalbeziehungen zwischen dem Wirts-Grundmaterial und dem Modifikatormaterial
    einstellbar sind.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial und der Modifikatorstrom vereinigt werden, nachdem oder bevor das Wirts-Matrixmaterial auf dem Substrat gebildet ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial auf dem Substrat aus einem durch eine Düse ausgestoßenen flüssigen Material gebildet wird.
  4. A-. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial unter Druck durch die Düse auf das Substrat gerichtet wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4·, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse eine Austrittsöffnung mit einem Durchmesser von 0,005-0,15 cm oder mehr aufweist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifikatormaterial durch eine Düse auf das Substrat gerichtet wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Modxfikatormaterial ein metallisches Material ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial· ein metailisches Material ist,
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein Halbleitermaterial ist.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2-4-, dadurch gekennzeichnet,-daß das Wirts-Matrixmaterial und der Modifikator auf das Substrat durch eine erste und eine zweite Düse gerichtet werden, deren jede so positioniert ist, daß flüssiges Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen und 30 zum Substrat gerichtet wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Düse hinter der anderen Düse positioniert ist derart, daß beide Düsen im wesentlichen in derselben Vertikalebene liegen und daß die Ströme aus den Düsen in dieser Vertikalebene zusammenlaufen.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertikalebene mit der Bewegungsrichtung des Substrats kolinear ist.
  13. 13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen seitlich voneinander beabstandet und zueinander geneigt sind, so daß die aus ihnen ausgestoßenen Ströme in einer Ebene zusammenlaufen, die seitlich zur Richtung der Relativbewegung verläuft und zur Horizontalen einen Winkel von zwischen 30 und 90 aufweist.
    135374
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Scheibe ist und daß das Wirts-Matrixmaterial und der Modifikator auf eine Tangente der Scheibe durch eine erste und eine zweite Düse gerichtet werden, die flüssige- Material-Materialströme unter einem Winkel zwischen 30 und 90 zu der Tangente auf die Scheibe richten.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch IA-, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine glatte zylindrischen Außenumfang hat, auf den die zusammenlaufenden Ströme gerichtet werden,
  16. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe trommeiförmig ist und eine nach innen weisende Zylinderfläche aufweist, auf die die zusammenlaufenden Ströme gerichtet werden.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in ihrer äußeren Zylinderfläche eine Ringnut aufweist, in die die zusammenlaufenden Ströme gerichtet werden.
  18. 18. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine abgefaste Oberfläche aufweist, die in Axialrichtung der Scheibe von einem größten Durchmesser derselben auf einer Seite der Scheibe zu einem kleinsten Durchmesser auf der anderen Seite der Scheibe verläuft.
  19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Scheibe mit einem Durchmesser zwischen 12,7 und 25,A- cm ist und aus hochleitfähigem metallischem Werkstoff besteht.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-19, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einer kontrollierten Atmosphäre durchgeführt wird.
  21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Atmosphäre ein reaktives Gas aufweist, das mindestens teilweise in das Wirts-Matrixmaterial eingebaut wird.
  22. 22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Atmosphäre ein Inertgas ist.
  23. 23. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat bewegbar ist und an der Stelle, an der der Strom aus flüssigem Wirts-Matrixmaterial und flüssigem Modifikator mit dem Substrat in Kontakt treten, eine Umfangsgeschwindigkeit zwischen 1000 und 4000 cm/s hat.
  24. 2k. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Wirts-Matrixmaterialstrom aus einer Düse am Auslaß eines druckbeaufschlagten Behälters austritt derart, daß der aus der Düse austretende Strom eine Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 cm/s hat.
  25. 25. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Modtfikatorstrom aus einer Düse am Auslaß eines druckbeaufschlagten Reservoirs austritt derart, daß der aus der Düse austretende Strom eine Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 cm/s hat.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, . \\ daß das Wirts-Matrixmaterial ein geschmolzenes metallisches oder geschmolzenes Halbleitermaterial ist.
  27. 27. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Modifikatormaterial geschmolzenes Metall ist.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein Übergangsmetall und das Modifikatormaterial ein weiteres Übergangsmetall ist
  29. 29. Modifiziertes amorphes Glasmaterial, dadurch ge k e nnzeichnet, daß es mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1-28 hergestellt ist.
  30. 30. Glasmaterial nach Anspruch 29,
    gekennzeichnet durch Silizium und Sauerstoff, die mit einem Alkalimetallanteil modifiziert sind.
  31. 31. Glasmaterial nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch das Silizium-Sauerstoff-Verhältnis SiO , wobei χ zwischen 0 und 2 einstellbar ist.
  32. 32. Glasmaterial nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Alke1imetall Lithium ist.
  33. 33. Glasmaterial nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozentanteil von in das Silizium-Sauer stoff Matrixmaterial eingebautem Lithium bis zu mehr als 28 % beträgt.
  34. 3A-. Glasmaterial nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Lithiumanteil ca. 5 % beträgt.
  35. 35. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Grundmaterial Silizium und/oder Kohlenstoff ist.
  36. 36. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator ein Übergangsmetall aufweist.
  37. 37. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator ein Seltenerdmetall aufweist.
  38. 38. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator Wolfram aufweist.
  39. 39. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Tellur, Selen und Germanium aufweist.
  40. 40. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Tellur, Selen, Germaniu.ni und Arsen aufweist.
  41. 41. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Bor und Kohlenstoff aufweist.
  42. 42. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Bor und Stickstoff aufweist.
  43. 43. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Silizium und Stickstoff aufweist.
  44. 44. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial Tellur und Sauerstoff aufweist.
  45. 45. Glasmaterial nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein Metall oder eine Metallegierung ist.
  46. 46. Glasmaterial nach Anspruch 45, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator ein Metall ist.
  47. 47. Einrichtung zum Herstellen von amorphem modifiziertem Glasmaterial,
    gekennzeichnet durch
    - ein Kühlsubstrat (14);
    - Einheiten (18, 20, 22, 24, 28) zum Ausbilden eines Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat (IA-);
    - Elemente (38, 40, 44, 54) zum Richten wenigstens eines flüssigen Materials, das mindestens einen Modifikator enthält, in Form eines Stroms (42) auf das Substrat (14) in einer solchen Richtung, daß der Strom des mindestens einen Modifikators mit dem Wirts-Matrixmaterial zusammenläuft ;
    - Mittel zum unabhängigen Einstellen der Strömungs- und Abkühlungsraten des Stroms;
    - eine Einheit (16), die zwischen dem Substrat (14) und dem Modifikatorstrom (42) eine Relativbewegung erzeugt; und
    - Mittel zum Unterhalten des Substrats (14) auf einer Kühltemperatur, die in Verbindung mit der Relativbewegung, der Strömungs- und der Abkühlungsrate des Modifikators das kombinierte Wirts-Matrix- und Modifikator-Material bei deren Kontakt miteinander mit einer Abkühlungsrate von 10 bis wenigstens 10 C/s oder mehr abkühlt, so daß ein modifiziertes amorphes Glasband (60) erzeugt wird, dessen optische und elektrische Transporteigenschaften und dessen Anzahl und Art von elektronischen Konfigurationen einstellbar sind»
  48. 48. Einrichtung nach Anspruch 47,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Substrat (14) eine umlaufende Scheibe (12) ist.
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  49. 49. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 und 48, gekennzeichnet durch
    Vorrichtungen (18, 20, 22, 24, 38, 40, 44, 54) zum Zusammenführen des Wirts-Matrixmaterials und des Modofikatorstroms (42) nach oder vor der Bildung des Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat (14).
  50. 50. Einrichtung nach Anspruch 48, gekennzeichnet durch
    eine Einheit (16) zum Bewegen der Scheibe (12), die die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 1000-5000 U/min treibt.
  51. 51. Einrichtung nach Anspruch 47 und 48, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einheiten (18, 20, 22, 24, 28) zum Bilden des Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat (14) ein Reservoir (18) mit einer Austrittsdüse (20) umfassen, die das Material auf das Substrat (14) richtet.
  52. 52. Einrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Einheiten zum Bilden des Wirts-Matrixmaterials auf dem Substrat (14) ein Element (24) zum Druckbeaufschlagen des flüssigen Materials im Reservoir (18) umfassen.
  53. 53. Einrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Austrittsdüse (20) eine Öffnung mit einem Durchmesser von 0,005-0,15 cm oder mehr aufweist.
  54. 54. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-52, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zum Richten des Modifikators auf das Substrat (14) ein Reservoir (38) mit einer Austrittsdüse (40) aufweist.
  55. 55. Einrichtung nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit zum Richten des Modifikators auf das Substrat (14) ein Organ (54) zum Druckbeaufschlagen des flüssigen Modifikators im Reservoir (38) aufweist.
  56. 56. Einrichtung nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (38), die den Modifikator auf das Substrat (14) richtet, einen Austrittsöffnungs-Durchmesser von 0,005-0,15 cm oder mehr hat.
  57. 57. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-56, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator ein metallisches Material ist.
  58. 58. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-56, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein Halbleitermaterial ist.
  59. 59. Einrichtung nach einem der Ansprüche 51-58, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Richten des Wirts-Matrixmaterials und des Modifikators auf das Substrat (14) eine erste und eine zweite Düse (20, 40) umfassen, deren jede so positioniert ist, daß flüssiges Material auf das Substrat (14) unter einem Winkel zwischen 90° und 30 zum Substrat gerichtet wird.
  60. 60. Einrichtung nach Anspruch 59,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die eine Düse hinter der anderen angeordnet ist derart, daß beide Düsen (20, 4-0) im wesentlichen in derselben Vertikalebene liegen und die Ströme aus den Düsen in der Vertikalebene zusammenlaufen.
  61. 61. Einrichtung nach Anspruch 60,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Vertikalebene mit der Bewegungsrichtung des Substrats kolinear ist.
  62. 62. Einrichtung nach Anspruch 59,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Düsen (20, 40) seitlich voneinander beabstandet und zueinander so geneigt sind, daß die aus ihnen austretenden Ströme in einer Ebene zusammenlaufen, die seitlich zur Richtung der Relativbewegung verläuft und unter ein<
    verläuft.
    unter einem Winkel zwischen 30° und 90° zur Horizontalen
  63. 63. Einrichtung nach Anspruch 51,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Substrat (14) eine Scheibe (12) ist, und daß die Vorrichtungen (18, 20, 22, 24·, 38, 40, 44, 54) zum Richten des Wirts-Matrixmaterials und des Modifikators eine erste und eine zweite Düse (20, 40) aufweisen, die flüssiges Material in gesonderten zusammenlaufenden Strömen (28, 42) unter einem Winkel von zwischen 30 und 90 zu einer Tangente der Scheibe auf diese (12) richten.
  64. 64. Einrichtung nach Anspruch 63,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Scheibe (12) eine glatte zylindrische Außenfläche aufweist, auf die die zusammenlaufenden Ströme (28, 42) gerichtet werden.
  65. 65. Einrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe als Trommel (412) ausgebildet ist und eine nach innen weisende Zylinderfläche aufweist, auf die die zusammenlaufenden Ströme gerichtet werden.
  66. 66. Einrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe in ihrer äußeren Zylinderfläche eine Ringnut (315) aufweist, in die die zusammenlaufenden Ströme gerichtet werden.
  67. 67. Einrichtung nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine abgefaste Oberfläche aufweist, die in Axialrichtung der Scheibe von einem größten Durchmesser derselben auf einer Seite der Scheibe zu einem kleinsten Durchmesser auf der anderen Seite der Scheibe verläuft.
  68. 68. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47 und 49-67, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (12) eine Scheibe mit einem Durchmesser zwischen 12,7 und 25,4 cm ist und aus einem hochleitfähigen metallischen Werkstoff besteht.
  69. 69. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-68, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstellen der das Substrat umgebenden Atmosphäre vorgesehen sind.
  70. 70. Einrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Atmosphäre ein reaktives Gas aufweist, das mindestens teilweise in das Wirts-Matrixmaterial einzubauen ist.
  71. 71. Einrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Atmosphäre ein Inertgas ist.
  72. 72. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-71, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (16) das Substrat (14) derart bewegt, daß es an der Stelle, an der die Ströme von flüssigem Wirts-Matrixmaterial und fl.üssigem.:.Modifikator das Substrat kontaktieren, eine Umfangsgeschwindigkeit von zwischen 1000 und 4000 cm/s hat.
  73. 73. Einrichtung nach einem der Ansprüche 47-72, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (18, 20, 22, 24) zum Richten des flüssigen Wirts-Matrixmaterialstroms (28) auf das Substrat (14) eine Düse (20) am Auslaß eines Reservoirs (18) für das Wirts-Matrixmaterial sowie ein Organ (24) zum Druckbeaufschlagen des Wirts-Matrixmaterials in dem Reservoir aufweisen derart, daß der Strom aus der Düse eine Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 cm/s aufweist.
  74. 74. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (38, 40, 44, 54) zum Richten des flüssigen Modifikatorstroms (42) auf das Substrat (14) eine Düse (40) am Auslaß eines Modifikatorreservoirs (38) aufweist derart, daß der aus der Düse austretende Strom eine Geschwindigkeit zwischen 200 und 300 cm/s hat.
  75. 75. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein geschmolzenes Metall oder ein geschmolzenes Halbleitermaterial ist.
  76. 76. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das flüscige Modifikatormaterial ein geschmolzenes Metall ist.
  77. 77. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirts-Matrixmaterial ein Übergangsmetall und der Modifikator ein weiteres Übergangsmetall ist.
  78. 78. Einrichtung nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Modifikator ein geschmolzenes Halbleitermaterial ist.
  79. 79. Einrichtung nach einem der Ansprüche 51-58, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen (18, 20, 22, 2A-, 38, 40, 44, 54) zum Richten des flüssigen Wirts-Matrixmaterials und des flüssigen Modifikators auf das Substrat (14) eine erste und eine zweite konzentrische Düse (252, 254) aufweisen, die so angeordnet sind, daß die aus ihnen austretenden Materialströme zusammenlaufen, wenn oder bevor sie das Substrat kontaktieren.
  80. 80. Einrichtung nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Düsen (252, 254) so positioniert sind, daß sie flüssiges Material auf das Substrat unter einem Winkel zwischen 90 und 30 relativ zu einer in Richtung der Relativbewegung verlaufenden Linie auf dem Substrat richten.
  81. 81. Einrichtung nach Anspruch 80,
    gekennzeichnet durch {
    ein Organ (264-), das einen dritten Strom zusätzlichen Materials, z. B. einen Modifikator, ein Legierungsoder ein Dotierungsmaterial, auf das Wirts-Matrixmaterial richtet derart, daß die Materialströme bei oder vor Kontakt der Ströme mit dem Substrat zusammenlaufen.
  82. 82. Einrichtung nach einem der Ansprüche 51-78, gekennzeichnet durch
    ein Organ (264·), das einen dritten Strom zusätzlichen Materials, z. B. einen Modifikator, ein Legierungsoder ein Dotierungsmaterial, auf das Wirts-Matrixmaterial richtet derart, daß die Materialströme nach oder vor ihrem Kontakt mit dem Substrat zusammenlaufen. ;
  83. 83. Einrichtung nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet,
    daß die kontrollierte Atmosphäre auf einem Druck zwischen einem Unterdruck und 4 bar oder mehr gehalten wird.
  84. 84. Einrichtung nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet,
    daß das flüssige Wirts-Matrixmaterial und der flüssige Modifikator auf das Substrat (14·) durch zwei konzentrische Düsen (252, 254) gerichtet werden, die so angeordnet sind, daß die aus ihnen austretenden Materialströme beim oder vor dem Kontakt mit dem Substrat zusammenlaufen.
  85. 85. Einrichtung nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet,
    daß die konzentrischen Düsen (252, 254) so positioniert sind, daß sie flüssiges Material auf das Substrat (14)
    unter einem Winkel zwischen 90 und 30 zu einer in Richtung der Relativbewegung verlaufenden Geraden auf dem Subsl^at richten.
  86. 86. Verfahren nach Anspruch 85, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine dritte konzentrische Düse (264·) ein dritter Strom weiteren Materials, z. B. ein Modifikator, ein Legierungs- oder ein Dotiermaterial, auf den Wirts-Matrixmaterialstrom gerichtet wird derart, daß die Materialströme zusammenlaufen und kombiniert werden, wenn oder bevor sie das Substrat kontaktieren.
  87. 87. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Strom weiteren Materials, z. B. ein Modifikator, ein Legierungs- oder ein Dotiermaterial, auf den Wirts-Matrixmaterialstrom gerichtet wird derart, daß die Ströme bei oder vor dem Kontakt mit dem Substrat zusammenlaufen und kombiniert werden.
  88. 88. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Modifikatormaterial ein geschmolzener Halbleiter
  89. 89. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die kontrollierte Atmosphäre auf einem Druck zwischen einem Unterdruck und 4-,O bar oder mehr gehalten wird,
  90. 90. Glasmaterial nach. Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Modifikator ein Halbleiter ist.
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