DE3839903C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3839903C2 DE3839903C2 DE19883839903 DE3839903A DE3839903C2 DE 3839903 C2 DE3839903 C2 DE 3839903C2 DE 19883839903 DE19883839903 DE 19883839903 DE 3839903 A DE3839903 A DE 3839903A DE 3839903 C2 DE3839903 C2 DE 3839903C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- substrate
- oxygen
- gas
- ozone
- electrodes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/221—Ion beam deposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/08—Oxides
- C23C14/087—Oxides of copper or solid solutions thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Aufdampfen von Dünnschichten gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art werden die neu
tralen Atome oder Ionen des reaktionsfähigen Gases so
beschleunigt, daß sie mit hoher kinetischer Energie auf
das Substrat auftreffen (US-PS 44 51 499). Dies kann zu
Beschädigungen des Substrates und/oder einer darauf
bereits aufgebrachten Dünnschicht führen.
Eine Vorrichtung zum Aufdampfen von Dünnschichten ist
auch aus JP-GM-OS 4920/1983 bekannt und in Fig. 15 und 16
der beigefügten Zeichnungen dargestellt. Dabei zeigt
Fig. 15 eine vereinfachte bildliche Darstellung des Aufbaus
einer herkömmlichen Vorrichtung zum Aufdampfen von Dünn
schichten, und Fig. 16 zeigt eine teilweise weggebrochene
Schrägansicht von innen eines Hauptteils einer herkömm
lichen Vorrichtung zum Aufdampfen von Verbunddünnschichten.
Gemäß Fig. 15 wird mittels einer Evakuierungsvorrich
tung 1 der Innenraum eines Vakuumgefäßes 10 auf einem im
voraus bestimmten Vakuum gehalten. Ein Gaszylinder 2
ist mit einem reaktionsfähigen Gas, z. B. Sauerstoff,
gefüllt, das über ein Ausströmventil 3 in das Vakuumge
fäß 10 einleitbar ist. Ein dichtverschlossener Tiegel 4
mit einer Düse 18 enthält in seinem Innenraum aufdampf
bares Material 11, z. B. Zink, das auf ein Substratrohr
aufgedampft werden soll, und ist mittels eines Heiz
drahtes 5 erwärmbar. Ein Ionisationsdraht 6 ist auf
etwa 2000°C erwärmbar und sendet Elektronen 12 aus,
die von einem Gitter 7 beschleunigt werden und auf
Anhäufungen bzw. Cluster 14 der Materialdämpfe auftreffen,
derart, daß diese zum Teil ionisiert werden. Eine
Beschleunigungselektrode 8 beschleunigt ionisierte
Ionencluster 13 und lenkt sie zusammen mit nicht ionisierten
neutralen Cluster 14 gegen das Substrat 9. Ferner
sind Wärmeschutzplatten 15 a und 15 b vorgesehen, ein
Verdampfer 16 zum Ausstrahlen von Dämpfen des auf dem
Substrat 9 niederzuschlagenden aufdampfbaren Materials
11 in den Innenraum des Vakuumgefäßes 10, derart, daß
Cluster des aufdampfbaren Materials 11 erzeugt werden.
Der Verdampfer 16 umfaßt den Tiegel 4 und dessen Heizdraht
5. Eine Ionisationseinrichtung 17 zum Ionisieren
der Cluster umfaßt den Ionisationsdraht 6 und das Gitter
7.
Die Arbeitsweise der herkömmlichen Vorrichtung ist folgende:
Nach dem Evakuieren des Vakuumgefäßes 10 mittels
der Vorrichtung 1 auf ein Vakuum von etwa 1,3 · 10-6 mbar
wird das Ausströmventil 3 zum Einleiten des reaktionsfähigen
Gases (im vorliegenden Fall Sauerstoff) geöffnet.
Wenn vom Tiegelheizdraht 6 emittierte Elektronen den
Tiegel 4 auf eine Temperatur erwärmt haben, bei welcher
der Dampfdruck im Tiegel 4 mehrere mbar erreicht (etwa
500°C, wenn das aufdampfbare Material 11 Zn ist), wird
das Material 11 verdampft und durch die Düse 18 in die
Vakuumatmosphäre hineingestrahlt. Beim Durchtritt durch
die Düse 18 kondensieren die ausgestrahlten Materialdämpfe
und bilden eine als Cluster 14 bezeichnete
Blockmasse. Der clusterähnliche Materialdampf 14 wird
dann durch die vom Ionisationsdraht 6 in die Ionencluster
13 emittierten Elektronen 12 ionisiert und bei
weiterer Beschleunigung durch ein elektrisches Feld
zusammen mit den nichtionisierten neutralen Cluster 14
gegen das Substrat 9 geschleudert. Dabei sind in der
Nähe des Substrats 9 reaktionsfähige Gase vorhanden,
und weil die Reaktion zwischen dem Materialdampf und
den Gasen in der Nähe des Substrats 9 abläuft, wird auf
das Substrat 9 eine Verbindung als Reaktionsprodukt (im
vorliegenden Falle ZnO) aufgedampft.
Beim Ausbilden z. B. einer supraleitenden Oxid-Dünnschicht
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren und
unter Benutzung der herkömmlichen Aufdampfvorrichtung
befindet sich das Gas im Vakuum im molekularen Zustand
und hat geringe Aktivität; die Schichtdichte ist des
halb gering und schafft Probleme insofern, als die
Supraleitfähigkeit nicht erzielt werden kann, wenn
doch, nicht zufriedenstellend ist oder nicht dauerhaft
ist usw. Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist
durch Behandeln der aufgedampften Dünnschicht mit Sauer
stoffplasma versucht worden, die Supraleitfähigkeit zu
verbessern und haltbar zu machen. Weil jedoch die Wirkung
dieser Maßnahmen auf die Oberfläche der Dünn
schicht begrenzt ist, ist eine vollständige Lösung noch
nicht erreicht worden. Außerdem, wenngleich es ein Ver
fahren zum Ionisieren und Beschleunigen der reaktions
fähigen Gase nach der Aufdampfung und zum Aufstrahlen
auf die Substratoberfläche gab, wird, weil die Energie
je einzelnes Atom der reaktionsfähigen Gasionen hoch
ist, die Substratoberfläche beschädigt und dadurch
möglicherweise die Supraleitfähigkeit der Dünnschicht
herabgesetzt oder aufgehoben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1
angegebenen Art so auszubilden, daß sich Dünnschichten
großer Schichtdicke und hoher Güte herstellen lassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich ein erfindungsge
mäßes Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des
Anspruchs 1 aus.
Eine Vorrichtung zum Aufdampfen von Dünnschichten mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren umfaßt erfindungsgemäß die
Merkmale des Anspruchs 9.
Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im
folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine vereinfachte bildliche Darstellung des
Aufbaus einer Vorrichtung zum Aufdampfen von
Dünnschichten gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung
zum Herstellen von Dünnschichten nach dem Her
stellungsverfahren für Oxid-Dünnschichten in
einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Darstellung in größerem Maßstab des Auf
baus in der Umgebung des Substrats bei einer
weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 eine Darstellung des Aufbaus einer Vorrichtung
zum Ausbilden von Dünnschichten nach dem Herstellungsverfahren
gemäß einer anderen Ausführungsform,
Fig. 5 eine Darstellung des Aufbaus einer Ausfüh
rungsform einer Einrichtung zur Erzeugung von
Sauerstoffatomen für die Vorrichtung zum Aus
bilden von Dünnschichten,
Fig. 6 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung
zwischen dem Druck von Gasen, in denen eine elek
trische Entladung stattgefunden hat, und der
absoluten und der relativen Konzentration von
Sauerstoffatomen, die in der Vorrichtung gemäß
Fig. 5 erzeugt wurden,
Fig. 7 ein Diagramm mit einer Darstellung der Beziehung
zwischen dem Produkt aus dem Druck des Gases, in
dem eine elektrische Entladung stattgefunden hat,
und dem Elektrodenabstand und dem energetischen
Wirkungsgrad der Dissoziation von Sauerstoffmole
külen und der Entladungs-Brennspannung,
Fig. 8 bis 10 Teilansichten mit Teilschnitten jeweils
einer anderen Einrichtung zum Erzeugen von Sauer
stoffatomen,
Fig. 11(A) und 11(B) eine teilweise geschnittene Ansicht
und einen Querschnitt durch den Teil einer Ein
richtung zum Erzeugen von Sauerstoffatomen in
einer anderen Ausführungsform,
Fig. 12 eine Schrägansicht eines Teils der Einrichtung
zum Erzeugen von Sauerstoffatomen gemäß einer
noch anderen Ausführungsform,
Fig. 13(A) und 13(B) eine Teilansicht und einen Quer
schnitt durch einen Teil einer Einrichtung zum
Erzeugen von Sauerstoffatomen gemäß einer weiteren
Ausführungsform, und
Fig. 14 den Aufbau einer Einrichtung zum Erzeugen von
Sauerstoffatomen gemäß einer anderen Ausführungs
form.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Aufdampfen von Dünnschichten gemäß der
Erfindung sind die mit 1 bis 18 bezeichneten Bauteile
gleich oder entsprechend den mit gleichen Bezugszeichen
bezeichneten Bauteilen der herkömmlichen Vorrichtung
gemäß Fig. 15 und 16. Die erfindungsgemäße Ausführungsform
weist eine Vielzahl von Verdampfungseinrichtungen
auf, je mit einem Verdampfer 16, einer Ionisationseinrichtung
17 und einer Beschleunigungselektrode 8. In
Fig. 1 ist nur eine Verdampfungseinrichtung dargestellt.
In jeden der Tiegel 4 sind Yttrium, Barium und
Kupfer eingegeben. Im Vakuumgefäß 10 ist eine Einrichtung
19 zum Anregen von reaktionsfähigem Gas angeordnet,
die nach dem Aufdampfen des aufdampfbaren Materials
11 gasförmigen Sauerstoff in Form angeregter neutraler
Atome oder Ionen durch eine Düse 20 gegen das
Substrat 9 zu strahlen vermag. Die in Fig. 1 dargestellte
Anregungseinrichtung arbeitet nach dem Prinzip
der stillen Entladung (Dunkelentladung). Die Vorrichtung
umfaßt ferner ein Entladungsrohr 21, Entladungselektroden
22 a, 22 b (die gelegentlich mit dem Sammelbezugszeichen
22 bezeichnet werden) für die stille
Entladung, und einen Pirani-Vakuummesser 23.
Die Arbeitsweise ist folgende: Der Innenraum des Vakuumgefäßes
10 wird mittels der Evakuierungsvorrichtung 1
auf ein Vakuum von etwa 1,3 · 10-6 mbar evakuiert, wobei gasförmiger
Sauerstoff in das Entladungsrohr 21 der Einrichtung
19 zum Anregen von reaktionsfähigem Gas eingeleitet
und der Druck im Gasentladungsrohr 21 durch Messen
mit dem Pirani-Vakuummesser 23 auf 1,3-2,6 mbar eingestellt
wird. Sodann wird zwischen beide Elektroden
22 a, 22 b eine Spannung von hoher Frequenz angelegt, um
durch Auslösen einer stillen Entladung im Entladungsrohr
21 den gasförmigen Sauerstoff so anzuregen, daß
angeregte neutrale Atome, z. B. Ozon (O₃) und atomarer
Sauerstoff (O) usw., oder Ionen, z. B. (O₂⁺), entstehen.
Der angeregte gasförmige Sauerstoff 24 wird durch die
Düse 20 in Richtung auf das Substrat 9 gestrahlt. Wenn
dabei Cluster 13 und 14 des verdampfungsfähigen Materials
11, die aus dem schräg gegen die Oberfläche des
Substrats 9 gerichteten und im Vakuumgefäß befestigten
Tiegel 4 ausgestrahlt werden, durch die gleiche Vorgehensweise
wie beim herkömmlichen Verfahren
auftreffen, läuft eine Reaktion zwischen den Cluster 13
und 14 des verdampfungsfähigen Materials 11 und dem angeregten
Sauerstoff 24 in der Nähe des Substrats 9 ab.
Weil der angeregte gasförmige Sauerstoff 24 in hohem
Maße chemisch aktiv ist, entstehen auf dem Substrat 9
supraleitende Oxid-Dünnschichten von großer Schichtdichte,
zufriedenstellender Supraleitfähigkeit und dem Vermögen,
diese Eigenschaft über lange Zeit zu halten.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird
nach dem Ionenclusterstrahl-Verfahren aufgedampft; ähnliche
Wirkungen lassen sich auch mit anderen Aufdampfverfahren
erzielen. Die Einrichtung 19 zur Anregung des
Reaktionsgases bzw. reaktionsfähigen Gases ist im Vakuumgefäß
10 angeordnet; die gleichen Wirkungen lassen
sich erzielen, wenn die Anregungseinrichtung auf der
Außenwand des Vakuumgefäßes 10 angeordnet ist und nur
das angeregte reaktionsfähige Gas in das Vakuumgefäß 10
eingeleitet und gegen das Substrat 9 gerichtet wird.
Wenn in diesem Falle eine der Entladungselektroden 22 a,
22 b weggelassen wird und die elektrische Entladung zwischen
der Außenwand des Vakuumgefäßes 10 und der verbleibenden
Entladungselektrode 22 herbeigeführt wird,
können ebenfalls ähnliche Wirkungen erzielt werden.
Beim gezeigten Beispiel arbeitet die Anregungseinrichtung
19 mit einer stillen Entladung. Es können auch
Anregungseinrichtungen anderer Arten benutzt werden, solange
angeregte reaktionsfähige Gase entstehen. Ferner
sind beim gezeigten Beispiel der Tiegel 4 und das Entladungsrohr
21 schräg gegen die Oberfläche des Substrats
9 gerichtet. Eines dieser Bauteile kann auch unmittelbar
unter der Oberfläche des Substrats 9 angeordnet
sein. Außer den beim gezeigten Beispiel angegebenen
Stoffen können als aufdampfbares Material 11 beliebige
Elemente aus der Lanthaniden-Serie, Barium, Strontium
oder Kupfer verwendet werden. Ferner können anstelle
des gasförmigen Sauerstoffs andere reaktionsfähige Gase
verwendet werden. Außer supraleitenden Dünnschichten,
wie beim gezeigten Beispiel, können auch andere Dünnschichten
ausgebildet werden.
Weil beim vorstehend beschriebenen Beispiel Dämpfe des
aufdampfbaren Materials vom im Vakuumgefäß angeordneten
zugehörigen Verdampfer in Richtung auf das Substrat gestrahlt
werden und das reaktionsfähige Gas in Form angeregter
neutraler Atome oder Ionen gegen das Substrat
gerichtet wird, um Dünnschichten zu erzeugen, wird in
die aufgedampften Schichten angeregtes reaktionsfähiges
Gas von hoher Aktivität eingeleitet, derart, daß sich
Verbund-Dünnschichten von großer Schichtdichte und
hoher Güte herstellen lassen.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von
Oxid-Dünnschichten wird im Zusammenhang mit der Herstellung
von z. B. bei hohen Temperaturen supraleitenden
Dünnschichten aus der Y-Ba-Cu-O-Serie mittels einer mit
Mehrstoff-Ionenclusterstrahl arbeitenden Vorrichtung
beschrieben. Beim gezeigten Beispiel umfaßt die Vorrichtung
ein Vakuumgefäß 31, das sich mittels einer
Pumpe 31 a evakuieren läßt, einen Tiegel 32 zum Erwärmen
von Yttrium (Y), Barium (Ba) und Kupfer (Cu), die als
aufdampfbares Material 33 in den Tiegel 32 aufgegeben
werden, eine Düse 32 a am Tiegel 32, einen Heizdraht 34
zum Erwärmen des Tiegels 32, blockähnliche Atomanhäufungen
(Cluster) 36, die durch die adiabatische Entspannung
der von der Düse 32 a ausgestrahlten Dämpfe des
aufdampfbaren Materials 33 entstanden sind, einen Ionisationsdraht
37 zur Abgabe von Elektronen für die Ionisierung
der Cluster 36, ein Substrat 38, auf dem Dünnschichten
ausgebildet werden, Beschleunigungselektroden
39 zum Beschleunigen der Ionencluster, und einen mit
einer nicht dargestellten Anzeige verbundenen Monitor
40 zur Überwachung der Geschwindigkeit, mit der jedes
Aufdampfmaterial 33 auf das Substrat 38 aufgedampft
wird. Ferner sind vorgesehen eine Einrichtung 41 zur
Ozoneinleitung, eine Heizvorrichtung 42 zum Erwärmen
des Substrats 38 auf eine hohe Temperatur mit z. B.
einem Heizdraht sowie einer Ionenclusterstrahl-Quelle
43 und einem mit elektrischer Hochdruckentladung
arbeitenden Ozongenerator 44. Weil bei diesem Beispiel
drei Arten von Aufdampfmaterial 33 benutzt werden, sind
drei Ionenclusterstrahl-Quellen 43 vorgesehen.
Die Arbeitsweise ist folgende: Metallisches Yttrium
(Y), Barium (Ba) und Kupfer (Cu) als Aufdampfmaterial
33 sind jeweils in einen der Tiegel 32 aufgegeben, die
aus einem Werkstoff mit hohem Schmelzpunkt oder Graphit
usw. hergestellt und im Vakuumgefäß 31 angeordnet sind,
welches unter einem Unterdruck von weniger als 1,3 · 10-5 mbar
gehalten wird. Der Tiegel 32 wird durch Strahlungswärme
oder durch die Energie der vom auf eine Temperatur
von etwa 1000 bis 2500°C gebrachten Heizdraht
34 emittierten Elektronen auf eine Temperatur von etwa
900 bis 2000°C erwärmt. Yttrium, Barium und Kupfer,
als die erwärmten Aufdampfmaterialien 33, werden bei
einem Druck von etwa 0,13 bis 13,3 mbar im Tiegel 32 verdampft.
Die unter diesem Druck stehenden Dämpfe werden
von der Düse 32 a im Tiegel 32 in den Innenraum des Vakuumgefäßes
31 in Richtung auf das Substrat 38 gerichtet.
Beim gezeigten Beispiel bilden die Dämpfe von jedem
der Aufdampfmaterialien 33 infolge der adiabatischen
Entspannung blockähnliche Atomanhäufungen (Cluster)
36. Dadurch, daß man vom Ionisationsdraht 37 emittierte
Elektronen auf die so gebildeten Cluster 36 jedes
der Aufdampfmaterialien 33 auftreffen läßt, wird
ein Teil der Cluster 36 ionisiert. Diese jeweiligen
ionisierten Cluster 36 werden von der Beschleunigungselektrode
39 mit einer Energie unter 10 kV beschleunigt
und erreichen zusammen mit den nichtionisierten neutralen
Cluster 36 das Substrat 38. Die Aufdampfgeschwindigkeit
jedes der Aufdampfmaterialien 33, welches das
Substrat 38 erreicht und auf es aufgedampft wird, wird
mit einem jeweils einem Element zugeordneten Monitor 40
überwacht.
Beim gezeigten Beispiel wird vom Ozongenerator 44
erzeugtes Ozon aus der Ozon-Einleitungseinrichtung 41 direkt
auf das Substrat 38 gestrahlt, um in dessen Nähe
eine Ozonatmosphäre hoher Konzentration zu schaffen.
Das Substrat 38 wird von seiner Heizvorrichtung 42 auf
einer hohen Temperatur, etwa zwischen 150 und 900°C,
gehalten. Innerhalb dieses Temperaturbereiches wird das
Ozon am Substrat 38 rasch in molekularen und atomaren
Sauerstoff zerlegt. Die Sauerstoffatome sind reaktionsfreudiger
als Ozon oder auch als molekularer Sauerstoff
und gehen somit rasch in Reaktion mit Yttrium, Barium
und Kupfer als den aufdampfbaren Materialien 33, derart,
daß bei hoher Temperatur supraleitende
YBa₂Cu₃O7-x -Schichten mit Perowskit-Struktur auf dem
Substrat 38 entstehen. Der Druck auf der Außenseite des
Substrats 38 wird im Falle von Ozoneinleitung höher gehalten,
wogegen die Außenseite des Tiegels 32 im Vakuumgefäß
31 auf einem niedrigen Druck von weniger als
4 · 10-4 mbar gehalten wird.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind für die bei hohen
Temperaturen supraleitenden Dünnschichten aus der
Y-Ba-Cu-O-Serie, wie sie nach dem Verfahren zur Herstellung
von Oxid-Dünnschichten gemäß der beschriebenen
Ausführungsform hergestellt wurden, Meßergebnisse angegeben
für den elektrischen Widerstand, für die Temperatur,
bei welcher der elektrische Widerstand in den
supraleitenden Zustand übergeht, für den Fall der Einleitung
von Sauerstoff statt Ozon unter Benutzung der
beschriebenen Vorrichtung (zum Vergleich), sowie für
nach herkömmlichem Verfahren hergestellte Dünnschichten.
Weil gemäß vorstehender Tabelle 1 beim gezeigten Beispiel
das Oxid jedes Einzelelementes, z. B. Y₂O₃, BaO,
CuO, weniger in dem Raum gebildet wird, der von der
Bewegungsbahn der gegen das Substrat 38 gerichteten
Aufdampfmaterialien 33 durchkreuzt wird, die Oxidationsreaktion
aber mit hohem Wirkungsgrad und hoher
Reaktionsgeschwindigkeit auf dem Substrat 38 stattfindet,
lassen sich bei hoher Temperatur supraleitende
Dünnschichten von ausgezeichneten Eigenschaften erzielen.
Bei dem vorstehend beschriebenen Versuch wurden
bei der Untersuchung von Fremdstoffen in den so ausgebildeten
Dünnschichten mittels der Auger-elektronenphotospektrometrischen
Methode Oxide des Wolfram als
dem Werkstoff des Heizdrahtes 34 und des Ionisationsdrahtes
37 nur in den Dünnschichten festgestellt, die
durch Ozoneinleitung nach dem herkömmlichen Verfahren
hergestellt wurden.
Weil bei der beschriebenen Ausführungsform das Aufdampfen
in einer Ozonatmosphäre hoher Konzentration in der
Nähe des Substrats 38 durchgeführt wird und das Substrat
38 erwärmt wird, findet auf dem Substrat 38 eine
Oxidationsreaktion mit hohem Wirkungsgrad und großer
Geschwindigkeit statt, derart, daß Oxid-Dünnschichten
mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können.
Weil ferner Ozon- oder Sauerstoffatome in der Nähe des
Substrats 38 erzeugt werden, kann eine im herkömmlichen
Fall innerhalb der Ionenclusterstrahl-Quelle 43 verursachte
Reaktion verhindert werden. Weil ferner der Unterdruck
im Hochtemperaturteil, z. B. am Verdampfer usw.,
im Vakuumgefäß 31 niedrig gehalten werden kann, ist es
möglich, das Entstehen von Fremdstoffoxiden durch die
Reaktion solcher Hochtemperatur-Teile mit Sauerstoff
oder Ozon zu unterdrücken, um die Ausbildung von
Oxid-Dünnschichten hoher Reinheit zu ermöglichen. Weil
auch der Unterdruck in dem Raum, in dem das Aufdampfmaterial
33 im Vakuumgefäß 31 das Substrat 38 erreicht,
niedrig gehalten werden kann, verursacht das aufdampfbare
Material 33 vor Erreichen des Substrats 38 kaum
eine Oxidationsreaktion, und das Oxid jedes der Elemente
vermengt sich während der Ausbildung der Mehrstoff-
Oxid-Dünnschichten mit den Schichten nicht, und folglich
lassen sich Mehrelement- bzw. Mehrstoff-Oxid-Dünnschichten
mit ausgezeichneten Eigenschaften erzielen.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird
das Substrat 38 mittels seiner Heizvorrichtung 42 auf
einer hohen Temperatur gehalten. Es ist auch möglich,
Oxid-Dünnschichten von hoher, mit der im beschriebenen
Beispiel erzielten Güte vergleichbarer Güte herzustellen,
ohne daß das Substrat 38 mit der Heizvorrichtung
42 erwärmt wird, weil im Vergleich mit molekularem
Sauerstoff stärker reaktionsfähiges Ozon, wenngleich
von geringerer Aktivität als atomarer Sauerstoff, auf
dem Substrat 38 eine direkte Reaktion mit jedem der
Aufdampfmaterialien 33 hervorruft. Ferner ist die Ausführung
der Heizvorrichtung nicht auf einen Draht beschränkt,
sondern kann eine Lampe od. dgl. sein. Wenngleich
bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
als Ozongenerator 44 ein elektrisches Hochdruck-Entladungssystem
verwendet wird, können als Ozongenerator
44 auch andere Systeme benutzt werden. Beim gezeigten
Beispiel wird als Ozon-Einleitungseinrichtung 41 nur
ein gegen das Substrat 38 gerichtetes kleines Rohr benutzt;
gemäß Fig. 3, welche die Umgebung des Substrats
38 in größerem Maßstab zeigt, kann auch ein das Substrat
38 umgebendes ringförmiges Rohr mit einer Vielzahl
von Düsen 41 a verwendet werden. Ferner ist beim
gezeigten Beispiel die Ionenclusterstrahl-Quelle 43 im
Vakuumgefäß 31 angeordnet; eine Reaktion zwischen den
Bauteilen der Ionenclusterstrahl-Quelle 43 und den eingeleiteten
Gasen kann geringer gehalten werden, wenn
gemäß Fig. 4 am Unterteil des Vakuumgefäßes 31 eine
kleine Kammer 45 zur Aufnahme der Ionenclusterstrahl-
Quelle 43 vorgesehen wird, derart, daß die Außenseite
der Ionenclusterstrahl-Quelle 43 durch die zwischen den
Pumpen 31 a und 43 a differentielle bzw. unterschiedliche
Evakuierung auf einem höheren Vakuum gehalten wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist
die Einrichtung 41 zur Ozoneinleitung der Ionenclusterstrahl-
Quelle 43 gegenüber angeordnet; es können andere
Vorrichtungen zur Ausbildung von Dünnschichten vorgesehen
sein, z. B. eine Vakuum-Aufdampfvorrichtung oder ein
Ionenstrahl-Zerstäuber usw., mit denen sich die gleichen
Wirkungen wie mit dem gezeigten Beispiel erzielen
lassen.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform wird bei
der Ausbildung von bei hohen Temperaturen supraleitenden
Dünnschichten der Y-Ba-Cu-O-Serie als Mehrstoff-
Oxidschicht verwendet; sie ist auch anwendbar auf die
Herstellung anderer Mehrstoffoxide und Einelementoxide,
wodurch ähnliche Wirkungen wie beim gezeigten Beispiel
erzielt werden.
Weil bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
die Aufdampfung in einem Zustand durchgeführt wird, in
dem die Ozonatmosphäre in der Nähe des Substrats durch
direktes Einpressen von Ozon gegen das Substrat beibehalten
wird, ist die Durchführung einer Oxidationsreaktion
am Substrat mit hohem Wirkungsgrad und großer
Geschwindigkeit möglich, wodurch das Entstehen von Fremdstoffoxid
relativ verhindert werden kann und ein Verfahren
ermöglicht wird, mit dem sich Oxid-Dünnschichten
von hoher Güte mit großer Geschwindigkeit herstellen
lassen.
Die vorstehend beschriebenen Wirkungen können weiter
verbessert werden, wenn Ozon direkt in Richtung auf das
Substrat ausgestrahlt wird, wodurch die Nachbarschaft
des Substrats in einer Ozonatmosphäre gehalten wird,
und wenn das Aufdampfen an einem erwärmten Substrat
vorgenommen wird.
Bei der in Fig. 2 und 4 dargestellten abgewandelten
Ausführungsform erzeugt der Ozongenerator 44 eine hohe
Ozonkonzentration, wofür eine nach dem Adsorptionsprinzip
arbeitende Einrichtung verwendet wird. Weil der
übrige Aufbau bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2
und 4 gleich ist, wird auf seine Beschreibung verzichtet.
In Tabelle 2 sind Meßergebnisse angegeben für den elektrischen
Widerstand von bei hoher Temperatur supraleitenden
Dünnschichten der Y-Ba-Cu-O-Serie, welche mit
einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Herstellen von Dünnschichten ausgebildet wurden,
sowie für die Temperatur, bei welcher der elektrische
Widerstand in den supraleitenden Zustand übergeht.
Weil, wie die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, mit der
Vorrichtung eine außergewöhnlich hohe Ozonkonzentration
von 1000 bis 1500 mg/l erzielt wird, findet die Oxidationsreaktion
mit einem höheren Wirkungsgrad und mit
größerer Geschwindigkeit statt als bei der Herstellung
von Dünnschichten mit der herkömmlichen Vorrichtung bei
einer Ozonkonzentration von etwa 50 mg/l, wodurch
bei hohen Temperaturen supraleitende Dünnschichten von
herkömmlichen Dünnschichten überlegenen ausgezeichneten
Eigenschaften erzielt werden können. Weil außerdem Ozon
mit hoher Konzentration erhalten werden kann, kann die
Menge an ozonisiertem Sauerstoff, die zur Herbeiführung
eines bestimmten Anteils an der Oxidationsreaktion zugeführt
wird, herabgesetzt werden, und folglich läßt
sich der Vorteil schaffen, daß die Evakuierungsleistung
der an das Vakuumgefäß 31 angeschlossenen Vakuumpumpe
reduziert werden kann. Wird z. B. die Ozonkonzentration
um das Zehnfache erhöht, kann die Leistung der Absaugpumpe
auf ¹/₁₀ herabgesetzt werden, wodurch eine
Verkleinerung der Vorrichtung und eine Senkung ihrer
Kosten möglich sind.
Es wird nun die Oxidationsbehandlung mit Ozon gemäß der
Erfindung mit der herkömmlichen Oxidationsbehandlung
mit gasförmigem Sauerstoff verglichen.
In der nachstehenden Tabelle 3 ist die Sprungtemperatur
(Tc) der Supraleitung für den Fall angegeben, daß
supraleitende Oxid-Dünnschichten auf einem MgO-Substrat
und einem SiO₂-Substrat einer Oxidationsbehandlung bei
etwa 400°C in einer Ozon- und Sauerstoffgas-Atmosphäre
unterworfen werden.
Gemäß der vorstehenden Tabelle 3 ist bei einer Oxida
tionsbehandlung mit Ozon Tc anscheinend höher als bei
Verwendung von gasförmigem Sauerstoff, was anzeigt, daß
sich die Oxidation fortsetzt. Wird andererseits für die
Oxidation eine höhere Temperatur als 500°C gewählt,
wenngleich Tc bei etwa 80 K im Falle eines MgO-Substrats
auch für die Oxidationsbehandlung mit gasförmigem
Sauerstoff zufriedenstellend ist, findet eine Reaktion
zwischen dem Substrat und der Dünnschicht statt,
wobei es im Falle des SiO₂-Substrats nicht zum Sprung
kommt. Wenn also ein solches Substrat verwendet wird,
das bei hoher Temperatur mit Dünnschichten reagiert,
muß die Oxidationsbehandlung bei niedriger Temperatur
durchgeführt werden, und es wird als außergewöhnlich
nützlich angesehen, hierbei ein angeregtes hochaktives
oxidierendes Gas zu verwenden, z. B. Ozon oder durch die
Zersetzung von Ozon gewonnener atomarer Sauerstoff.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform handelt
es sich um supraleitende Oxid-Dünnschichten; diese
Ausführungsform ist auch auf Dünnschichten aus anderen
Materialien anwendbar, insbesondere auf die Verwendung
von Dünnschicht- und Substratmaterialien, bei denen
unter dem Einfluß hoher Temperatur im Verlaufe der Oxidation
Nachteile entstehen.
Das Verfahren zum Ausbilden von Dünnschichten wird gemäß
vorstehender Beschreibung mit einer Ionenclusterstrahl-
Quelle durchgeführt; es ist auch auf jene Fälle
anwendbar, in denen verdampfbares Material oder ein
Target in einem Gefäß, das in einem dichtverschlossenen
Vakuumgefäß unter Vakuum oder einer zweckentsprechenden
Atmosphäre angeordnet ist, unter der Einwirkung von
Wärme oder Ionenstrahlen usw. verdampft oder zerstäubt
wird und Dünnschichten auf dem im dichtverschlossenen
Gefäß angeordneten Substrat ausgebildet werden, wobei
die Oxidation nach der Schichtausbildung ungenügend ist
und eine nachträgliche Oxidationsbehandlung notwendig
wird.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei der erfindungsgemäßen
Ausführungsform in einem Schritt Dünnschichten
auf das Substrat im dichtverschlossenen Gefäß
aufgedampft werden und in einem anderen Schritt die so
entstandenen Dünnschichten in der Atmosphäre eines angeregten
hochaktiven oxidierenden Gases oxidiert werden;
aus diesem Grunde können vorteilhafte Wirkungen
geschaffen werden, welche die Anwendung der Oxidationsbehandlung
auf aufgedampfte Dünnschichten bei relativ
niedriger Temperatur und folglich auch auf billige Substrate
ermöglichen.
In Fig. 5 bis 14 ist im einzelnen der Aufbau von Einrichtungen
zum Erzeugen atomaren Sauerstoffs dargestellt,
welche die Einrichtung zum Anregen reaktionsfähiger
Gase gemäß Fig. 1 sind.
Gemäß Fig. 5 sind mit einem rohrförmigen dielektrischen
Bauteil 101 aus Glas, Quarz, Keramik usw. aus
einem elektrisch leitfähigen Werkstoff, z. B. Metall
oder aus einem organischen elektrisch leitfähigen Material
hergestellte Elektroden 102 fest verbunden. Die
Einrichtung umfaßt ferner ein Ventil 103 zum Steuern
des Durchflusses oder Drucks, eine Vakuumpumpe 104,
eine Reaktionskammer 105, eine Wechselstromquelle 106,
einen Hochspannungstransformator 107 und eine Quelle 108
für gasförmiges Ausgangsmaterial.
Die Quelle 108, das Steuerventil 103, das Bauteil 101,
die Reaktionskammer 105 und die Vakuumpumpe 104 bilden
einen Strömungskanalstrang, in dem ein Sauerstoff enthaltendes
Gas aus der Quelle 108 über das Steuerventil
103 zur Innenseite des Bauteils 101 geleitet wird. Der
Druck im Bauteil 101 wird mittels des Steuerventils 103
im Bereich zwischen 0,133 und 13,3 mbar eingestellt. Zwischen
die beiden an der Außenfläche des Bauteils 101
eng anliegenden Elektroden 102 wird eine hohe Wechselspannung
angelegt, die über das Bauteil 101 im strömenden
Gas eine elektrische Entladung erzeugt. Diese regt
den molekularen Sauerstoff im Ausgangsgas so an, daß
es zur Dissoziation der Sauerstoffatome kommt. Der so
entstandene atomare Sauerstoff wird in die Reaktionskammer
105 eingeleitet und dient zur Oxidation von organischen
oder anorganischen, z. B. metallischen Materialien.
Sauerstoff im Ausgangsgas, der nicht in atomaren
Sauerstoff übergeführt wurde, oder andere Gase als
Sauerstoff, die zuvor mit dem Ausgangsgas vermengt waren,
werden mittels der Vakuumpumpe 104 aus der Reaktionskammer
105 und aus dem System entfernt.
In Fig. 6 ist das Verhältnis von Gasdruck im Entladungsbereich
zum absoluten und relativen Wert der Konzentration
des entstandenen atomaren Sauerstoffs dargestellt.
Die absolute Konzentration stellt die Menge
atomaren Sauerstoffs je Volumeneinheit beim Einstelldruck
dar, die relative Konzentration das Verhältnis
zwischen der Menge atomaren Sauerstoffs und der Menge
des gesamten Gases. Fig. 6 zeigt, daß mit Abnehmen des
Gasdruckes die relative Konzentration des atomaren Sauerstoffs
bei einem Druck von weniger als 0,133 mbar bis
nahe dem Gleichgewichtspunkt ansteigt. Wenngleich andererseits
die absolute Konzentration des atomaren Sauerstoffs
mit der Gasdruckabnahme ansteigt, beginnt sie
bei einem Grenzdruck von 4 mbar abzunehmen. Um atomaren
Sauerstoff in größtmöglicher Menge liefern zu können,
ohne die Leistung der Vakuumpumpe zu erhöhen, ist Bedingung,
daß die relative Konzentration des atomaren
Sauerstoffs groß und gleichzeitig der Druck des zugeführten
Gases niedrig ist. Es ist ferner erforderlich,
daß die absolute Konzentration des atomaren Sauerstoffs
groß ist, damit die Oxidationsreaktion mit atomarem
Sauerstoff bei hoher Temperatur erhalten bleibt. Fig. 6
macht deutlich, daß der Druck des Gases, in dem eine
elektrische Entladung stattfinden soll, also der Druck
des Sauerstoff enthaltenden Gases auf einen Bereich von
0,133 bis 13,3 mbar beschränkt ist, um die vorstehend genannten
Bedingungen zu erfüllen. Bei dem Beispiel gemäß
Fig. 6 ist gasförmiger Sauerstoff das Gas, in dem eine
elektrische Entladung vorgesehen ist; dennoch unterliegt
der absolute Wert (Höhe der Kurve in Fig. 6)
keiner wesentlichen Änderung im Bereich von 0,133 bis 13,3 mbar,
auch nicht bei Verunreinigung des Sauerstoffgases
durch Fremdstoffe.
Fig. 7 ist eine vereinfachte Darstellung der Beziehung
zwischen dem Produkt (p·d) aus Druck p des mit einer
elektrischen Entladung behandelten Gases und Abstand d
zwischen den Entladungselektroden und dem energetischen
Wirkungsgrad bei der Dissoziation des molekularen Sauerstoffs
(Ionisation) sowie der Entladungs-Brennspannung.
Ist das Produkt (p · d) kleiner als 1,333 · cm,
nimmt die Elektronenenergie für die elektrische Entladung
in solchem Maße zu, daß mehr Entladungsleistung
erforderlich ist, als infolge der Ionisation des molekularen
Sauerstoffs notwendig ist. Weil ferner der
ionisierte molekulare Sauerstoff genügend Energie hat,
ist sein Oxidationsvermögen mit dem von atomarem Sauerstoff
vergleichbar, er verursacht jedoch häufig durch
die elektrische Ladung bedingte schwerwiegende Schäden
am zu verarbeitenden Material, und die Erzeugung solcher
ionisierter Moleküle wird nicht bevorzugt. Wenn
andererseits das Produkt (p · d) größer als 1000 Torr·cm
ist, kann, weil die Entladungselektronenenergie niedriger
ist, keine ausreichende Anregung für den molekularen
Sauerstoff erreicht werden, weshalb es nicht
zur Entstehung von atomarem Sauerstoff kommt, und auch
die zur Unterhaltung der elektrischen Entladung erforderliche
Brennspannung ist hoch und neigt dazu, die
Isolierung im dielektrischen Bauteil zu zerstören. In
Anbetracht der vorstehend dargelegten Ergebnisse ist es
eine für die wirkungsvolle Erzeugung atomaren Sauerstoffs
wesentliche Bedingung, daß für die Entladung die
Bedingung (p · d) innerhalb 1,33 bis 1333 mbar erfüllt
ist.
Gemäß Fig. 8 gehören zu einer Einrichtung zum Erzeugen
atomaren Sauerstoffs ein rohrförmiges dielektrisches
Bauteil 101, Elektroden 102, die mit dem Rohr des Bauteils
101 fest verbunden oder mittels elektrisch leitfähiger
Klebstoffe verklebt sind und aus einem elektrisch
leitfähigen Werkstoff, z. B. Metall, hergestellt
sind. In die Elektroden 102 sind ein oder mehrere
durchgehende Löcher 102 A eingearbeitet, durch welche
gekühlte Flüssigkeit geleitet wird, um die Temperatur
des Gases, in dem eine elektrische Entladung stattfindet,
über die Elektroden 102 und das Bauteil 101 in
einem zweckdienlichen Bereich zu halten. Hinsichtlich
der für die elektrische Entladung zugeführten Leistung
ist die für die Dissoziation des molekularen Sauerstoffs
aufgewandte Energie höchstens nur einige zehn
Prozent, und alle verbleibende Energie wird in Wärmeenergie
umgewandelt zum Erwärmen des durch elektrische
Entladung behandelten Gases. Das erwärmte Gas wird zum
Erwärmen des mit ihm in Berührung stehenden Bauteils
101 benutzt. Weil jedoch das dielektrische Bauteil im
allgemeinen dazu neigt, bei hoher Temperatur Isolationsschäden
zu verursachen, ist zu deren Vermeidung eine
Kühlung unabdingbar. Bei Verwendung beispielsweise von
Borsilikatglas für das dielektrische Bauteil ist eine
Kühlung des Bauteils wenigstens auf eine Temperatur
unter 200°C notwendig, weil wegen der Eigenschaften
des Borsilikatglases bei Temperaturen über 200°C die
Spannung, bei der Isolationsschäden auftreten, abnimmt.
Es ist ferner möglich, die Elektroden durch Anbringen
von Kühlrippen zu kühlen und die Gaskühlung mittels
solcher Rippen vorzunehmen, statt gekühlte Flüssigkeit
durch die durchgehenden Löcher 102 A gemäß Fig. 8 zu
leiten. Die erzielte Wirkung ist die gleiche.
Bei der in Fig. 9 dargestellten anderen Ausführungsform
der Einrichtung zum Erzeugen atomaren Sauerstoffs
ist ein Temperatursteuerblock 109 aus gut wärmeleitendem
Werkstoff, z. B. Metall, mit dem rohrförmigen dielektrischen
Bauteil 101 fest verbunden oder mittels
gut wärmeleitender Klebstoffe verklebt. Der Temperatursteuerblock
109 weist entweder durchgehende Löcher 109 A
zum Hindurchleiten gekühlter Flüssigkeit oder äußere
Kühlrippen auf. Die Temperatur des Bauteils 101 oder
des Gases, in dem eine elektrische Entladung stattfinden
soll, wird innerhalb eines angestrebten Temperaturbereiches
geregelt, um eine Zerstörung der Isolation
für das Bauteil 101 zu verhindern, indem gekühlte Flüssigkeit
durch die Löcher 109 A geleitet wird oder die
äußeren Kühlrippen des Temperatursteuerblocks 109 mit
gekühltem Fluid umspült werden.
Es ist nur notwendig, daß der Aufbau des dielektrischen
Bauteils und der Elektrode den vorstehend angegebenen
Bedingungen entspricht. Ähnliche Wirkungen lassen sich
auch mit einem anderen Aufbau erreichen, z. B. mit dem
in Fig. 10 dargestellten, bei welchem mehrere Elektroden
102 vorgesehen sind und eine hohe Wechselspannung
angelegt wird; oder entsprechend Fig. 11(A) und
11(B), bei welchem eine Vielzahl von rohrförmigen dielektrischen
Bauteilen 101 zu einem Bündel zusammengefaßt
sind und Elektroden 102 auf ihrer Außenumfangsfläche
angeordnet sind; oder entsprechend Fig. 12, bei
welchem ein rohrförmiges dielektrisches Bauteil 101 zu
einer Schlange gebogen ist und ein oder mehrere Paar
Elektroden 102 vorgesehen sind, derart, daß die Einbaulänge
des Bauteils 101 verkürzt ist; oder entsprechend
Fig. 13(A) und 13(B), bei welchem Elektroden 102
beiderseits des dielektrischen Bauteils 101 diametral
entgegengesetzt angeordnet sind. Es ist nicht immer
notwendig, daß von einem Paar Elektroden 102 beide zur
gleichen Zeit auf der Außenseite des dielektrischen
Bauteils angeordnet sind; eine von ihnen kann mit dem
Gas, in dem die elektrische Entladung stattfinden soll,
in Berührung stehen.
Was die Erdung der Entladungselektroden angeht, so kann
von einem Elektrodenpaar, an das eine hohe Spannung angelegt
wird, eine Elektrode mit Masse verbunden sein,
eine weitere Erdungselektrode kann zwischen dem Elektrodenpaar
angeordnet sein, und wenn der Temperatursteuerblock
109 zwischen den Elektroden 102 angeordnet
ist, kann er als Erdungselektrode benutzt werden.
Weil sich Ozon bequem in atomaren Sauerstoff zerlegen
läßt, ist es bei Verwendung von Ozon enthaltendem Sauerstoff
als Ausgangsgas möglich, atomaren Sauerstoff
mit höherer Konzentration zu erhalten, als wenn das
Ausgangsgas Sauerstoff ist. Die in Fig. 14 dargestellte
Einrichtung zum Erzeugen von atomarem Sauerstoff bei
Verwendung eines Ozon enthaltenden Gases als Ausgangsmaterial
wird ozonhaltiges Gas aus der Ausgangsgas-
Quelle 108 zuerst einem Ozongenerator 111 zugeleitet,
in dem ein Teil des enthaltenen Sauerstoffs in Ozon
umgewandelt und dann zum dielektrischen Bauteil 101
weitergeleitet wird. Es wird dann anschließend mit den
gleichen Vorgängen wie bei der in Fig. 5 dargestellten
Ausbildungsform atomarer Sauerstoff gebildet.
Claims (10)
1. Verfahren zum Aufdampfen von Dünnschichten, bei dem Dämpfe
eines verdampfbaren Materials aus einer in einem Vakuumgefäß
angeordneten Verdampferquelle dieses Materials in Richtung
auf ein Substrat ausgestrahlt werden, wobei gleichzeitig
reaktionsfähiges Gas enthaltend angeregte neutrale Atome
oder Ionen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die angeregten neutralen Atome oder Ionen durch
stille Entladung (Dunkelentladung) erzeugt und auf das
Substrat gebracht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfe des verdampfungsfähigen Materials
ionisiert und beschleunigt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als das verdampfungsfähige Material
wenigstens ein Element aus der Gruppe mit Lanthaniden,
Barium, Strontium und Kupfer gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß als reaktionsfähiges Gas
Sauerstoff eingesetzt wird.
5. Verfahren zum Aufdampfen von Oxid-Dünnschichten nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch
einen ersten Schritt mit Aufdampfen von Oxid-Dünnschichten
auf ein Substrat in einem dichtverschlossenen Gefäß und
einem zweiten Schritt mit Oxidation dieser Dünnschichten in
der Atmosphäre eines angeregten, reaktionsfähigen
oxydierenden Gases.
6. Verfahren zum Aufdampfen von Oxid-Dünnschichten nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß als reaktionsfähiges Gas Ozon verwendet wird, Ozon
direkt auf das Substrat gestrahlt wird und das Aufdampfen
durchgeführt wird, während die Umgebung des Substrats in
einer Ozonatmosphäre gehalten wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Aufdampfen unter Erwärmung des Substrats
durchgeführt wird.
8. Verfahren zum Aufdampfen von Oxid-Dünnschichten nach
Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ozon durch elektrische Entladung mittels eines
dielektrischen Bauteils unter Verwendung eines sauer
stoffhaltigen Gases als Ausgangsmaterial erzeugt wird,
der Druck für das sauerstoffhaltige Gas zwischen 0,1 und
13 mbar eingestellt wird und das Produkt (p · d) aus dem
Druck (p) des sauerstoffhaltigen Gases und dem Abstand (d)
zwischen den Entladungselektroden auf Werte zwischen 1 und
1000 mbar · cm eingestellt wird.
9. Vorrichtung zum Aufdampfen von Dünnschichten mittels eines
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekenn
zeichnet durch ein Vakuumgefäß (31), einen im
Vakuumgefäß angeordneten Verdampfer (43) zum Verdampfen von
verdampfungsfähigem Material, eine Einrichtung (41; 41 a) zum
Zuführen von reaktionsfähigem Gas in den Innenraum des
Vakuumgefäßes (31) und eine im selben Vakuumgefäß ange
ordnete Anregungseinrichtung zum Überführen des
Reaktionsgases in angeregte neutrale Atome oder Ionen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anregungseinrichtung ein Paar sich gegenüber
liegende Elektroden (102), ein zwischen den Elektroden ange
ordnetes und mit wenigstens einer der Elektroden elektrisch
verbundenes dielektrisches Bauteil (101), und eine
Drucksteuereinrichtung (103) zum Steuern des Druckes des
zwischen die Elektroden zugeführten sauerstoffhaltigen
Gases umfaßt, daß die Drucksteuereinrichtung (103) und der
Elektrodenzwischenabstand so eingestellt sind, daß der
Druck des sauerstoffhaltigen Gases zwischen 0,1 und 13 mbar
eingestellt ist und das Produkt (p · d) aus dem Druck (p) des
sauerstoffhaltigen Gases und dem Abstand (d) zwischen den
Elektroden zwischen 1 und 1000 mbar · cm beträgt.
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29815387A JPH01139758A (ja) | 1987-11-25 | 1987-11-25 | 薄膜蒸着方法および薄膜蒸着装置 |
JP11876288A JPH01290758A (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 酸化物薄膜の製造方法 |
JP16185088A JPH0211752A (ja) | 1988-06-28 | 1988-06-28 | 酸化物薄膜形成方法 |
JP63168475A JP2623715B2 (ja) | 1988-07-05 | 1988-07-05 | 薄膜形成装置 |
JP63174032A JP2569739B2 (ja) | 1988-07-12 | 1988-07-12 | 酸素原子発生方法および装置 |
JP18882788A JPH0238561A (ja) | 1988-07-27 | 1988-07-27 | 薄膜形成装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3839903A1 DE3839903A1 (de) | 1989-06-08 |
DE3839903C2 true DE3839903C2 (de) | 1990-05-23 |
Family
ID=27552534
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883844630 Expired - Lifetime DE3844630C2 (de) | 1987-11-25 | 1988-11-25 | |
DE19883839903 Granted DE3839903A1 (de) | 1987-11-25 | 1988-11-25 | Verfahren und vorrichtung zum aufdampfen von duennschichten |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883844630 Expired - Lifetime DE3844630C2 (de) | 1987-11-25 | 1988-11-25 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (2) | DE3844630C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4331885A1 (de) * | 1992-09-21 | 1994-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen dünner Schichten |
DE4336357A1 (de) * | 1992-10-26 | 1994-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | Dünnfilm-Ablagerungsgerät |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0365502A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 超電導薄膜の作製方法 |
US4987102A (en) * | 1989-12-04 | 1991-01-22 | Motorola, Inc. | Process for forming high purity thin films |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE949315C (de) * | 1940-11-17 | 1956-09-20 | Dr Georg Hass | Verfahren zur Herstellung von wischfesten, gegen Temperaturen und chemische Einfluesse weitgehend bestaendigen Oberflaechenspiegeln |
JPS5941510B2 (ja) * | 1979-07-24 | 1984-10-08 | 双葉電子工業株式会社 | 酸化ベリリウム膜とその形成方法 |
JPS60221566A (ja) * | 1984-04-18 | 1985-11-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 薄膜形成装置 |
WO1987002026A1 (en) * | 1984-05-28 | 1987-04-09 | Shuhara Akira | Process for producing silicon dioxide film |
DE3726016A1 (de) * | 1987-08-05 | 1989-02-16 | Siemens Ag | Verfahren zur herstellung eines schichtartigen aufbaus aus einem oxidkeramischen supralteitermaterial |
-
1988
- 1988-11-25 DE DE19883844630 patent/DE3844630C2/de not_active Expired - Lifetime
- 1988-11-25 DE DE19883839903 patent/DE3839903A1/de active Granted
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4331885A1 (de) * | 1992-09-21 | 1994-03-24 | Mitsubishi Electric Corp | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen dünner Schichten |
DE4336357A1 (de) * | 1992-10-26 | 1994-04-28 | Mitsubishi Electric Corp | Dünnfilm-Ablagerungsgerät |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3839903A1 (de) | 1989-06-08 |
DE3844630C2 (de) | 1990-11-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3789753T2 (de) | Verfahren und Anordnung zur Herstellung einer dünnen Schicht. | |
EP0755461B1 (de) | Verfahren und einrichtung für die ionengestützte vakuumbeschichtung | |
DE69825138T2 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von dünnen Schichten einer Metallverbindung | |
EP0205028B1 (de) | Vorrichtung zum Aufbringen dünner Schichten auf ein Substrat | |
DE3789618T2 (de) | Ionenerzeugende apparatur, dünnschichtbildende vorrichtung unter verwendung der ionenerzeugenden apparatur und ionenquelle. | |
DE68922734T2 (de) | VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES DüNNSCHICHTOXYDSUPRALEITERS. | |
DE4025396A1 (de) | Einrichtung fuer die herstellung eines plasmas | |
DE2547552B2 (de) | Schichtaufdampfverfahren und -einrichtung | |
DE2552783A1 (de) | Verfahren und anordnung zur erzeugung von ionen | |
DE4106980A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von wasserstoffperoxyd | |
DE1515301A1 (de) | Verfahren zur Aufbringung hochwertiger duenner Schichten mittels Kathodenzerstaeubung und Vorrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens | |
DE3839903C2 (de) | ||
DE3334830A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines verbindungshalbleiterfilms | |
EP0371252B1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Ätzen von Substraten mit einer magnetfeldunterstützten Niederdruck-Entladung | |
EP0022974A1 (de) | Plasma-Bildanzeigevorrichtung | |
DE2305359C3 (de) | Vorrichtung zur reaktiven Aufdampfung dünner Schichten auf Unterlagen | |
DE1539152A1 (de) | Hochvakuumpumpe | |
DE3208086C2 (de) | Verwendung einer Plasmakanone | |
DE2333866A1 (de) | Felddesorptions-ionenquelle und verfahren zu ihrer herstellung | |
DE2655942C2 (de) | ||
DE3303677A1 (de) | Plasmakanone | |
DE2344581A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zum reaktiven aufdampfen duenner schichten | |
DE2025987B2 (de) | Ionenquelle | |
DE3919724A1 (de) | Verfahren zur herstellung von erdalkalimetallhaltigen und/oder erdalkalimetalloxidhaltigen materialien | |
DE4204193A1 (de) | Verfahren zur herstellung eines elektrolytkondensators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8172 | Supplementary division/partition in: |
Ref country code: DE Ref document number: 3844630 Format of ref document f/p: P |
|
Q171 | Divided out to: |
Ref country code: DE Ref document number: 3844630 |
|
AH | Division in |
Ref country code: DE Ref document number: 3844630 Format of ref document f/p: P |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
AH | Division in |
Ref country code: DE Ref document number: 3844630 Format of ref document f/p: P |
|
8320 | Willingness to grant licenses declared (paragraph 23) |