DE4002269A1 - Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen - Google Patents

Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen

Info

Publication number
DE4002269A1
DE4002269A1 DE19904002269 DE4002269A DE4002269A1 DE 4002269 A1 DE4002269 A1 DE 4002269A1 DE 19904002269 DE19904002269 DE 19904002269 DE 4002269 A DE4002269 A DE 4002269A DE 4002269 A1 DE4002269 A1 DE 4002269A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
boron
contg
plasma
carbon layers
solid
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.)
Granted
Application number
DE19904002269
Other languages
English (en)
Other versions
DE4002269C2 (de
Inventor
Hans Guenter Dipl Phys D Esser
Harry Dipl Ing Reimer
Peter Dipl Phys Dr Wienhold
Joerg Dipl Phys Dr Winter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority to DE19904002269 priority Critical patent/DE4002269A1/de
Publication of DE4002269A1 publication Critical patent/DE4002269A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE4002269C2 publication Critical patent/DE4002269C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/32Carbides
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B1/00Thermonuclear fusion reactors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von aus einer Plasmaentladung in Kohlen­ wasserstoff und/oder mit fester Kohlenstoffquelle abgeschiedenen borhaltigen Kohlenstoffschichten und sie umfaßt Hochvakuumanlagen mit Einrichtungen zur Erzeugung solcher borhaltigen Kohlenstoffschichten, insbesondere Fusionsanlagen.
Die Erzeugung von dünnen Oberflächenschichten aus Kohlenstoff, insbesondere von amorpher oder diamant­ artiger Struktur durch Abscheidung aus einem Kohlen­ wasserstoff-Entladungsplasma ist bekannt (z.B. Vacu­ um 34 (1984) 519 oder DE-PS 36 30 419).
Bekannt ist auch die Erzeugung borhaltiger Kohlen­ stoffüberzüge, indem man in den Entladungsraum Bor­ verbindungen wie Boran oder Borchlorid einbringt (DE-PS 27 36 514).
Ferner wird in der DE-OS 38 14 389.5 der Anmelderin ein Verfahren zur Restgasminderung in Hochvakuuman­ lagen angegeben, bei dem aus einer Gasmischung von Boran (insbesondere Diboran) und Kohlenwasserstoff durch Plasmaentladung abgeschiedene Bor-Kohlenstoff­ schichten als Getter verwendet werden, die insbeson­ dere auf der maximal 400°C warmen Wand aus einer Gasmischung abgeschieden werden, deren Kohlenwasser­ stoffanteil bezogen auf das Boran zweckmäßigerweise erheblich höher ist als dem Verhältnis von Kohlen­ stoff zu Bor im Borcarbid entsprechen würde.
Die gebildeten borhaltigen Kohlenstoffschichten sind als Innenwandbeschichtungen für Apparaturen brauch­ bar, deren Wände hohen Strahlenbelastungen ausge­ setzt sind. Die Schichtdicken liegen im Bereich von 1 bis 104 nm. Der Borgehalt der amorphen Abschei­ dungen sollte wenigstens 1% ausmachen, zweckmäßiger­ weise werden höhere Borkonzentrationen von mehr als 5%, insbesondere über 10% vorgesehen. Die Schich­ ten sind im allg. wasserstoffhaltig und mindern ins­ besondere die schwer zu beseitigenden Wasserdampf- und Sauerstoffreste im Vakuum.
Eine reversible Getterwirkung kann durch wiederholte Regenerierung der Schichten mittels einer RG-Entla­ dung in Edelgas oder Wasserstoff erreicht werden.
Unter Bedingungen, wie sie in Plasmakammern (insbe­ sondere für Kernfusionsuntersuchungen) auftreten, werden solche Bor-Kohlenstoffschichten zwar langsa­ mer abgearbeitet als einfache Kohlenstoffschichten, Haltbarkeit und Wirkung derselben sind jedoch auch begrenzt. Es besteht daher der Zwang zu einer wieder­ kehrenden erneuten Borierung mit dem Nachteil der Bevorratung und Verwendung von toxischen und explo­ siven Boranen, die einen hohen technischen Aufwand zur Gewährleistung der Personensicherheit erfordern.
Ziel der Erfindung ist daher die Erzeugung und/oder Regenerierung von borhaltigen Kohlenstoffschichten, insbesondere auf relativ großen Wandbereichen durch Abscheidung aus einer mit fester Kohlenstoffquelle und/oder Kohlenwasserstoff betriebenen Plasmaentla­ dung, bei dem der Zwang zur Verwendung giftiger Bor­ verbindungen, insbesondere von Boran, entfällt.
Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art ist dadurch gekennzeichnet, daß man als Borquelle für die Ab­ scheidung ein oder mehrere im Plasmabereich vorge­ sehene borhaltige Festkörper verwendet. Mit einer solchen festen Borquelle entfallen Bevorratung, Ein­ schleusung, Dosierung etc. gasförmiger Borverbin­ dungen, so daß insgesamt auch eine Vereinfachung resultiert.
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß in den Plasmabereich gebrachte, insbesondere kathodisch oder anodisch geschaltete borhaltige Graphitelemente in Plasmakammern als Quelle für die Erzeugung von Bor-Kohlenstoffbeschichtungen auf Teilen oder der gesamten Innenwand von Plasmakammern geignet sind: die chemische/physikalische Erosion solcher Elemente im Plasma (vorzugsweise Wasserstoffplasma) führt zur Abtragung von Kohlenstoff und Bor, die sich ent­ sprechend der Borierung aus boranhaltigem Gas auf den betroffenen Kammerwänden niederschlagen. Auf diese Weise kann eine fortlaufende Nachlieferung von Bor und Kohlenstoff im gewünschten Verhältnis sichergestellt werden.
Diese Art der Borlieferung oder -nachlieferung durch Einbringen eines borhaltigen Festkörpers ist selbst­ verständlich nicht auf die Verwendung von borhal­ tigen Graphitelementen beschränkt, sondern man kann jeden beliebigen borhaltigen Festkörper verwenden, aus dem im Plasma keine unerwünschten weiteren Kom­ ponenten freigesetzt werden wie insbesondere Bor selbst. Die Abscheidung kann auf jedem vom Plasma insbesondere Plasmarandbereich erreichten Substrat und nicht nur auf den Vakuumkammerwänden erfolgen.
Als Bor-Kohlenstoffquelle dienen insbesondere Gra­ phitelemente aus "kompaktem" Graphit, der zumindest 0,1% Bor enthält. Vorzugsweise werden jedoch Ele­ mente mit 10 bis 70% Bor, insbesondere 30 bis 50% Bor verwendet, das durch Anreicherung des Graphits aus boranhaltigen Gasmischungen erhalten werden kann. Eine solche Bor-Dotierung kann beim kompakten Element vorgenommen werden oder ein solches als Schichtkörper aus Graphitschichten mit borhaltigen Oberflächenabscheidungen aufgebaut werden. Die Quel­ le kann insbesondere heizbar gestaltet werden, um die Borverteilung und Borabgabe zu beeinflussen.
Die Abarbeitung der Bor-Kohlenstoffquelle erfolgt in der Gasentladung insbesondere am kathodisch oder anodisch geschalteten bor-dotierten Graphitelement, wobei Spannungen bis zu einigen KeV bei Gasdrücken von 10-1 bis 10-4 mbar zweckmäßig sind. Bevorzugt wird die Bor-Kohlenstoffquelle dabei mit Ionen be­ aufschlagt, deren Energien zwischen einigen eV bis einigen 100 eV, typischerweise bei 200-250 eV, lie­ gen.
Der zweckmäßige Arbeitsbereich liegt beispielsweise in einer Glimmentladung vor, die mit einer Spannung im Bereich von 100 bis 3000, insbesondere 300 bis 1000 V in Wasserstoff oder einem Kohlenwasserstoff betrieben wird. Besonders zweckmäßige Drücke liegen im Bereich von 10-2 bis 10-3 mbar.
Die regenerierende Abscheidung von Bor-Kohlenstoff­ schichten für Getterzwecke kann stetig oder wieder­ kehrend, je nach Bedarf vorgesehen werden. Eine heizbare Quelle sollte auf Temperaturbereiche von 1000 bis 2000°C, insbesondere auf eine Temperatur um 1400°C aufheizbar sein.
Eine Anordnung für die Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens in einer Plasmakammer wird schema­ tisch durch die angefügte Zeichnung veranschaulicht, welche die toroidale Geometrie der Anordnung in Auf­ sicht zeigt:
Ein bor-dotiertes kathodisch geschaltetes Graphit­ element 1 ragt in die Plasmakammer 2, deren katho­ disch geschaltete Wände 3 mit der restgasmindernden Bor-Kohlenstoffschicht zu versehen sind.
Bewährt hat sich die Art der Restgasminderung ins­ besondere bei Anlagen für Kernfusionsuntersuchungen, bei denen durch Sondenmessungen in den wandnahen Plasmabereichen eine Verminderung der Sauerstoffan­ teile um den Faktor 10 bis 20 ermittelt wurde.
Als Bor-Kohlenstoffquelle kann bzw. können in Kern­ fusionsanlagen insbesondere der oder die Limiter dienen, die besonders hohen Beanspruchungen ausge­ setzt sind und von denen somit Bor und Kohlenstoff in das Plasma abgegeben werden. Selbstverständlich könnten auch nur Limiterteile aus bor-dotiertem Graphit bestehen.

Claims (13)

1. Verfahren zur Erzeugung von aus einer Plasmaent­ ladung in Kohlenwasserstoff und/oder mit fester Kohlenstoffquelle abgeschiedenen borhaltigen Koh­ lenstoffschichten, dadurch gekennzeichnet, daß man als Borquelle für die Abscheidung ein oder mehrere im Plasmabereich vorgesehene borhal­ tige Festkörper verwendet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als borhaltigen Festkörper Bor-dotierten Graphit mit zumindest 0,1% Bor verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß man mit 10 bis 70% Bor, insbesondere 30 bis 50% Bor dotierten Graphit verwendet.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den borhaltigen Festkörper Ionen mit Energien von einigen eV bis einigen 100 eV ins­ besondere mit 200-250 eV richtet.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der borhaltige Festkörper als Elektrode oder Hilfselektrode einer Glimmentladung mit Spannun­ gen von 100 bis 3000, insbesondere 300 bis 1000 V dient.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidung bei Drücken von 10-2 bis 10-3 mbar erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem borhaltigen Festkörper Heizenergie zuge­ führt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der borhaltige Festkörper auf 1000 bis 2000°C, insbesondere auf eine Temperatur um 1400°C aufge­ heizt wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Wasserstoff- oder Kohlenwasserstoff- Plasma vorsieht.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die borhaltigen Kohlenstoffschichten auf Teilen oder der Gesamtheit der Innenwand der Hochvakuumanlage vorsieht.
11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Abscheidung der borhaltigen Kohlen­ stoffschichten im für eine Getterwirkung erfor­ derlichen Rhythmus wiederkehrend vorsieht.
12. Hochvakuumanlagen mit einer Anordnung zur Erzeu­ gung von borhaltigen Kohlenstoffschichten zumin­ dest auf Teilen der Innenwände durch Plasmaent­ ladung, gekennzeichnet durch zumindest einen als Elektrode oder Hilfselektro­ de geschalteten borhaltigen Festkörper als Bor­ quelle, insbesonders zumindest ein Bor-dotiertes Graphitelement.
13. Fusionsanlage als Hochvakuumanlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Limiter ganz oder teilweise als bor-dotiertes Graphitelement ausgebildet ist bzw. sind.
DE19904002269 1989-01-27 1990-01-26 Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen Granted DE4002269A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19904002269 DE4002269A1 (de) 1989-01-27 1990-01-26 Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3902392 1989-01-27
DE19904002269 DE4002269A1 (de) 1989-01-27 1990-01-26 Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE4002269A1 true DE4002269A1 (de) 1990-08-02
DE4002269C2 DE4002269C2 (de) 1992-01-02

Family

ID=25877188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19904002269 Granted DE4002269A1 (de) 1989-01-27 1990-01-26 Verfahren zur erzeugung von aus einer plasmaentladung abgeschiedenen borhaltigen kohlenstoffschichten und dafuer geeignete hochvakuumanlagen, insbesondere fusionsanlagen

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE4002269A1 (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4118186A1 (de) * 1991-06-03 1992-12-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur minderung von verunreinigungskonzentrationen in fusionsanlagen und fusionsanlage zur durchfuehrung des verfahrens
EP0771020A3 (de) * 1995-10-23 1997-09-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Verfahren zur Einführung von Verunreinigungen, Vorrichtungen hierfür und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes
US6784080B2 (en) 1995-10-23 2004-08-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device by sputter doping

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3630419C2 (de) * 1986-09-06 1988-06-01 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De
DE3814389A1 (de) * 1988-04-28 1989-11-09 Kernforschungsanlage Juelich Verfahren zur restgasminderung in hochvakuumanlagen durch getterschichten und deren erzeugung sowie entsprechend beschichtete hochvakuumanlagen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3630419C2 (de) * 1986-09-06 1988-06-01 Kernforschungsanlage Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De
DE3814389A1 (de) * 1988-04-28 1989-11-09 Kernforschungsanlage Juelich Verfahren zur restgasminderung in hochvakuumanlagen durch getterschichten und deren erzeugung sowie entsprechend beschichtete hochvakuumanlagen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GB-Z: Vacuum 34(1984), S. 519 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4118186A1 (de) * 1991-06-03 1992-12-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur minderung von verunreinigungskonzentrationen in fusionsanlagen und fusionsanlage zur durchfuehrung des verfahrens
EP0771020A3 (de) * 1995-10-23 1997-09-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Verfahren zur Einführung von Verunreinigungen, Vorrichtungen hierfür und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelementes
US6217951B1 (en) 1995-10-23 2001-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Impurity introduction method and apparatus thereof and method of manufacturing semiconductor device
US6784080B2 (en) 1995-10-23 2004-08-31 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Method of manufacturing semiconductor device by sputter doping

Also Published As

Publication number Publication date
DE4002269C2 (de) 1992-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3335132A1 (de) Verfahren zum ausbilden eines diamantaehnlichen kohlenstoff-films auf einem substrat
DE2357814A1 (de) Graphitkoerper mit siliciumcarbidbeschichtung
EP0182889A1 (de) Verfahren zur herstellung von diamantartigen kohlenstoffschichten.
DE2824564A1 (de) Verfahren zum herstellen von elektronischen einrichtungen
DE3630418C1 (de) Verfahren zur Beschichtung von Werkstuecken mit amorphem,wasserstoffhaltigem Kohlenstoff
DE4002269C2 (de)
DE2904171A1 (de) Verfahren zum herstellen von aus amorphem silizium bestehenden halbleiterkoerpern durch glimmentladung
DE2124400A1 (de) Verfahren zur Abscheidung von anorganischen Überzügen aus der Dampfphase
Dance et al. Buckminsterfullerene and liquid-crystal mesophase
DE4225106A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbundes
DE1047180B (de) Verfahren zur Herstellung von sehr reinem kristallinem Siliciumcarbid
DE4118186C2 (de)
DE3208086C2 (de) Verwendung einer Plasmakanone
AT218330B (de) Verfahren zum Aufdampfen von Stoffen
DE2062664A1 (de) Verfahren zum Anbringen dunner Schich ten aus binaren Verbindungen von Titan und Sauerstoff auf eine Unterlage und Vorrich tung zur Durchfuhrung dieses Verfahrens
DE3609359A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektrisch leitfaehig und oxidationsbestaendig beschichteten graphit-formkoerpern
Wu et al. Study of sulfur-containing molecules in the EUV region. V. CS2+ (Ã→ X̃) and COS+ (Ã→ X̃) fluorescence excitation functions
Marusina et al. Phase and particle size composition of carbides formed during electric spark erosion machining of tungsten
Yamada et al. Catalytic isotope scrambling of H2+ D2 and the formation of surface compounds involving oxygen on Ni (100) modified by sulfur
EP0779376A1 (de) Verfahren zur Plasmaaufkohlung metallischer Werkstücke
DE3639927C2 (de)
DE19505720C1 (de) Verfahren zur Abscheidung eines Films aus amorphem Kohlenstoff
CH170514A (de) Verfahren zur Herstellung von Gegenständen, die eine karbidhaltige Aussenschicht aufweisen.
DE411518C (de) Verfahren zur Herstellung einer ein hohes Absorptionsvermoegen fuer Gase aufweisenden Kohle in fester, homogener Form
DE4212231A1 (de) Verfahren zum Dotieren von amorphem Silicium

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee