DE3610299C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufbringen feiner Partikel auf ein Substrat der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Vorliegend umfassen "feine Partikel" Atome, Moleküle, ultrafeine Partikel und generell feine Partikel. "Ultrafeine Partikel" bedeuten hier jene Partikel, die im allgemeinen kleiner als 0,5 µm sind und erhalten werden beispielsweise durch Verdampfen in der Gasphase, Verdampfen im Plasma, chemische Dampfreaktionen, oder durch Flüssigphasenreaktionen wie kolloidale Ausfällung oder Flüssigspray-Pyrolyse. Die "generell feinen Partikel" bedeuten feine Partikel, die durch übliche Methoden wie mechanisches Zerkleinern, Sedimentierung oder Ausfällung erhalten werden. Des weiteren bedeutet vorliegend ein "Strahl" einen Strom mit im wesentlichen konstantem Querschnitt längs des Strömungsverlaufs unabhängig von der jeweiligen Form des Querschnittes.

Feine Partikel werden im allgemeinen dispergiert und in einem Trägergas suspendiert und durch eine Strömung des Trägergases transportiert.

Üblicherweise ist ein Strom feiner Partikel bei deren Transport lediglich gesteuert worden durch Festlegen der gesamten Strömungsparameter der sich zusammen mit dem Trägergas bewegenden feinen Partikel mit Hilfe einer Leitung oder eines Gehäuses sowie durch die Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite. Folglich ist die Strömung der feinen Partikel in der Leitung oder dem Gehäuse, die bzw. das den gesamten Strömungsweg definiert, unvermeidlich dispergiert, obgleich eine gewisse Verteilung in der Strömung existiert. Eine entsprechende Vorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise bekannt aus dem JP-Patent Abstracts, C-267 Feb. 21, 1985, Vol. 9/No. 41, zu 59-183 855.

Falls der gesamte Strömungsweg feiner Partikel durch eine Leitung oder ein Gehäuse definiert wird und die feinen Partikel mit Trägergas längs dieses Strömungswegs mit Hilfe einer Druckdifferenz zwischen stromaufwärtiger und stromabwärtiger Seite transportiert werden, dann induziert eine Gasausströmung auf der stromabwärtigen Seite zur Erzeugung der Druckdifferenz nicht nur das Ausströmen feiner Partikel, sondern es ist auch nicht möglich, eine sehr hohe Transportgeschwindigkeit zu erreichen. Des weiteren berühren die feinen Partikel unvermeidlich die Wände der den Strömungsweg definierenden Leitung oder des den Strömungsweg definierenden Gehäuses längs des gesamten Transportweges. Es resultiert daher im Falle des Transportes aktiver feiner Partikel zu einer gewünschten Stelle ein Aktivitätsverlust als Folge der während des Transportes verstrichenen Zeit oder als Folge eines Kontaktes mit den Wänden der Leitung oder des Gehäuses. Das Definieren des gesamten Strömungsweges für die feinen Partikel mit Hilfe einer Leitung oder eines Gehäuses kann ferner beispielsweise zur Totraumbildung in der Strömung führen, ferner zu einer niedrigeren Auffangrate der feinen Partikel und einem niedrigeren Ausnutzungswirkungsgrad des Trägergases für die Partikeltransportierung. Eine solche Definierung des gesamten Strömungsweges ist auch nachteilig für den Transport einer großen Menge feiner Partikel.

Wenn andererseits feine Partikel auf ein Substrat geblasen werden, dann werden sie im allgemeinen zusammen mit Trägergas von einer Düse ausgetragen. Die bei einem solchen Blasen feiner Partikel bisher benutzte Düse besitzt einen konstanten oder in Strömungsrichtung konvergierenden Querschnitt und der Querschnitt der Strömung feiner Partikel unmittelbar nach dem Austrag ist entsprechend dem Querschnitt des Düsenauslasses eingeschnürt. Die Strömung verteilt sich aber gleichzeitig diffus am Düsenauslaß, so daß jene Einschnürung nur temporär ist und die Strömungsgeschwindigkeit die Schallgeschwindigkeit nicht überschreitet.

Das heißt, die üblicherweise verwendete gerade oder konvergierende Düse erzeugt eine diffuse Strömung, in der die feinen Partikel eine große Dichteverteilung haben. Wenn daher feine Partikel auf ein Substrat geblasen werden, ist es schwierig, ein gleichförmiges Aufblasen zu erreichen und das Gebiet zu steuern, in dem gleichförmiges Aufblasen erhalten wird. Demzufolge ist es schwierig, wenn nicht gar unmöglich, ein großes Gebiet solcherart anzublasen.

In der US-PS 42 00 264 ist eine Vorrichtung zum Erzeugen von metallischem Magnesium oder Calcium im Kohlenstoffreduktionsverfahren beschrieben.

Bei dieser bekannten Vorrichtung wird eine Reduktionsreaktion erzeugt durch Erwärmen eines Oxids von Mg oder Ca mit Kohlenstoff in einer Reaktionskammer, und die resultierende gasförmige Mischung wird in eine divergierende Düse eingeführt, um eine adiabatische Expansion zwecks Abkühlung zu erreichen und dadurch feinen Mg- oder Ca-Partikel zu erhalten.

Die divergierende Düse erreicht dort eine momentane Abkühlung der Mischung von Mg (oder Ca) und CO, um die umgekehrte Reaktion hierzwischen zu vermeiden. Hierbei wird der Umstand ausgenutzt, daß die Düse das passierende Gas durch adiabatische Expansion rasch abkühlt. Dieser Umstand wird zum Trennen des Mg (oder Ca) und CO benutzt. In diesem Fall arbeitet die divergierende Düse im Unterdruckbereich.

Mit anderen Worten, wird die divergierende Düse bei dieser bekannten Vorrichtung als ein Mittel zum Vermeiden der umgekehrten Reaktion der Produkte, Mg (oder Ca) und CO und zum Trennen dieser Produkte, bevor sie einer Kondensoreinrichtung zugeführt werden, verwendet, nicht jedoch zum Aufbringen feiner Partikel auf ein Substrat. Das heißt, diese Verwendung einer divergierenden Düse zum schnellen Abkühlen auf eine eine Reaktion verhindernde Temperatur oder zum Beschleunigen der Produkte auf eine gewünschte Geschwindigkeit ist für den Zustand der Gasströmung, die die Düse passiert hat, irrelevant.

Falls der Druck im Hals der divergierenden Düse unter dem kritischen Druck liegt, wird der Austritt des Gasstromes aus der divergierenden Düse verzögert und nach dem Ausstoßen aus der Düse diffus verbreitert und erreicht die Schallgeschwindigkeit nicht. Wenn andererseits der Druck im Hals der divergierenden Düse gleich oder größer als der kritische Druck ist, kann die Ausstoßgeschwindigkeit aus der Düse Überschallgeschwindigkeit erreichen, aber der Strömungszustand nach dem Ausstoß ist davon bestimmt, ob der Druck P₁ des Gasstroms beim Ausstoß annähernd mit dem Druck P auf der stromabwärtigen Seite der divergierenden Düse übereinstimmmt. Der Zustand P₁ = P wird als optimale Expansion bezeichnet, der Zustand P₁<P wird als Unterexpansion bezeichnet und der Zustand P₁<P wird als Überexpansion bezeichnet. Im Falle der optimalen Expansion strömt das die divergierende Düse passierende Gas längs der Innenwand am Düsenauslaß und wird als Strom mit gleichförmiger Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt ausgestoßen. Andererseits wird im Falle einer Unterexpansion oder Überexpansion der Strom verzögert und diffus verbreitert.

Wie erwähnt, wird in der aus der US-PS 42 00 264 bekannten Vorrichtung die divergierende Düse in einer Betriebsart benutzt, die für die Bildung einer Strömung unter optimaler Expansion irrelevant ist, so daß die von der divergierenden Düse ausgestoßene Strömung unvermeidlich diffus verläuft. Ist einmal eine solche diffuse Strömung erzeugt, werden die in feiner pulvriger Form vorliegenden Produkte in der gesamten Auffangkammer diffus verteilt, und ein Teil dieser Produkte kommt in Kontakt mit dem Wänden, erzeugt auf diesen einen Niederschlag oder verliert an Aktivität. Diese Phänomene führen zu verschiedenen Nachteilen wie zu einem Verlust in der Produktionsausbeute und einer Verunreinigung der Reaktionsprodukte mit unreagierten Substanzen. Des weiteren sind die in einer diffusen Strömung transportierten Reaktionsprodukte schwierig aufzufangen, was ebenfalls zu einer niedrigeren Ausbeute führt. Außerdem erfordern gewisse Ausgangsmaterialien oder Reaktionsprodukte eine Aktivierung durch ein Plasma oder durch Laserstrahlung nach Passieren der Düse; aber eine solche Aktivierung ist in einer diffusen Strömung schwierig zu erreichen, so daß eine Allzweckreaktionsapparatur schwierig zu erreichen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Vielzahl von Strömen feiner Partikel mit praktisch konstantem Querschnitt (d. h. als Strahlen) bei minimaler Diffusion sowie ohne Aktivitätsverlust erzeugt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht zur Darstellung des Grundprinzips der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Detailansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3A bis C Ansichten von Ausführungsformen für eine Gasanregungseinrichtung,

Fig. 4A bis 4D schematische Ansichten zur Darstellung verschiedener Formen der erfindungsgemäß verwendeten Düsen und

Fig. 5A und 5B Ansichten zweier verschiedener Beispiele einer Prallblende.

Die vorliegend verwendeten konvergierenden-divergierenden Düsen 1 (Lavaldüsen) haben einen Durchlaßquerschnitt, der (siehe Fig. 1) sich vom Einlaß 1a allmählich auf einen Hals 2 verringert und sich dann wieder allmählich zum Auslaß 1b hin erweitert. Der einfacheren Erläuterung halber sind in Fig. 1 der Einlaß und der Auslaß der Düsen 1 je mit einer geschlossenen stromaufwärtigen Kammer 3, 4 verbunden. Jedoch können Einlaß und Auslaß der Lavaldüsen 1 mit offenen oder geschlossenen Systemen verbunden werden, solange infolge einer Druckdifferenz hierzwischen die feinen Partikel veranlaßt werden, zusammen mit dem Trägergas die Düsen 1 zu durchströmen. Des weiteren kann, obgleich die Vorrichtung nach Fig. 1 drei Lavaldüsen 1 zeigt, die Anzahl der Düsen auch zwei oder vier oder mehr sein.

Zwischen der stromaufwärtigen Kammer 3 und der stromabwärtigen Kammer 4 wird eine Druckdifferenz durch Zuführen eines Trägergases, in dem die feinen Partikel als Suspension dispergiert sind, zur stromaufwärtigen Kammer 3 und Evakuieren der stromabwärtigen Kammer 4 mit einer Vakuumpumpe 5 erzeugt (Fig. 1). Hierdurch strömt das zugeführte, die feinen Partikel enthaltende Trägergas über die Lavaldüsen 1 von der stromaufwärtigen Kammer 3 in die stromabwärtige Kammer 4.

Die einzelnen Lavaldüsen 1 dienen nicht nur einem Ausstoß der feinen Partikel zusammen mit Trägergas entsprechend der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite, sondern dienen auch dazu, die Strömung des ausgestoßenen Trägergases und der ausgestoßenen feinen Partikeln gleichförmig zu halten. Eine solche Vielzahl gleichförmiger Ströme feiner Partikel kann dazu benutzt werden, die feinen Partikel auf ein großes Gebiet eines Substrats 6 gleichförmig aufzublasen.

Die einzelnen Lavaldüsen 1 vermögen die Strömung aus feinen Partikeln und Trägergas zu beschleunigen, und zwar durch geeignete Wahl des Druckverhältnisses P/P_o zwischen dem Druck P in der stromabwärtigen Kammer 4 zum Druck P_o in der stromaufwärtigen Kammer 3 und des Verhältnisses A/A* zwischen der Querschnittsfläche A am Düsenauslaß 1b und der Querschnitsfläche A* im Düsenhals 2. Wenn das Verhältnis P/P_o zwischen den Drücken in der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Kammer 3, 4 oberhalb des kritischen Druckverhältnisses liegt, ergibt sich eine Strömungsgeschwindigkeit an den Auslässen der Düsen 1, die kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit, und die feinen Partikel nebst Trägergas werden bei verringerter Geschwindigkeit ausgestoßen. Wenn andererseits das Druckverhältnis P/P_o kleiner als das kritische Druckverhältnis wird, dann erreicht die Strömung an den Düsenauslässen Überschallgeschwindigkeit, so daß die feinen Partikel nebst Trägergas mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen werden.

Wenn die Ströme der feinen Partikel als kompressive eindimensionale Ströme mit adiabatischer Expansion angenommen werden, dann bestimmt sich die durch die Strömung erreichbare Machzahl M aus dem Druck P_o der stromaufwärtigen Kammer und dem Druck P der stromabwärtigen Kammer entsprechend folgender Gleichung:

hierin bedeuten
u die Geschwindigkeit des Stroms feiner Partikel,
a die lokale Schallgeschwindigkeit an dieser Stelle und
γ das Verhältnis der spezifischen Wärmen des strömenden Mediums.

M überschreitet 1, wenn das Verhältnis P/P_o unter dem kritischen Druckverhältnis liegt.

Die Schallgeschwindigkeit a kann aus folgender Gleichung bestimmt werden:

a = √

worin
T die örtliche Temperatur und
R die Gaskonstante bedeuten.

Des weiteren existiert die folgende Verknüpfung zwischen der Querschnittsfläche A am Düsenauslaß 1b, der Querschnittsfläche A* am Düsenhals 2 und der Machzahl M

Die Strömung erreicht den Zustand einer optimalen Expansionsströmung, wenn die Machzahl M durch Gleichung (1) als Funktion des Druckverhältnisses P/P_o zwischen dem Druck P der stromabwärtigen Kammer 4 und dem Druck P_o der stromaufwärtigen Kammer 3 bestimmt ist, mit der Machzahl übereinstimmt, durch die Gleichung (2) als Funktion der Querschnittsfläche A des Düsenauslasses 1b und der Querschnittsfläche A* des Düsenhalses 2 bestimmt ist.

Es ist daher möglich, die Geschwindigkeit der von den Düsen 1 ausgestoßenen feinen Partikel durch Wahl des Querschnittsverhältnisses A/A* entsprechend der Machzahl zu regulieren, die durch Gleichung (1) aus dem Druckverhältnis P/P_o zwischen den Drücken in der stromabwärtigen und stromaufwärtigen Kammer bestimmt ist, oder durch Regulieren des Verhältnisses P/P_o entsprechend dem Wert der Machzahl M, die durch Gleichung (2) aus dem Querschnittsverhältnis A/A* bestimmt ist. Die Geschwindigkeit u der Strömung feiner Partikel ergibt sich durch folgende Gleichung:

Optimale Expansionsströme strömen längs der Innenwände der Auslässe 1b mit praktisch gleichförmiger Geschwindigkeitsverteilung im Querschnitt und werden als Strahlen an den Auslässen 1b der Düsen 1 erzeugt. Die Strahlbildung minimiert die Diffusion und ermöglicht, die von den Düsen 1 ausgestoßenen feinen Partikel in räumlich unabhängigem Zustand von den Wänden der stromabwärtigen Kammer 4 zu halten und damit jegliche durch Wandkontakt verursachte unerwünschte Effekte zu vermeiden. Der durch Diffusion verursachte Ausbeuteverlust kann ebenfalls verhindert werden, wenn die Ströme im Strahlzustand vom zu behandelnden Substrat 6 aufgefangen werden. Des weiteren kann die Aktivierung von pulverförmigen Rohmaterialien oder Reaktionsprodukten mit Hilfe eines Plasmas oder Laserbestrahlung wirksamer erreicht werden, wenn eine derartige Energiezufuhr zu den Strömen im Strahlzustand erfolgt.

Zum Erhalt optimaler Expansionsströme sind Drucksensoren bei den oder in der Nähe der Düsenauslässe und in der stromabwärtigen Kammer vorgesehen. Der Druck P_o im stromaufwärtigen Teil und der Druck P im stromabwärtigen Teil werden so gesteuert, daß die durch die Sensoren festgestellten Drücke bei den Auslässen und in der stromabwärtigen Kammer einander annähernd gleichen.

Die Ströme der feinen Partikel können in einem Zustand gehalten werden, der durch das Querschnittsgebietsverhältnis A/A* bestimmt ist, wenn das Druckverhältnis P/P_o zwischen den Drücken der stromabwärtigen und der stromaufwärtigen Kammer 4, 3 konstant gehalten wird. Demgemäß muß die Vakuumpumpe 5, die zur Evakuierung der stromabwärtigen Kammer 4 vorgesehen ist, in der Lage sein, die Kammer 4 auf einem konstanten Druck unabhängig von der Einströmung der feinen Partikel durch die Lavaldüsen 1 zu halten, wenn die stromaufwärtige Kammer 3 auf konstantem Druck gehalten wird.

Die Masse, die von einer Vakuumpumpe evakuiert werden kann, hängt im allgemeinen von deren Leistung ab. Wenn jedoch der Durchsatz durch die Düsen 1 kleiner gewählt wird als die Evakuierungsgeschwindigkeit der Pumpe, dann kann der Druck in der stromabwärtigen Kammer 4 durch Regeln des Pumpendurchsatzes konstant gehalten werden dergestalt, daß dieser im wesentlichen gleich dem Düsendurchsatz wird. Dies kann beispielsweise mit einem Ventil geschehen oder durch Einstellen des Querschnitts der Düsenhälse 2 der Lavaldüsen 1 dergestalt, daß der Durchsatz durch die Düsen 1 gleich der effektiven Evakuierungsgeschwindigkeit wird, wodurch die Ströme feiner Partikel zur optimalen Expansion an den Düsenauslässen 1b gebracht werden, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit durch ein Ventil oder dergleichen geregelt werden müßte. Eine maximale Strömungsgeschwindigkeit kann daher innerhalb der Pumpenleistung stabil erhalten werden.

Der Durchsatz durch die Düsen und der Durchsatz bei der Evakuierung werden durch Massendurchsätze dargestellt.

Der Düsendurchsatz durch eine Lavaldüse 1 ergibt sich aus folgender Gleichung:

und wird bestimmt durch die Querschnittsfläche A* eines Düsenhalses 2, wenn der Druck P_o und die Temperatur To der stromaufwärtigen Kammer 3 konstant sind.

Bei einem Ausstoß mit einem Druckverhältnis P/P_o oberhalb des kritischen Verhältnisses bilden die ausgestoßenen feinen Partikel nebst Trägergas einen gleichförmig diffundierenden Strom, so daß die feinen Partikel auf ein relativ großes Gebiet gleichförmig aufgeblasen werden können.

Andererseits bilden das Trägergas und die feinen Partikel, wenn in Form von Hochgeschwindigkeitsströmen ausgestoßen, Strahlen, die ihren Querschnitt unmittelbar nach Ausstoßung auch im weiteren Verlauf im wesentlichen beibehalten. Folglich bilden die vom Trägergas transportierten feinen Partikel ebenfalls eine Vielzahl von Strahlen, die mit Hochgeschwindigkeit in die stromabwärtige Kammer 4 transportiert werden, und zwar bei minimaler Diffusion und ohne räumliche Wechselwirkung mit den Wänden der stromabwärtigen Kammer 4, so daß eine Evakuierung feiner Partikel durch die Pumpe 5 leicht verhindert werden kann.

Es ist daher möglich, aktive feine Partikel auf dem Substrat 6 in der stromabwärtigen Kammer in befriedigendem aktivem Zustand aufzufangen, indem die aktiven feinen Partikel in der stromaufwärtigen Kammer 3 erzeugt und durch die Düsen 1 hindurch transportiert werden, oder indem die aktiven feinen Partikel in oder unmittelbar nach den Düsen 1 erzeugt und weitertransportiert werden. Der Weitertransport der Partikel erfolgt in beiden Fällen in Form einer Vielzahl räumlich unabhängiger Überschallstrahlen. Es ist daher möglich, eine große Menge feiner Partikel in geeignet aktivem Zustand aufzufangen. Das Auffanggebiet kann leicht über ein großes Gebiet, d. h. über die Summe der einzelnen Strahlgebiete, gesteuert werden, da die feinen Partikel auf das Substrat 6 in Form einer Vielzahl von Strahlen ausgeblasen werden, deren Querschnitt längs des Strömungsverlaufs im wesentlichen konstant ist.

Fig. 2 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Erzeugung einer Schicht mit ultrafeinen Partikeln. Die Vorrichtung weist drei Lavaldüsen 1 auf, ferner eine stromaufwärtige Kammer 3, eine erste stromabwärtige Kammer 4a und eine zweite stromabwärtige Kammer 4b.

Die stromaufwärtige Kammer 3 und die erste stromabwärtige Kammer 4a sind als integrale Baueinheit ausgeführt. Eine Prallblende (skimmer) 7, ein Torventil 8 und die zweite stromabwärtige Kammer 4b sind in Form vergleichbarer Baueinheiten hintereinander an die erste stromabwärtige Kammer 4a über Flansche gleichen Durchmessers (nachstehend als gemeinsame Flansche bezeichnet) lösbar angeflanscht. Die stromaufwärtige Kammer 3, die erste stromabwärtige Kammer 4a und die zweite stromabwärtige Kammer 4b werden in dieser Reihenfolge mit Hilfe eines noch zu erläuternden Vakuumsystems auf stufenweise höherem Vakuum gehalten.

An der stromaufwärtigen Kammer 3 ist über einen gemeinsamen Flansch eine Gasanregungseinrichtung 9 befestigt, die aktive ultrafeine Partikel mit Hilfe eines Plasmas erzeugt und diese ultrafeinen Partikel zusammen mit einem Trägergas, beispielsweise Wasserstoff, Helium, Argon oder Stickstoff, den gegenüberliegend angeordneten Düsen 1 zuführt. Die Innenwände der stromaufwärtigen Kammer 3 können einer geeigneten Antihaftbehandlung unterworfen worden sein, um dort ein Haften der solcherart erzeugten ultrafeinen Partikel zu vermeiden. Wegen der Druckdifferenz zwischen der stromaufwärtigen Kammer 3 und der ersten stromabwärtigen Kammer 4a, die durch das höhere Vakuum in der letzteren hervorgerufen ist, strömen die erzeugten ultrafeinen Partikel zusammen mit dem Trägergas durch die einzelnen Düsen 1 zur ersten stromabwärtigen Kammer 4a.

Wie in Fig. 3A dargestellt, hat die Gasanregungseinrichtung 9 eine stabförmige erste Elektrode 9a, die in einer röhrenförmigen zweiten Elektrode 9b untergebracht ist. Dabei werden Trägergas und Ausgangsmaterialgas in der zweiten Elektrode 9b zugeführt, und es wird eine elektrische Entladung zwischen den Elektroden 9a und 9b induziert. Die Gasanregungsvorrichtung 9 kann auch die in Fig. 3B dargestellte Ausbildung aufweisen, also mit einer porösen ersten Elektrode 9a zum Zuführen des Trägergases und des Ausgangsmaterialgases in den Ringraum zwischen den beiden Elektroden versehen sein. Alternativ kann die Gasanregungseinrichtung 9 - siehe Fig. 3C - durch eine aus halbschaligen Elektroden 9a, 9b, die durch Isolatoren 9c getrennt sind, aufgebautes Rohr, in das das Trägergas und das Rohmaterialgas eingeführt werden, gebildet sein. Die Isolatoren 9c bestehen beispielsweise aus Quarz oder Keramik.

Die einzelnen Lavaldüsen 1 sind mit Hilfe eines gemeinsamen Flansches auf der der stromaufwärtigen Kammer 3 zugewandten Seite der ersten stromabwärtigen Kammer 4a so befestigt, daß sie in die stromaufwärtige Kammer 3 vorstehen. Dabei öffnen sich die Einlässe 1a zur stromaufwärtigen Kammer 3 und die Auslässe 1b zur ersten stromabwärtigen Kammer 4a. Die Düsen 1 können auch so montiert werden, daß sie in die erste stromabwärtige Kammer 4a vorstehen oder zum Teil in die stromaufwärtige Kammer 3 und zum Teil in die erste stromabwärtige Kammer 4b hineinragen. Die Vorsprungsrichtung der Düsen 1 ergibt sich aufgrund von Erwägungen über Größe, Menge und Eigenschaften der zu transportierenden ultrafeinen Partikel.

Wie erläutert, nimmt der Querschnitt der Lavaldüsen 1 allmählich von der Einlaßseite 1a aus zum Hals 2 hin ab und von dort aus wieder allmählich in Richtung auf den Auslaß 1b hin zu. Vorzugsweise ändert sich dabei der Strömungslinien-Differentialkoeffizient im Kanal kontinuierlich und wird im Düsenhals 2 Null, wodurch die Bildung von Strömungsgrenzschichten in den Düsen 1 minimiert wird. Die Kurve des Strömungsweges in den Düsen 1 entspricht der Kurve der Innenwand längs eines Querschnitts in Strömungsrichtung. Auf diese Weise ist es möglich, das effektive Querschnittsgebiet der Strömung in den Düsen 1 eng am geplanten Wert zu halten und das Verhalten der Düsen 1 voll vorhersagbar zu machen. Wie in Fig. 4a vergrößert dargestellt, verläuft die Innenfläche in der Nähe des Auslasses 1b vorzugsweise im wesentlichen parallel zur Mittelachse, um die Ausbildung einer parallelen Strömung zu erleichtern. Dieses deswegen, weil die Strömungsrichtung der ausgestoßenen feinen Partikel nebst Trägergas zu einem gewissen Maß beeinflußt wird durch die Richtung der Innenwand in der Nähe des Auslasses 1b. Wenn jedoch der Winkel α der Innenwand vom Düsenhals 2 zum Auslaß 1b gegenüber der Mittelachse kleiner als 7°, vorzugsweise bei 5° oder darunter, gehalten wird, wie dieses in Fig. 4B dargestellt ist, dann ist es möglich, das Ablösephänomen zu vermeiden, und einen praktisch gleichförmigen Zustand in den ausgestoßenen ultrafeinen Partikeln nebst Trägergas zu halten. In diesem Fall kann daher der vorstehend erwähnte parallele Innenwandteil weggelassen werden, wodurch sich die Herstellung der Düse 1 erleichtert. Es kann auch eine spaltförmige Strömung von Trägergas und ultrafeinen Partikeln erhalten werden, wenn eine rechteckige Düse entsprechend Fig. 4C verwendet wird.

Unter dem Ablösephänomen versteht man die Ausbildung einer vergrößerten Grenzschicht zwischen der Innenwand der Düse 1 und des vorbeiströmenden Mediums, beispielsweise bei Gegenwart von Vorsprüngen auf der Innenwand. Dieses Phänomen gibt Anlaß zu ungleichmäßiger Strömung und neigt dazu, leichter aufzutreten, wenn die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Strömung höher ist. Der vorstehend erwähnte Winkel α sollte vorzugsweise kleiner sein, wenn die Innenwand der Lavaldüsen 1 weniger genau bearbeitet ist. Die Innenwand der Düsen 1 sollte mit einer Präzision geglättet werden, wie dieses durch drei, vorzugsweise vier, umgekehrte Dreiecke nach der Japanischen Industrienorm B 0601 für Oberflächenglättengenauigkeit definiert ist. Da das Ablösephänomen im sich erweiternden Teil der Düsen 1 den Zustand der sich ergebenden Strömung signifikant beeinflußt, sollte diese Oberflächenbearbeitungsgenauigkeit hauptsächlich auf den sich erweiternden Teil gerichtet werden, um die Herstellung der Düsen 1 zu erleichtern. Um das Ablösephänomen zu vermeiden, sollte auch der Düsenhals eine glatte Krümmung derart haben, daß der Differentialkoeffizient der Querschnittsänderung nicht unendlich groß wird.

Die durch das Ablösephänomen verursachte Bildung einer Grenzschicht ist aber unvermeidbar, da es praktisch unmöglich ist, die Innenfläche der Düsen 1 als perfekte Spiegelfläche auszubilden. Die Ausbildung einer solchen Grenzschicht stromabwärts des Düsenhalses 2 entspricht einer Verringerung des Verhältnisses A/A* und liefert daher nicht die gewünschte Strömungsgeschwindigkeit. Aus diesem Grunde ist der effektive Querschnitt am Auslaß gleich dem Querschnitt am Auslaß minus dem Gesamtgebiet der Grenzschicht am Auslaß vorzugsweise wenigstens gleich 90% des Querschnitts am Auslaß.

Sonach sollte die Dicke der Grenzschicht etwa 0,5 mm für einen Auslaß von 20 mm Durchmesser, oder etwa 0,05 mm für einen Auslaß von 2 mm Durchmesser, nicht überschreiten. Da die Grenzschichtdicke nicht unter eine gewisse untere Grenze hinaus verringert werden kann, sollten der Durchmesser des Düsenauslasses 1b im Falle eines kreisförmigen Auslasses wenigstens 1 mm und die Breite des Auslasses 1b im Falle eines rechteckigen Auslasses wenigstens 1 mm sein. Die obere Grenze hängt beispielsweise von der Kapazität der Vakuumpumpe 5b auf der stromabwärtigen Seite ab. Die Strömungslinien der Strömung sollten mit der Krümmung der Innenwand der Düsen 1 ebenfalls so weit wie möglich folgen, da sonst die erwähnte Grenzschicht dicker wird.

Zusätzlich zu den in Fig. 4A, 4B und 4C dargestellten konvergierenden-divergierenden Düsenformen kann die Düse 1 mit mehreren Hälsen 2, 2′ versehen werden, wie dieses in Fig. 4D dargestellt ist. In diesem Fall wird die beim Durchgang durch den ersten Düsenhals 2 beschleunigte Strömung im sich anschließenden verjüngenden Teil verzögert und beim zweiten Düsenhals 2′ erneut beschleunigt. In einer solchen Anordnung steigt und fällt die Temperatur der Strömung entsprechend der Geschwindigkeitsänderung in der Düse 1 wiederholt, und zwar durch wiederholte Umwandlung von thermischer Energie in kinetische Energie, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird. Auf diese Weise kann ein wunschgemäßes Reaktionsfeld erzeugt werden. Die Anzahl von hintereinanderliegenden Hälsen ist nicht auf zwei begrenzt, sondern kann auch auf drei oder mehr vergrößert werden.

Beispiele für das Material der Lavaldüsen 1 sind Metalle wie Eisen und rostfreier Stahl, Kunststoffe wie Acrylharz, Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polystyrol und Polypropylen, Keramikmaterialien, Quarz, Glas etc. Das Material wird im Hinblick auf Reaktionsbeständigkeit gegenüber den resultierenden ultrafeinen Partikeln, Leichtigkeit der mechanischen Bearbeitung, Gasemission im Vakuum usw. ausgewählt. Die Innenwand der Düsen 1 kann auch mit einem Material plattiert oder beschichtet sein, das gegenüber den ultrafeinen Partikeln reaktionsbeständig ist und niedriges Haftungsvermögen zeigt. Ein Beispiel für eine solche Beschichtung ist Polyfluoräthylen.

Die Länge der Lavaldüsen 1 kann beliebig gewählt werden, beispielsweise entsprechend der Länge der Vorrichtung. Andererseits wird während des Durchlaufs von Trägergas und feinen Partikeln durch die einzelnen Düsen 1 thermische Energie in kinetische Energie der Strömung umgewandelt. Dabei wird insbesondere im Falle eines Überschallausstoßes die thermische Energie signifikant reduziert und führt zu einem unterkühlten Zustand des Partikel-Gasstroms. Wenn daher das Trägergas kondensierbare Komponenten enthält, kann eine solche Unterkühlung zur Erzeugung ultrafeiner Partikel durch Kondensation benutzt werden. Eine solche Erzeugung erlaubt den Erhalt gleichförmiger ultrafeiner Partikel, da in einem solchen Fall gleichförmige Keime erzeugt werden. In diesem Fall sollten die Düsen 1 vorzugsweise länger sein, um ausreichende Kondensation zu bewerkstelligen. Andererseits erhöht eine solche Kondensation die thermische Energie und erniedrigt die kinetische Energie. Folglich sollten zum Aufrechterhalten eines Hochgeschwindigkeitsausstoßes die einzelnen Düsen 1 vorzugsweise kürzer gemacht werden.

Durch Hindurchschicken der ultrafeine Partikel enthaltenden Trägergasströmung durch die Lavaldüsen 1 ergibt sich bei geeigneter Wahl des Druckverhältnisses P/P_o zwischen der stromabwärtigen und der stromaufwärtigen Kammer 4, 3 und des Querschnittsverhältnisses A/A* von Auslaß 1b und Düsenhals 2 eine Strömung in Form von Strahlen, die mit hoher Geschwindigkeit von der ersten stromabwärtigen Kammer 4a zur zweiten stromabwärtigen Kammer 4b laufen.

Die Prallblende 7 ist eine variable Öffnung, die von außen eingestellt werden kann, um die Größe der Öffnung zwischen der ersten und zweiten stromabwärtigen Kammer 4a und 4b schrittweise einzustellen und so in der zweiten stromabwärtigen Kammer 4b ein höheres Vakuum als in der ersten stromabwärtigen Kammer 4a aufrecht zu halten. Im einzelnen besteht die Prallblende (siehe Fig. 5A) aus zwei einstellbaren Platten 11, 11′, die V-förmige Nuten 10, 10′ besitzen und mit ihren Nuten einander gegenüberstehend gegenseitig verschiebbar sind. Die Platten 11, 11′ können von außen verstellt werden und die Nuten 10, 10′ wirken zur Bildung einer Strahldurchlaßöffnung zusammen, während andererseits ein ausreichend hohes Vakuum in der zweiten stromabwärtigen Kammer aufrechterhalten werden kann. Die Form der Nuten 10, 10′ und der Platten 11, 11′ der Prallblende 7 kann auch anders als die in Fig. 5A dargestellte Form sein, beispielsweise halbkreisförmig. Weiterhin kann auch ein Irisblendenmechanismus ähnlich dem einer Kamera benutzt werden, um eine genaue Druckkontrolle zu ermöglichen. Eine solche Prallblende ist in Fig. 5B dargestellt.

Das Torventil 8 umfaßt ein dampfförmiges Ventilglied 13, das mit Hilfe eines Handrades 12 angehoben oder abgesenkt werden kann. Es ist voll geöffnet, wenn die Strahlströme erzeugt werden. Bei geschlossenem Torventil 8 kann die zweite stromabwärtige Kammer 4b als Einheit ersetzt werden, während die stromaufwärtige Kammer 3 und die erste stromabwärtige Kammer 4 auf Vakuum gehalten werden. Falls es sich bei den ultrafeinen Partikeln um leicht oxidierbare Metallpartikel handelt, ist es möglich, die Einheit ohne Gefahr einer schnellen Oxidation bei Verwendung eines Kugelventils oder dergleichen für das Torventil 8 auszutauschen und die zweite stromabwärtige Kammer 4b zusammen mit dem Kugelventil zu ersetzen.

In der zweiten stromabwärtigen Kammer 4b ist ein Substrat 6 zum Auffangen der als Strahl transportierten ultrafeinen Partikel in Schichtform vorgesehen. Das Substrat 6 ist auf einem Substrathalter 16 montiert, der seinerseits am Ende einer Schieberwelle 15 befestigt ist. Die Schieberwelle 15 ist über einen gemeinsamen Flansch an die zweite stromabwärtige Kammer 4b angesetzt und in einem Zylinder 14 verschieblich gelagert. Vor dem Substrat 6 ist ein Verschluß 17 zum gegebenenfalls erforderlichen Abschalten des Strahles angeordnet. Der Substrathalter 16 ist auch dafür ausgelegt, das Substrat auf optimale Temperatur für ein Auffangen der ultrafeinen Partikel zu erwärmen oder abzukühlen.

Auf der oberen und unteren Wand der stromaufwärtigen Kammer 3 und der zweiten stromabwärtigen Kammer 4b sind mit Hilfe gemeinsamer Flansche Glasfenster 18 zur Beobachtung des Inneren befestigt. Obgleich nicht dargestellt, sind ähnliche Glasfenster wie die Fenster 18 mit Hilfe gemeinsamer Flansche auf den Seitenwänden der Kammern 3, 4 und 4b angeordnet. Diese Glasfenster sind abnehmbar und können durch verschiedene Meßinstrumente oder Beschickungskammern ersetzt werden.

Nachstehend wird das bei der Ausführungsform nach Fig. 2 benutzte Vakuumsystem erläutert.

Die stromaufwärtige Kammer 3 ist über ein Druckregulierventil 19 mit einem Hauptventil 20a verbunden. Die erste stromabwärtige Kammer 4a ist direkt mit dem Hauptventil 20a verbunden, das seinerseits mit einer Vakuumpumpe 5a verbunden ist. Die zweite stromabwärtige Kammer 4b ist mit einem Hauptventil 20b verbunden, das seinerseits mit einer Vakuumpumpe 5b verbunden ist. Vorvakuumpumpen 21a, 21b sind mit der stromaufwärtigen Seite der Hauptventile 20a, 20b über Vorvakuumventile 22a, 22b verbunden, ebenso mit der Vakuumpumpe 5a, 5b über Hilfsventile 23a, 23b zur Vorevakuierung der stromaufwärtigen Kammer 3 und der ersten und zweiten stromabwärtigen Kammer 4a und 4b. Lüftungs- und Spülventile 24a bis 24h sind für die Kammern 3, 4a, 4b und die Pumpen 5a, 5b, 21a und 21b vorgesehen.

Zunächst werden die Vorvakuumventile 22a, 22b und das Druckregulierventil 19 geöffnet, um die Vorevakuierung der Kammern 3, 4a und 4b mit Hilfe der Rohvakuumpumpen 21a und 21b zu bewirken. Sodann werden die Vorvakuumventile 22a und 22b geschlossen und die Hilfsventile 23a, 23b sowie die Hauptventile 20a, 20b geöffnet, um die Kammern 3, 4a und 4b mit Hilfe der Vakuumpumpen 5a, 5b ausreichend zu evakuieren. Bei diesem Betrieb wird die Öffnung des Druckregulierventils 19 so gesteuert, daß ein höheres Vakuum in der ersten stromabwärtigen Kammer 4a als in der stromaufwärtigen Kammer 3 erhalten wird. Sodann werden Trägergas und das Ausgangsmaterialgas zugeführt und die Prallblende 7 wird so reguliert, daß ein höheres Vakuum in der zweiten stromabwärtigen Kammer 4b als in der ersten stromabwärtigen Kammer 4a erhalten wird. Diese Regulierung kann auch durch eine entsprechende Öffnungssteuerung des Hauptventils 20b erreicht werden. Sodann erfolgt eine Steuerung derart, daß die Kammern 3, 4a, 4b während der ultrafeinen Partikelerzeugung und Schichtbildung mit Hilfe des Partikelstrahls auf jeweils konstanten Vakuumwerten gehalten werden. Die Steuerung kann entweder manuell oder durch automatische Steuerung des Druckregelventils 19, der Hauptventile 20a, 20b und der Prallblende 7 in Abhängigkeit von den festgestellten Drücken in den Kammern 3, 4a, 4b erfolgen. Wenn die der stromaufwärtigen Kammer 3 zugeführten feinen Partikel nebst Trägergas unmittelbar durch die Düsen 1 zur stromabwärtigen Seite transportiert werden, dann kann auch eine Evakuierung nur der ersten und zweiten stromabwärtigen Kammer 4a und 4b vorgenommen werden.

Die Vakuumsteuerung kann auch erreicht werden durch Verwendung getrennter Vakuumpumpen für die stromaufwärtige Kammer 3 und die erste stromabwärtige Kammer 4a. Die Verwendung einer einzigen Vakuumpumpe 5a für die Steuerung des Vakuums in der stromaufwärtigen Kammer 3 und der ersten stromabwärtigen Kammer 4a im Sinne der gewünschten Strahlströmung erleichtert aber die Konstanthaltung der Druckdifferenz hierzwischen, und zwar auch dann, wenn die Vakuumpumpe 5a ein gewisses Pulsieren zeigen sollte. Es ist daher leichter, einen konstanten Strömungszustand aufrecht zu halten, da dieser gegenüber Änderungen in der Druckdifferenz empfindlich ist.

Das Absaugen durch die Vakuumpumpen 5a, 5b erfolgt vorzugsweise von oben, insbesondere in der ersten und zweiten stromabwärtigen Kammer 4a, 4b, da hierdurch zu einem gewissen Ausmaß das Absinken des Strahls infolge Schwerkraft vermieden werden kann.

Die vorstehend erläuterte Apparatur kann wie folgt modifiziert werden.

Zunächst kann die Lavaldüsenanordnung 1 so konstruiert sein, daß sie in horizontaler und vertikaler Richtung neigbar ist oder daß sie eine Abtastbewegung über einen gewissen Bereich auszuführen vermag, um eine Schichterzeugung über einem großen Gebiet zu ermöglichen. Eine solche Neigung oder eine solche Abtastbewegung ist insbesondere vorteilhaft, wenn sie mit der rechteckigen Düse in Fig. 4C kombiniert wird. Es ist auch möglich, die Düsen 1 aus isolierendem Material wie Quarz herzustellen und Mikrowellenenergie zuzuführen, um aktive ultrafeine Partikel in den Düsen zu erzeugen. Die Düsen können auch aus lichtdurchlässigem Material hergestellt und die darin strömende Strömung mit Licht verschiedener Wellenlänge, beispielsweise mit UV-Licht oder IR-Licht oder mit Laserstrahlung bestrahlt werden. Des weiteren können die einzelnen Lavaldüsen nicht nur parallel zueinander angeordnet, sondern auch gegeneinander geneigt werden, so daß mehrere Strahlen auf eine einzige Stelle des Substrats 6 fokussiert werden können. Die einzelnen Düsen 1 können mit unabhängigen stromaufwärtigen Kammern 3 verbunden werden, um mehrere Strahlen unterschiedlicher feiner Partikel zu erzeugen. Hierdurch können Laminate oder kann ein gemischtes Auffangen verschiedener feiner Partikel realisiert werden, oder es können neue feine Partikel durch Kollision von feinen Partikeln sich kreuzender Strahlen erzeugt werden.

Das Substrat 6 kann vertikal oder horizontal bewegbar oder drehbar angeordnet werden, um den Strahl über ein großes Gebiet zu empfangen. Es ist auch möglich, das Substrat von einer Rolle abzuwickeln und vorzutransportieren, um vom Strahl beaufschlagt zu werden, so daß ein biegsames Substrat einer Behandlung mit den feinen Partikeln unterzogen werden kann. Des weiteren kann die Behandlung mit den feinen Partikeln auch an einem rotierenden trommelförmigen Substrat vorgenommen werden.

Die vorstehend beschriebene Ausführungsform der Vorrichtung besteht aus der stromaufwärtigen Kammer 3, der ersten stromabwärtigen Kammer 4a und der zweiten stromabwärtigen Kammer 4b. Es ist aber auch möglich, die zweite stromabwärtige Kammer 4b wegzulassen oder eine weitere stromabwärtige Kammer oder weitere stromabwärtige Kammern an die zweite stromabwärtige Kammer anzusetzen. Die erste stromabwärtige Kammer 4a kann ein offenes System sein, wenn die stromaufwärtige Kammer 3 unter Druck gesetzt wird. Umgekehrt kann die stromaufwärtige Kammer 3 ein offenes System sein, wenn der Druck der ersten stromabwärtigen Kammer 4a reduziert wird. Es ist auch wie in einem Autoklaven möglich, die stromaufwärtige Kammer 3 unter Druck zu setzen und die erste und folgende stromabwärtige Kammern bei verringerten Drücken zu halten. Es ist ferner möglich, eine Verschlußeinrichtung zum Öffnen oder Schließen des Strömungsweges der einzelnen konvergierenden-divergierenden Düsen vorzusehen und so die feinen Partikel in der stromaufwärtigen Kammer 3 zeitweilig zu speichern und durch intermittierendes Öffnen und Schließen der Verschlußeinrichtung pulsierende Strahlen von den Düsen zu erhalten.

Die Verschlußeinrichtung kann vor, hinter oder in den Düsen angeordnet sein, sie ist aber vorzugsweise vor den Düsen angeordnet, um deren Eigenschaften voll auszunutzen. Die Verschlußeinrichtung kann beispielsweise aus Kugelventilen oder Schmetterlingsventilen aufgebaut sein. Bevorzugt werden jedoch Magnetventile wegen ihres raschen Ansprechens.

Die Verschlußeinrichtung kann auch synchron mit der Energiezufuhr durch einen Laserstrahl oder durch Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen der Strömung im Düsenhals 2 der Düse 1 oder stromabwärts davon erfolgen, um dadurch die Belastung des Vakuumsystems signifikant zu verringern, einen unnötigen Ausstoß zu vermeiden, eine effektive Ausnutzung der Ausgangsmaterialien zu erreichen und pulsierende Partikelströme zu erhalten. Für ein Vakuumsystem erleichtert ein intermittierendes Öffnen und Schließen auch den Erhalt eines höheren Vakuums auf der stromabwärtigen Seite.

Entsprechend der vorstehenden Erläuterung erfolgt die Erzeugung aktiver ultrafeiner Partikel in der stromaufwärtigen Kammer 3. Es ist aber auch möglich, sie sonstwo zu erzeugen und zusammen mit dem Trägergas in die Kammer einzuführen.

Beispielsweise kann ein Reservoir zum zeitweiligen Speichern der ultrafeinen Partikel oberhalb der stromaufwärtigen Kammer 3 vorgesehen werden. Die Partikel werden über Düsen, die am Ende des Reservoirs vorgesehen sind, in die Nähe des Einlasses der konvergierenden-divergierenden Düsen 1 zugeführt. Die Innenwände der stromaufwärtigen Kammer 3 können einer geeigneten Behandlung unterzogen worden sein, um den Niederschlag der feinen Partikel zu verhindern. Da die erste stromabwärtige Kammer 4a stärker als die stromaufwärtige Kammer 3 evakuiert ist, strömen die vom Reservoir gelieferten ultrafeinen Partikel über Lavaldüsen 1 unmittelbar zusammen mit dem Trägergas zur ersten stromabwärtigen Kammer 4a.

Es ist weiterhin möglich, mehrere Düsen 1 hintereinander zu schalten und das Druckverhältnis zwischen der stromaufwärtigen und stromabwärtigen Seite einer jeden Düse so zu regulieren, daß eine konstante Strahlgeschwindigkeit aufrechterhalten wird. Ebenso ist es möglich, eine sphärische Kammer zu verwenden, um die Bildung von Toträumen zu verhindern.

Es kann auch das Innere der stromaufwärtigen Kammer 3 auf Atmosphärendruck oder darüber gehalten werden. Wenn die stromaufwärtige Seite auf Atmosphärendruck gehalten wird, dann kann die stromabwärtige Seite bei niedrigerem Druck gehalten werden; und wenn die stromaufwärtige Kammer bei einem höheren Druck als der atmosphärische Druck gehalten wird, dann kann die stromabwärtige Seite auf atmosphärischem Druck oder auf einem darüber- oder darunterliegenden Druck innerhalb eines Bereichs gehalten werden, der den Druck der stromaufwärtigen Kammer nicht überschreitet.

Es ist daher möglich, ein festes Reaktionsprodukt zu erhalten, das in einer unter Druck stehenden flüssigen Phase auf der stromaufwärtigen Seite ohne Verbindung zur Atmosphäre erzeugt wird. Ein solches Reaktionsprodukt kann auch in größerer Menge unter höherem Druck auf der stromabwärtigen Seite kondensiert und deshalb in hoher Konzentration erzeugt werden.

Entsprechend der Erfindung können feine Partikel gleichförmig dispergiert in mehreren Überschallstrahlen transportiert werden. Dadurch wird ein Hochgeschwindigkeitstransport einer große Menge feiner Partikel zur selben Zeit in räumlich unabhängigem Zustand erreicht. Es wird daher leichter, einen Verlust feiner Partikel als Folge eines Austrags auf der stromabwärtigen Seite zu verhindern. Es ist auch möglich, aktive feine Partikel in großer Menge sicher zur Auffangstelle im aktiven Zustand zu transportieren und die Größe des Auffanggebietes als Summe mehrerer Strahlauffanggebiete durch eine entsprechende Steuerung der einzelnen Strahlen genau zu steuern. Es kann ferner ein Reaktionsfeld erzielt werden, das durch die Gegenwart konzentrierter, paralleler Ultrahochgeschwindigkeitsstrahlen und durch Umwandlung von thermischer Energie in kinetische Energie bei der Strahlbildung realisiert ist, um die feinen Partikel in gefrorenem Zustand zu halten. Des weiteren kann unter Ausnutzung des unterkühlten oder gefrorenen Zustandes die vorliegende Strömungssteuerungsvorrichtung einen mikroskopischen Zustand der Moleküle im Medium definieren, um einen Übergang von einem Zustand in einen anderen zu handhaben. Im einzelnen wird die Möglichkeit einer neuen gasförmigen chemischen Reaktion eröffnet, bei der die Moleküle entsprechend ihrem Energieniveau definiert sind und Energie entsprechend dem Energieniveau geliefert erhalten. Es wird dadurch ein Feld eines Energieübergangs geschaffen, das zum leichten Erhalt intermolekularer Verbindungen benutzt werden kann, wie diese mit relativ schwachen intermolekularen Kräften wie Wasserstoffbrücken oder van der Waalschen Kräften gebildet werden. Des weiteren ist die intermittierende Bestrahlung mit einem Lichtstrahl auch in Verbindung mit einem Prozeß zur Erzeugung feiner Partikel aus einem Ausgangsmaterialgas mit Hilfe einer Anregung durch einen gepulsten Laser wirksam. Eine solche intermittierende Bestrahlung ist auch wirksam im Falle einer Lichtquelle, bei der die Intensität im kurzwelligen Bereich bei Impulsbetrieb deutlich höher ist, wie dieses beispielsweise bei einer Quecksilberlampe der Fall ist.

Der Strahlausstoß kann unterbrochen werden, wenn er nicht benötigt wird, beispielsweise während der Bewegung des Substrats, wodurch eine wirksame Ausnutzung der Ausgangsmaterialien oder die Bildung gewisser Muster ermöglicht werden.

Des weiteren sind die vorstehend beschriebenen Gasanregungseinrichtungen in der Lage, feine Partikel wirksam bilden zu können, da bei ihnen die Gase in einer Leitung gleichförmig gemischt werden und eine elektrische Entladung ohne größere Diffusion von Gasen zugeführt werden kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Aufbringen feiner Partikel auf ein Substrat, wobei die Partikel von einem auf das Substrat gerichteten Gasstrom mitgeführt werden, gekennzeichnet durch

• - eine Anordnung von Lavaldüsen (1) im Weg des Gasstroms zwischen einer ersten und einer zweiten Kammer (3, 4), um diesen durch Expansion in eine Vielzahl freier und stabiler Strahlströme umzuwandeln, und
• - eine Einrichtung zum Einstellen der Drücke P₀ in der ersten Kammer (3) und P in der zweiten Kammer (4), sowie des Druckes P₁ an den Düsenauslässen derart, daß die Differenz zwischen P₁ und P zur Bildung eines stabilen Strahls Null ist und das Verhältnis P/P₀ Schallgeschwindigkeit im Düsenhals, d. i. an der engsten Stelle der jeweiligen Düse, ergibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vor, hinter oder in den Lavaldüsen (1), in Gestalt von Ventilen angeordnete Verschlußeinrichtung zu intermittierender Unterbrechung der Strahlströme.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einstellung der Drücke an die beiden Kammern (3; 4a, 4b) angeschlossene Pumpen (5a, 5b) zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz, derart, daß in der ersten Kammer (3) ein größerer Druck herrscht als in der zweiten Kammer (4a, 4b), umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpen (5a, 5b) an die Kammeroberseiten angeschlossen sind, um ein Absinken der Strahlströme infolge der Schwerkraft von der Horizontalen zu vermindern.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine vor den Lavaldüsen (1) angeordnete Gasanregungseinrichtung (9) zum Erzeugen ultrafeiner Partikel mit Hilfe einer Plasmaentladung in dem Gasstrom.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasanregungseinrichtung (9) eine den Gasstrom umgebende rohrförmige Elektrode (9b) und eine darin angeordnete stabförmige Elektrode (9a) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine strahlstromformende Prallblende (7) mit einstellbarem Querschnitt, die stromabwärts der Lavaldüsen (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Lavaldüsen (1) schwenkbar ausgebildet ist, um die Strahlströme über ein größeres Substrat (6) hinweg schwenken zu können.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lavaldüsen (1) zueinander geneigt sind, um die Strahlströme auf eine bestimmte Stelle des Substrats (6) zu fokussieren.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lavaldüse (1) mehrere aufeinanderfolgend angeordnete Düsenhälse (2, 2′) umfaßt.