DE3641437A1 - Feinteilchen-blasvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Feinteilchen-Blasvorrichtung, speziell eine Strömungs-Steuereinrichtung zum Blasen von Feinteilchen, wie es beispielsweise bei der Film- und Schichterzeugung, der Herstellung eines zusammengesetzten Materials, bei Dotierungsarbeiten mit Feinteilchen oder bei der Erzeugung neuer Feinteilchen eingesetzt werden wird.

Im vorliegenden Zusammenhang sind mit dem Begriff "Feinteilchen" (oder Feinpartikel) Atome, Moleküle, ultrafeine Teilchen und allgemein feine Teilchen bezeichnet. Ultrafeine Teilchen sind solche Teilchen (in der Größe von im allgemeinen 0,5 µm oder weniger), die durch ein In-Gas-Verdampfungsverfahren, ein Plasma-Verdampfungsverfahren, eine chemische Reaktion in der Dampfphase und dergleichen unter Ausnutzung einer Gasphasen-Reaktion, außerdem durch das Kolloid- Ausfällungsverfahren, die Lösungs-Sprühpyrolyse und dergleichen unter Ausnutzung der Flüssigphasen-Reaktion erhalten werden. Allgemein feine Teilchen sind solche Feinteilchen, die man durch herkömmliche Verfahren wie mechanisches Brechen, Sedimentationsbehandlung und dergleichen erhält. Der Begriff "Strahl" bedeutet hier einen strahlförmigen Strom, der gerichtet mit höherer Dichte als im Umgebungsbereich in eine gewisse Richtung strömt, ungeachtet der Querschnittsform.

Aus beispielsweise der japanischen Patentveröffentlichung 1 14 387/1981 ist eine Vorrichtung bekannt, in der eine Plasma- Reaktionskammer in mehrere Kammern unterteilt ist, um in den jeweiligen Kammern eine Schichterzeugung für Einzelschichten im Zuge der Herstellung von amorphen Siliciumschichten mit Heteroübergang zu erreichen.

In der bekannten Vorrichtung befindet sich auf einem Förderer ein Substrat, und die Schichterzeugung erfolgt, während das Substrat durch unterschiedliche Arten von Plasmaatmosphären bewegt wird. Bei dieser Vorrichtung kann vermieden werden, daß Verunreinigungen in die einzelnen Schichten gelangen, nachteilig ist jedoch, daß für die Schichterzeugung insgesamt realtiv viel Zeit benötigt wird, so daß es nicht möglich ist, mit wirtschaftlich vernünftigem Aufwand einen laminierten Film aus unterschiedlichen Stoffen zu bilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die wirtschaftliche Herstellung einer laminierten Schicht aus unterschiedlichen Stoffen möglich ist. Speziell auf einem großflächigen Substrat soll bei relativ geringem Aufwand eine solche Schicht erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst.

Bei einer ersten Ausführungsform enthält eine Feinteilchen- Blasvorrichtung mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat.

Bei einer zweiten Ausführungsform enthält die Blasvorrichtung mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gas-Anregungseinrichtung. Jede Kammer strahlt durch die Gas- Anregungseinrichtung aktivierte Teilchen gegen ein bewegliches Substrat.

Bei einer dritten Ausführungsform enthält die Blasvorrichtung nach der Erfindung mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat, sowie eine Energieaufbringeinrichtung, mit deren Hilfe Energie auf das Substrat aufgebracht werden kann.

Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gas- Anregungseinrichtung vorgesehen, wobei jede Kammer durch die Anregungseinrichtung aktivierte Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat strahlt, während eine Energieaufbringeinrichtung vorgesehen ist, um auf das Substrat Energie aufzubringen.

Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat vorgesehen, wobei die stromaufwärts angeordneten Kammern bezüglich des Substrats in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschiebbar sind.

Bei einer sechsten Ausführungsform sind mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gas-Anregungseinrichtung vorgesehen, wobei jede Kammer von der Gas-Anregungseinrichtung aktivierte Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat strahlt, und weiterhin derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sie in bezug auf das Substrat in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschiebbar ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in Verbindung mit einer Schichtbildungs- Vorrichtung eingesetzt wird,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht von Teilen der stromaufwärts gelegenen Kammer und der Druckeinstellkammer,

Fig. 3(a)-(c) jeweils ein Beispiel für eine konvergierende/ divergierende Düse,

Fig. 4 bis 6 ein weiteres Beispiel für eine stromaufwärts angeordnete Kammer, und

Fig. 7 und 8 schematische Skizzen weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Die im Rahmen der Erfindung eingesetzte Düse kann ein Rohr mit im großen und ganzen parallelen Wänden, eine konvergierende Düse, eine konvergierende/divergierende Düse und dergleichen sein. Unter diesen Düsen-Typen wird die konvergierende/ divergierende Düse besonders bevorzugt, da sie in der Lage ist, einen Überschall-Strahl von Feinteilchen zu erzeugen. Im folgenden soll diese konvergierende/divergierende Düse abgekürzt als KD-Düse bezeichnet werden.

Die KD-Düse 1 vermag den Strom von ausgestoßenen Gasen zu beschleunigen, indem das Druckverhältnis P/P ₀ zwischen dem Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite und dem Druck P ₀ auf das stromaufwärts gelegenen Seite sowie das Verhältnis A/A ^* der Querschnittsfläche A an der Auslaßöffnung 1 c bezüglich der Querschnittsfläche A ^* am Halsabschnitt 1 b gesteuert wird. Wenn das Druckverhältnis P/P ₀ auf der stromaufwärts gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite größer ist als das kritische Druckverhältnis, erhält man einen Strom mit einer Ausströmgeschwindigkeit an der KD-Düse 1, die einer Unterschallgeschwindigkeit entspricht oder noch niedriger liegt, so daß das Gas mit verminderter Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Ist andererseits das genannte Druckverhältnis niedriger als das kritische Druckverhältnis, erhält man als Ausströmgeschwindigkeit eine Überschallgeschwindigkeit bei der KD-Düse, so daß die Feinteilchen mit Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen werden können.

Das oben erwähnte kritische Druckverhältnis ist im vorliegenden Zusammenhang wie folgt definiert:

Wenn die Strömungsgeschwindigkeit mit der Schallgeschwindigkeit übereinstimmt, stimmt das Druckverhältnis des Drucks P _n an dem Halsabschnitt (an der Einschnürung) der Düse in bezug auf den Druck P ₀ in der stromaufwärts gelegenen Kammer ideal überein mit dem durch folgende Gleichung gegebenen Wert:

Dieser Wert R wird als kritisches Druckverhältnis bezeichnet. γ ist ein spezifisches Wärmeverhältnis.

Die Geschwindigkeit des Feinteilchen-Stroms betrage u, die Schallgeschwindigkeit an diesem Punkt a und das spezifische Wärmeverhältnis des Gasstromes γ. Unter der Annahme, daß sich der Gasstrom als kompressibler eindimensionaler Strom adiabatisch expandiert, ergibt sich die erreichte Machsche Zahl M des Gasstroms durch nachstehende Gleichung (1) aus dem Druck P ₀ auf der stromaufwärts gelegenen Seite und dem Druck P auf der stromabwärtigen Seite. Der Wert M wird 1 oder mehr, insbesondere dann, wenn P/P ₀ geringer ist als das kritische Druckverhältnis.

Die Schallgeschwindigkeit a ist als Funktion der lokalen Temperatur T und der Gaskonstanten R wie folgt gegeben:

a = √γ R T

Zwischen der Querschnittsfläche A an der Ausströmöffnung 1 c und der Querschnittsfläche A ^* im Halsabschnitt 1 b sowie der Machschen Zahl M gibt es folgende Beziehung:

Durch Festlegen des Querschnittsflächen-Verhältnisses A/A ^* entsprechend der Machschen Zahl M, die aus der obigen Gleichung (1) bestimmt wird durch das Druckverhältnis P/P ₀ des Drucks P auf der stromabwärts gelegenen Seite zu dem Druck P ₀ auf der stromaufwärts gelegenen Seite, oder durch Steuern des Verhältnisses P/P ₀ entsprechend dem aus Gleichung (2) durch A/A ^* bestimmten Wert M läßt sich der aus der KD-Düse ausgestoßene Strahl als stabil ausgestoßener Strahl erhalten. Die Geschwindigkeit u des Gasstroms ist jetzt durch folgende Gleichung (3) gegeben:

Wenn die Feinteilchen in einer gewissen Richtung als optimal expandierter Überschall-Strahl ausgestoßen werden, wie es oben erläutert wurde, bewegt sich der Feinteilchen-Strahl geradeaus, während er im wesentlichen den Strahlquerschnitt beibehält, den er hatte, als er unter Bildung eines Strahls gerade ausgestoßen wurde. Folglich wird aus der Strömung oder dem Strom der Feinteilchen ein Strahl, so daß der Strahl unter den Raum auf der stromabwärts gelegenen Seite bei minimaler Diffusion in einem räumlich unabhängigen Zustand transportiert wird, ohne daß es zu Störungen mit der Wandoberfläche auf der stromabwärts gelegenen Seite kommt, wobei der Strahl Überschallgeschwindigkeit hat.

Da also die Feinteilchen in Form eines Strahls transportiert werden und die Diffusion während des Transports minimal gehalten wird, kommt es auch dann, wenn unterschiedliche Feinteilchen gleichzeitig aus mehreren KD-Düsen 1 ausgestoßen werden nicht zu einem vermischen der Teilchen untereinander.

Andererseits ist erfindungsgemäß das Substrat 3 beweglich, und weiterhin sind die KD-Düsen 1 entlang der Bewegungsrichtung des Substrats 1 positioniert. Somit kann man Schichten aus unterschiedlichen Arten von Feinteilchen übereinander erzeugen, indem man lediglich das Substrat 3 bewegt und gleichzeitig die unterschiedlichen Feinteilchen aus den jeweiligen KD-Düsen 1 ausstößt.

Als Gas-Anregungseinrichtung kann in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung eine Mikrowellen-Anordnung, eine Laser- Vorrichtung, eine Ionen-Kanone, eine Elektronen-Kanone oder dergleichen verwendet werden.

Als Mikrowellen-System, zusätzlich zu den Mikrowellen-Entladungssystemen wie Hornantenne oder Schlitzantenne auch Systeme mit Hohlraum-Resonator, das elektrodenlose Entladungssystem, wie beispielsweise das Elektronen-Cyclotron-Resonanzsystem (ECR-System) und dergleichen in Betracht, außerdem auch noch das Thermo-Elektronen-Entladungssystem, das Bipolar-Entladungssystem, das Magnetfeld-Konvergenzsystem (Magnetron-Entladungssystem), usw.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Erfindung in Verbindung mit einer Film- oder Schichterzeugungseinrichtung eingesetzt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet jeweils eine KD-Düse, das Bezugszeichen 2 eine stromaufwärts angeordnete Kammer (im folgenden auch "obere" Kammer genannt), das Bezugszeichen 3 ein Substrat, das Bezugszeichen 4 Druckeinstellkammern und das Bezugszeichen 5 eine stromabwärts gelegene Kammer (im folgenden auch "untere Kammer" bezeichnet).

Die untere Kammer 5 hat zylindrische Form, und die drei oberen Kammern 2 mit KD-Düsen 1 sind über jeweilige Druckeinstellkammern 4 am Umfang der unteren Kammer verteilt angeordnet. Die KD-Düsen 1 sind auf das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 gerichtet, und sie verbinden die oberen Kammern 2 mit der jeweils zugehörigen Druckeinstellkammer 4.

Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form eines Bandes. Das von einer von mehreren rotierenden Walzen 6 a, 6 b, abgezogene Band wird auf die andere Walze aufgewickelt, nachdem es über eine Stützwalze 3 gelaufen ist. Die erwähnten KD-Düsen 1 sind in einer Reihe entlang der Bewegungsrichtung des sich zwischen den Walzen 6 a und 6 b bewegenden Substrats 3 ausgerichtet, wobei jede KD-Düse auf das über die Stützwalze 7 laufende Substrat 3 gerichtet ist. Die Stützwalze 7 stützt das Substrat 3 auf dessen Rückseite gegen die Blaskraft der Feinteilchen ab, welche durch die KD-Düsen 1 erzeugt wird.

Die oberen Kammern 2 und die Druckeinstellkammern 4 werden in ihrem Inneren durch Pumpen 8 a über Druckeinstellventile 9 a und 9 b evakuiert, so daß die Drücke auf der oberen Seite und der unteren Seite der KD-Düsen 1 genau eingestellt werden können. Die Druckeinstellkammern 4 dienen zum leichteren Steuern der Drücke, vorzugsweise besitzen sie möglichst kleine Verbindungsöffnungen, so daß der aus der jeweiligen KD-Düse 1 kommende Strahl gerade die Kammer durchlaufen kann. Die Anordnung kann noch dadurch vereinfacht werden, daß man die Druckeinstellkammern 4 fortläßt und die KD-Düsen 1 direkt mit der unteren Kammer 5 verbindet.

Die untere Kammer 5 ist so ausgebildet, daß sie mit Hilfe einer Pumpe 8 b evakuiert wird, damit überflüssige Gase oder Reaktionsprodukte in der unteren Kammer 5 direkt aus dem System entfernt werden können.

An die oberen Kammern 2 sind über Hohlleiter 10Mikrowellengeneratoren 11 angeschlossen. Über Zuführventile 12 a und 12 b können ein nicht zur Schichtbildung verwendetes Gas und ein Schichtbildungsgas eingespeist werden. Durch Zufuhr des nicht zur Schichtbildung verwendeten Gases (Trägergas) in Verbindung mit der Mikrowellenenergiezufuhr wird ein Plasma erzeugt, und das zur Schichtbildung dienende Gas wird aktiviert durch die Berührung zwischen dem zur Schichtbildung dienenden Gas mit dem Plasma, woran sich das Ausstoßen des aktivierten Gases aus den KD-Düsen anschließt. Als nicht zur Schichtbildung dienendes Gas oder Trägergas wird hier ein Gas bezeichnet, welches selbst nicht die Fähigkeit hat, eine Schicht zu bilden, z. B. N₂, H₂, Ar, Ne usw. Andererseits bedeutet hier ein Schichtbildungs-Gas ein Gas mit der Fähigkeit, durch Aktivierung eine Schicht zu erzeugen, z. B. Methangas, Silangas, Disilangas, usw.

Das aktivierte Schichtbildungsgas wird von der KD-Düse 1 ausgestrahlt, um gegen das Substrat 3 geblasen zu werden. Wenn sich jetzt das Substrat 3 bewegt, werden die unterschiedlichen Stoffe von den drei KD-Düsen 1 ausgestrahlt, so daß sich drei Schichten auf dem Substrat bilden. Außerdem läßt sich durch eine Hin- und Herbewegung des Substrats 3 die Erzeugung von sechs, neun . . . Schichten erreichen. Das Aufbringen der Schichten kann auch so erfolgen, daß eine Schicht aus einem Schicht- oder Filmerzeugungsstoff abwechselt mit einer Bindematerial-Schicht. Man kann auch eine Hetero-Laminierung erreichen, bei der abwechselnd eine Donator-Schicht und eine Akzeptor-Schicht aufgebracht werden.

Im folgenden sollen anhand von Fig. 2 die obere Kammer 2 und die Druckeinstellkammer 4 erläutert werden.

In der oberen Kammer 2 befindet sich ein Hohlraumresonator 14 mit einer Öffnung 13 an der der KD-Düse 1 gegenüberliegenden Stelle. An der Rückseite des Hohlraumresonators 14 befindet sich ein Mikrowellen-Eintrittsfenster 15, welches aus einem Material besteht, welches Mikrowellen durchläßt, z. B. als Quarzplatte oder dergleichen ausgebildet ist. Die über den Hohlleiter 10 übertragenen Mikrowellen gelangen durch das Fenster in den Hohlraumresonator. Außerdem wird von der Rückseite des Hohlraumresonators 14 her das nicht zur Schichtbildung dienende Gas über ein Regelventil 12 a eingespeist. Wenn die Mikrowellenenergie eingespeist wird, während das nicht zur Schichtbildung dienende Gas zugeführt wird, wird in dem Hohlraumresonator 14 ein Plasma erzeugt. Das Plasma wird von einem Magneten 16 durch die Öffnung 13 in Richtung auf die KD-Düse 1 gezogen. Der Hohlraumresonator 14 erfüllt vorzugsweise die Elektronen-Cyclotron-Resonanzbedingung, so daß das Plasma mit hohem Wirkungsgrad erzeugt wird. Der Magnet 16 kann auch fortgelassen werden.

Unmittelbar vor der KD-Düse 1 befindet sich ein ringförmiges Speiserohrstück 17, welches an ein Regelventil 12 b angeschlossen ist und dazu dient, ein zur Schichtbildung dienendes Gas über kleine Löcher in dem Rohrstück auszugeben, damit dieses Gas mit dem Plasma in Berührung gelangt. Die obere Kammer 2 und die Druckeinstellkammer 4 werden über Druckregelventile 9 a und 9 b derart evakuiert, daß der Druck in der oberen Kammer 2 größer ist und das durch den Kontakt mit dem Plasma aktivierte, zur Schichtbildung dienende Gas direkt aus der KD-Düse 1 ausgestoßen wird.

Die KD-Düse 1 öffnet sich mit ihrer Einlaßöffnung 1 a zur oberen Kammer 2 hin und mit ihrer Auslaßöffnung 1 b zur Druckeinstellkammer 4 hin.

Bei der KD-Düse 1 kann es sich um eine Düse handeln, die einen sich nach und nach verengenden Öffnungsquerschnitt zwischen der Einlaßöffnung 1 a und einem Halsabschnitt 1 b besitzt, wobei sich der Öffnungsquerschnitt daran anschließend nach und nach bis zur Auslaßöffnung 1 c hin vergrößert, wie es oben beschrieben wurde. Vorzugsweise verlaufen die inneren Umfangswände der Düse im Bereich der Auslaßöffnung 1 c jedoch im wesentlichen parallel zu der Mittelachse, wie es in Fig. 3(a) vergrößert dargestellt ist. Dies deshalb, weil die Gasstromrichtung dadurch sehr leicht weitestgehend parallel gemacht werden kann. Die Gasstromrichtung wird nämlich bis zu einem gewissen Maß durch die Richtung der inneren Umfangswand in der Nähe der Auslaßöffnung 1 c beeinflußt. Wie jedoch Fig. 3(b) zeigt, kann man die innere Umfangsfläche der Düse zwischen dem Halsabschnitt 1 b und der Auslaßöffnung 1 c auch mit einem Winkel bezüglich der Mittelachse von 7° oder weniger, vorzugsweise 5° oder weniger, ausbilden. Dabei besteht kaum die Gefahr, daß es zu dem bekannten Ablösephänomen kommt. Vielmehr bleibt der ausgestoßene Gasstrom im wesentlichen gleichförmig, so daß bei einer solchen Ausgestaltung der Düse der oben erwähnte parallele Abschnitt nicht unbedingt erforderlich ist. Durch Fortlassung des parallelen Abschnitts vereinfacht sich die Herstellung der KD-Düse 1. Ferner kann man eine im Querschnitt rechteckige KD-Düse verwenden, wie sie in Fig. 3(c) gezeigt ist, so daß das Gas in Form eines Bandes ausgestrahlt wird. Wie Fig. 3(c) weiterhin zeigt, kann man auch eine Düse mit einem umgekehrten Verhältnis von Länge zu Breite verwenden, wodurch ein breiter Bereich von Schichtbildungen möglich ist.

Das oben erwähnte Ablöse-Phänomen tritt insbesondere in Erscheinung, wenn sich an der Innenfläche der KD-Düse 1 ein Vorsprung oder dergleichen befindet, so daß die Grenzschicht zwischen der Innenseite der KD-Düse 1 und dem durchströmenden Fluid größer wird und dadurch die Strömung ungleichmäßig macht. Dies geschieht besonders häufig bei Strahlen hoher Geschwindigkeit. Der genannte Winkel α sollte zur Vermeidung des Ablöse-Phänomens umso kleiner sein, desto schlechter die Oberflächenbearbeitung der KD-Düsen-Innenseite ist. Die Innenseite der KD-Düse sollte vorzugsweise eine Oberflächenbehandlung aufweisen, die drei oder mehr umgekehrten Dreiecken, insbesondere vier oder mehr umgekehrten Dreiecken der Oberflächenbehandlungs- Kennzeichnung nach dem JIS B 0 601 entspricht. Da das Ablöse-Phänomen an dem divergierenden Abschnitt der KD-Düse 1 sehr stark den anschließenden Strom des nicht zur Schichtbildung dienenden Gases und der ultrafeinen Partikel beeinflußt, wird die Präzision bei der Oberflächenbehandlung der Düse hauptsächlich den divergierenden Abschnitt betreffen, so daß die Gesamt-Herstellungskosten der Düse relativ niedrig sind. Um das Ablöse-Phänomen zu vermeiden, ist es notwendig, daß der Halsabschnitt 1 b eine glatte gekrümmte Oberfläche besitzt, damit der Differentialkoeffizient der Querschnittsflächen-Änderung nicht unendlich werden kann.

Als Material für die KD-Düse 1 kommen Metalle in Betracht, z. B. Eisen, rostfreier Stahl sowie andere Metalle, aber auch Kunstharze, z. B. Polytetrafluorethylen, Acrylharze, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen und dergleichen. Es kommen auch Keramiken, Quarz, Glas usw. in Betracht. Die Auswahl des Materials erfolgt im Hinblick darauf, daß das Material gegenüber den ultrafeinen Partikeln inert sein soll. Außerdem sind die Bearbeitbarkeit des Stoffes und der Gasaustritt in einem System mit verringertem Druck zu berücksichtigen. Die Innenfläche der KD-Düse 1 kann plattiert oder mit einem Material beschichtet sein, an dem die ultrafeinen Teilchen schwerlich haften bleiben oder gar reagieren. Ein typisches Beispiel dafür ist eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen.

Die Länge der KD-Düse 1 wird in Abhängigkeit der Größe der Apparatur gewählt. Wenn die KD-Düse 1 durchströmt wird, wird die in dem Strom enthaltene Wärmeenergie in kinetische Energie umgesetzt. Insbesondere beim Ausstrahlen mit Überschallgeschwindigkeit nimmt die Wärmeenergie spürbar ab, um einem Unterkühlungszustand Platz zu machen. Sind in dem Strom kondensierende Komponenten enthalten, so können diese durch den Abkühlungszustand gezielt kondensiert werden, um auch dadurch Feinteilchen zu bilden.

Dadurch, daß man den Strom durch die KD-Düse 1 schickt, während das Druckverhältnis P/P ₀ des Drucks P in der Druckeinstellkammer 4 auf der unteren Seite zu dem Druck P ₀ in der oberen Kammer 2 auf der stromaufwärts gelegenen Seite, sowie das Verhältnis A/A ^* der Querschnittsfläche A der Auslaßöffnung 1 c zu der Querschnittsfläche A ^* des Halsabschnitts 1 b in geeigneter Weise steuert, wird der Strom zu einem Strahl, der mit Überschallgeschwindigkeit aus der Druckeinstellkammer 4 austritt und in die untere Kammer 5 gelangt. Die zur Schichtbildung dienenden Komponenten werden in Form eines zu einem Strahl geformten Stroms gegen das Substrat 3 geblasen, um dort eine Schicht oder einen Film zu bilden.

Im obigen Beispiel wurde das Plasma durch einen Hohlraumresonator erzeugt. Statt dessen kann man auch, wie Fig. 4 zeigt, eine Schlitzantenne 18 über ein Mikrowellen-Einlaßfenster 15 an den Hohlleiter 10 anschließen. Man kann auch, wie Fig. 5 zeigt, eine Hornantenne 19 anschließen. Auch in diesen Fällen kann in der Nähe des Auslassens ein Magnet angeordnet sein, der das erzeugte Plasma effizient anzieht. Durch Eingeben von Mikrowellenenergie über eine Schlitzantenne 18 oder eine Hornantenne 19 läßt sich das Plasma leicht aus einem Bereich in der Nähe der KD-Düse 1 abziehen, da die Länge dieser Antennen frei gewählt werden kann.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem die obere Kammer 2 selbst als Hohlraumresonator 21 ausgebildet ist und direkt mit einer KD-Düse 1 ausgestattet ist. Diese Ausführungsform ist besonders wirksam bei Reaktionsprodukten mit kurzer Lebensdauer sowie Substanzen, die für eine Laminierung notwendig sind. In diesem Fall können das zur Schichtbildung dienende Gas und das Trägergas auch vorab gemischt und über ein Regelventil 12 a eingespeist werden.

Bei diesem Beispiel wird das durch die Mikrowellenenergie erzeugte Plasma zur Aktivierung des zur Schichtbildung dienenden Gases und zur Reaktion in der oberen Kammer 2 verwendet. Möglich ist es aber auch, Plasma zu verwenden, welches durch andere elektromagnetische Wellen erzeugt wird. In Betracht kommen Licht, Wärme, Mikrowellen, Röntgenstrahlen enthaltende Strahlung oder Elektronenstrahlen.

Auch bei diesem Beispiel hat das Substrat 3 die Form eines Bandes, welches zwischen zwei sich drehenden Walzen auf- und abgewickelt wird. Das Substrat kann aber auch in Form einer Trommel vorliegen oder als flache Platte ausgebildet sein, während die KD-Düsen 1 in der oberen Kammer 2 in Bewegungsrichtung ausgerichtet sind. Ferner können die oberen Kammern 2 auch zwei, vier oder mehr Kammern umfassen.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form eines Bandes, welches von einer Walze 6 a abgezogen und von einer sich drehenden Walze 6 b aufgewickelt wird. Dazwischen läuft das Band über eine Stützwalze 7 a, eine weitere Stützwalze 7 b und eine Stütz-Heiz-Walze 7 c, durch ein Paar Druckwalzen 20 a und ein Paar davor angeordnete Druckwalzen 20 b.

Die oben erläuterten KD-Düsen 1 sind in Bewegungsrichtung des Substrats 3 ausgerichtet, wobei sich das Substrat 3 zwischen den Walzen 6 a und 6 b bewegt und die Düsen gegen das Substrat 3 gerichtet sind, welches von den Walzen geführt wird. Jede Walze stützt das Substrat auf dessen Rückseite gegen die Blaskraft der Feinteilchen ab, die durch die KD- Düse 1 ausgestoßen werden. Außerdem dienen die Walzen als Mittel zum Aufbringen externer Energie auf das Substrat, z. B. in Form von Druck, Licht und dergleichen.

Zwischen der Walze 6 a und der Stützwalze 7 a befindet sich eine Infrarot-Lampe, die als Energieaufbringvorrichtung 21 a dazu dient, das Substrat mittels Infrarotstrahlen zu erwärmen. Zwischen der Stützwalze 7 a und der Stützwalze 7 b befindet sich eine Quecksilberdampflampe, die als weitere Energieaufbringeinrichtung 21 b dazu dient, kurzwelliges Licht auf das Substrat aufzubringen. Weiterhin erwärmt die Stütz-Heiz- Walze 7 c das Substrat, wenn das Substrat über diese Walze läuft. Diese Walze hat mithin die Funktion einer weiteren Energieaufbringeinrichtung 22 c. Eine Schutzplatte 23 verhindert, daß Licht von der Energieaufbringeinrichtung 21 c auf den Abschnitt des Substrats 3 gelangt, der zwischen der Stützwalze 7 b und der Stütz-Heiz-Walze 7 c liegt.

In der unteren Kammer 5 kann man auch einen Laminierungsprozeß ablaufen lassen, indem ein Laminierungsmaterial zugeführt wird, wobei beispielsweise die Druckwalzen 20 a, 20 b eingesetzt werden.

Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die zylindrisch geformte untere Kammer 5 trägt drei obere Kammern 2 mit KD-Düsen 1 am Umfang. Die jeweiligen KD-Düsen 1 sind in Richtung auf das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 gerichtet und verbinden die jeweilige obere Kammer 2 mit der unteren Kammer 5.

Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form einer zylindrischen Trommel und ist drehbar angeordnet. Die oberen Kammern 3 sind entlang einer imaginären Schraubenkurve um die untere Kammer 5 herum angeordnet, wie in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, wobei die benachbarte obere Kammer 2 so positioniert ist, daß sie in Richtung auf die Drehbewegung des Substrats 3 in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschoben werden kann.

Indem man also eine Reihe von oberen Kammern 2 derart anordnet, daß benachbarte obere Kammern in Längsrichtung und in seitlicher Richtung bezüglich der Bewegungsrichtung des Substrats 3 verschoben werden können, läßt sich insgesamt eine große Fläche mit einem Stahl, welcher selbst nur eine begrenzte Strahlfläche besitzt, bestreichen, indem mehrere begrenzte Bereiche zusammengefügt einen einzigen großen Bereich bilden.

Das Substrat 3 hat hier die Form einer Drehtrommel, um die die oberen Kammern 2 entlang einer imaginären Schraubenkurve angeordnet sind. Man kann auch ein ebenes Substrat 3 vorsehen und die oberen Kammern 2 in gestapelter Zickzack- Form an der Wand der unteren Kammer anordnen. In diesem Fall würde sich das Substrat 3 entlang einer horizontalen Ebene geradlinig bewegen.

Als Substrat kommt im Rahmen der Erfindung ein Substrat mit praktisch beliebiger Form in Betracht, z. B. ein Substrat in Form eines Riemens, einer Platte, eines Zylinders und dergleichen. Die jeweilige Substratform hängt ab von dem speziellen Anwendungsfall. Als Substrat-Material kommen ein Metall, ein Polymer, Papier und dergleichen in Betracht, insbesondere Aluminium, Polyethylenterephthalat, Polyimid, Polyamid, Polycarbonat, Polyacetat, Polymethylmethacrylat und dergleichen.

Die Erfindung macht es also möglich, mit hohem Wirkungsgrad Feinteilchen gleichförmig gegen ein großflächiges Substrat 3 zu blasen.

Außerdem lassen sich niedergeschlagene Schichten guter Qualität in großen Mengen herstellen, da die Schichtbildung mit Hilfe unterschiedlicher Materialien wirtschaftlich durchgeführt werden kann, wobei nur eine einzige Vorrichtung verwendet wird.

Als Metalle kommen hier vorzugsweise Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl, Molybdän und dergleichen in Frage. Als Polymer-Stoffe eignen sich solche Stoffe, die in der Lage sind, einen flexiblen Film oder eine flexible Schicht zu bilden. Insbesondere sind solche Polymer-Stoffe günstig, die einen hitzebeständigen und flexiblen Film bilden können. Bevorzugte Polymere sind Polyethylenterephthalat, Polyimdide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat, Polymethylmethacrylat und dergleichen. Außer den oben erwähnten Schichten kann eine Schicht oder ein Film als lichtdurchlässiger elektrisch leitender Film erzeugt werden. Der elektrisch leitende Film kann durch irgendein bekanntes Dampfniederschlagungsverfahren, durch ein Zerstäubungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren oder dergleichen hergestellt werden.

Die gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung liegt vornehmlich im Bereich der Massenfertigung von elektrofotografischen, fotoempfindlichen Trommeln, von Magnetbändern, von magnetooptischen Aufzeichnungsbändern und dergleichen.

Claims (46)

1. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern (2, 4) zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt werden.

3. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von durch die Gasanregungseinheit aktivierten Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse (1) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung Gebrauch macht.

8. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts gelegene Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat, und eine Energieaufbringeinrichtung zum Aufbringen von Energie auf das Substrat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der die Feinpartikel durch eine Düse (1) ausgestrahlt werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse (1) ist.

11. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von Feinteilchen, die durch die Gasanregungseinrichtung aktiviert sind, gegen ein bewegliches Substrat, und eine Energieaufbringeinrichtung zum Aufbringen von Energie auf das Substrat.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Feinteilchen durch eine Düse ausgestrahlt werden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse (1) ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung Gebrauch macht.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Energieaufbringeinrichtung eine Einrichtung zum Erhitzen, zum Unter-Druck-Setzen oder zur Lichtbestrahlung ist.

16. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat, wobei das Substrat in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschieblich sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Feinteilchen durch eine Düse ausgestrahlt werden.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.

19. Feinteilchen-Blasvorrichtung, gekennzeichnet durch mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von Feinteilchen, die durch die Gasanregungseinrichtung aktiviert wurden, gegen ein bewegliches Substrat, wobei die Kammern derart angeordnet sind, daß sie in bezug auf das Substrat jeweils in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschieblich sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung Gebrauch macht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer enthält.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen Film zu bilden.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer enthält.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

29. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Polymer in der Lage ist, einen hitzebeständigen und flexiblen Film zu bilden.

30. Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Polymer in der Lage ist, einen hitzebeständigen und flexiblen Film zu bilden.

34. Vorrichtung nach Anspruch 31, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

37. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der das Polymer in der Lage ist, hitzebeständigen und flexiblen Film zu bilden.

38. Vorrichtung nach Anspruch 35, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer ist.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen Film zu bilden.

42. Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 43, bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel, Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 43, bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen Film zu bilden.

46. Vorrichtung nach Anspruch 43, bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat, Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat ausgewählt ist.