DE4432156A1 - Applying and/or implanting metal atoms and/or ions on and/or in substrate - Google Patents

Applying and/or implanting metal atoms and/or ions on and/or in substrate

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Abstract

Applying and/or implanting metal atoms and/or ions on and/or in a substrate (26) comprises: (a) producing a plasma (28) using an electrical direct voltage between electrodes (20,22); (b) arranging the substrate (26) in or near the plasma (28); (c) positioning a target (24) contg. the metal in or near the plasma; and (d) sputtering metal atoms from the target (24). The novelty is that an alternating field is superimposed on the electrical direct voltage. An appts. for carrying out the above process is also claimed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen und/oder Implantieren metallischer Atome und/oder Ionen auf bzw. in ein Substrat.The invention relates to a method and a device for Applying and / or implanting metallic atoms and / or Ions on or in a substrate.

Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung P 44 20 614 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Molekular­ siebes zum Entfernen von insbesondere SO₂ und NOx aus einem Fluid. Dieses Verfahren enthält einen Schritt, bei dem ein Plasma mittels einer Gasentladung erzeugt wird, um metallische Ionen in bzw. auf ein Trägermaterial zu implantieren bzw. ab­ zulagern, wobei das Trägermaterial ein Molekularsieb ist mit einer inneren Oberfläche von mindestens 100 m²/g.The non-prepublished German patent application P 44 20 614 describes a method for producing a molecular sieve for removing in particular SO₂ and NO x from a fluid. This method includes a step of generating a plasma by means of a gas discharge to implant metal ions into a carrier material, the carrier material being a molecular sieve having an internal surface area of at least 100 m² / g.

Die Plasmatechnik zum Implantieren und/oder Ablagern von Mate­ rialien auf einem Substrat ist weit entwickelt.The plasma technique for implanting and / or depositing Mate Materials on a substrate is well developed.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein chemisch reaktives Plasma niedriger Temperatur bereitzustellen, das ei­ ne hinreichende Energie aufweist, um eine ionische und atomare Implantation im Substrat und auch eine Ablagerung von Atomen und Ionen auf der Oberfläche des Substrates zu ermöglichen, wobei die Implantation und Ablagerung der Atome und/oder Ionen in drei Dimensionen erreicht wird, d. h. das Substrat wird ei­ nem "Beschuß" von Atomen und/oder Ionen aus allen Richtungen ausgesetzt.An object of the present invention is to provide a chemical to provide low temperature reactive plasma, the egg ne has sufficient energy to ionic and atomic Implantation in the substrate and also a deposition of atoms and to allow ions on the surface of the substrate wherein the implantation and deposition of the atoms and / or ions is achieved in three dimensions, d. H. the substrate becomes egg  "bombardment" of atoms and / or ions from all directions exposed.

Im Stand der Technik sind nur zwei-dimensionale Plasma-Ablage­ rungstechniken entwickelt.In the prior art are only two-dimensional plasma storage development techniques.

Ein Plasma kann verstanden werden als ein teilweise ionisier­ tes Gas, in dem die geladenen Teilchen eine hinreichende Kon­ zentration aufweisen, so daß sie im wesentlichen einer soge­ nannten Coulomb-Wechselwirkung unterliegen. Aufgrund der Cou­ lomb-Wechselwirkung verhält sich ein Plasma wie ein Fluid, wo­ bei die Bewegung der geladenen Teilchen mit der Bewegung der benachbarten geladenen Teilchen gekoppelt ist.A plasma can be understood as a partially ionized Gas in which the charged particles have a sufficient con centered so that they are essentially a soge are subject to Coulomb interaction. Because of the cou lomb interaction, a plasma behaves like a fluid, where at the movement of the charged particles with the movement of the coupled adjacent charged particles.

Die vorliegende Erfindung lehrt die Verwendung eines Plasmas, welches durch eine Glimmentladung erzeugt ist, um die Oberflä­ che eines Substrat-Materials als auch die inneren Flächen ei­ nes solchen Materials zu ätzen, auf ihnen Teilchen abzulagern, es zu zerstäuben oder anders auf seine Oberfläche einzuwirken. Das Plasma erzeugt hochreaktive Neutralteilchen und Ionen mit geringen Temperaturen. Eine derartige Glimmentladung ist ein Plasma, das sich nicht im Gleichgewichtszustand befindet, da die Elektronen eine größere mittlere Energie aufweisen als die Ionen und die Neutralteilchen. Das Plasma wird durch Energie­ zufuhr mittels elektrischer und magnetischer Felder aufrecht­ erhalten. Die Elektronen werden durch das Feld beschleunigt und gewinnen so Energie, die auf die Neutralteilchen über Kol­ lisionen übertragen wird. Da die Elektronen wesentlich größere kinetische Energien haben als die Neutralteilchen, wird eine beträchtliche Anzahl von Ionen, freien Radikalen oder anderen angeregten Teilchen erzeugt, ohne daß das Gas wesentlich auf­ geheizt wird. Auf diese Weise können Konzentrationen von frei­ en Radikalen und Ionen erreicht werden, die normalerweise nur bei Flammentemperaturen gebildet werden. Bei dem genannten Plasma hingegen werden Temperaturen im Raumtemperaturbereich, also z. B. 20°C, aufrechterhalten. Die hochreaktiven freien Ra­ dikale und die anderen angeregten Teilchen bewirken eine starke Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeiten, im Ver­ gleich zu thermischen Reaktionen ohne freie Radikale und ange­ regte Teilchen.The present invention teaches the use of a plasma which is generated by a glow discharge to the Oberflä surface of a substrate material as well as the inner surfaces ei etch such material, deposit particles on them, spraying it or otherwise interacting with its surface. The plasma generates highly reactive neutral particles and ions low temperatures. Such a glow discharge is a Plasma that is not in equilibrium because the electrons have a greater average energy than the Ions and the neutral particles. The plasma is powered by energy supply by means of electric and magnetic fields upright receive. The electrons are accelerated by the field and thus gain energy, which on the neutral particles over Kol is transmitted. Because the electrons are much larger kinetic energies have as the neutral particles, one becomes considerable number of ions, free radicals or others excited particles produced without the gas substantially on is heated. In this way, concentrations of free Radicals and ions are normally only obtained be formed at flame temperatures. In the mentioned Plasma, on the other hand, are temperatures in the room temperature range, So z. B. 20 ° C, maintained. The highly reactive free Ra  Dical and the other excited particles cause one strong acceleration of the reaction rates, in Ver equal to thermal reactions without free radicals and ange excited particles.

Gemäß der Erfindung wird ein Plasma der vorstehend beschriebe­ nen Art verwendet, um freie Radikale, Ionen und andere ange­ regte Teilchen mit relativ geringen Temperaturen, etwa im Be­ reich von Raumtemperaturen, zu erzeugen, um Atome und Ionen auf bzw. in ein Substrat zu implantieren bzw. abzulagern. Da­ bei soll die katalytische Aktivität des Substrates vergrößert werden. Die katalytische Aktivität wird als Ergebnis der Abla­ gerung von Kupferteilchen, sowohl atomar als auch io­ nisch, vergrößert. Da die Verteilung der implantierten und ab­ gelagerten Teilchen weitgehend homogen ist, und weiterhin die aktiven Kupferzentren sich nicht berühren und überdies diese Zentren mit reaktivem zweiatomigen und monoatomigen Sauerstoff geclustert sind, benötigt dieses katalytische Material gerin­ gere thermische Energien, um eine katalytische Oxidation durchzuführen, was weiter unten näher beschrieben ist.According to the invention, a plasma is described above NEN kind used to free radicals, ions and others excited particles with relatively low temperatures, for example in Be rich in room temperatures, generate atoms and ions to implant or deposit on or in a substrate. because in order to increase the catalytic activity of the substrate become. The catalytic activity is determined as the result of Abla copper particles, both atomic and io German, enlarged. Because the distribution of the implanted and off stored particles is largely homogeneous, and continue the active copper centers do not touch and, moreover, these Centers with reactive diatomic and monoatomic oxygen clustered, this catalytic material needs clotting More thermal energies to a catalytic oxidation to perform, which is described in more detail below.

Es ist ein Merkmal der Erfindung, daß eine dreidimensionale Implantation und/oder Ablagerung erreicht wird durch Überlage­ rung eines elektrischen Gleichspannungsfeldes mit einem elek­ trischen Wechselfeld. Das Wechselfeld bewirkt die Implantation und/oder Ablagerung der Atome und/oder Ionen in allen drei Richtungen, das heißt, ein in oder am Plasma angeordnetes Substrat wird von allen Seiten mit den abgelagerten Metallato­ men und/oder -ionen bedeckt und weiterhin, bei geeignetem Substrat, dringen auch Atome und/oder Ionen in das Substrat ein, und zwar von allen Seiten (sofern die Seite nicht durch eine Maske oder einen Träger abgedeckt ist). Die Tiefe des Eindringens in das Substrat-Material hängt im wesentlichen von den weiteren folgenden Parametern ab:It is a feature of the invention that a three-dimensional Implantation and / or deposition is achieved by overlay tion of a DC electrical field with an elec tric alternating field. The alternating field causes the implantation and / or deposition of the atoms and / or ions in all three Directions, that is, one arranged in or on the plasma Substrate is covered on all sides with the deposited metallato men and / or -ions covered and continue, if appropriate Substrate, also penetrate atoms and / or ions in the substrate one, from all sides (if the page is not through a mask or a carrier is covered). The depth of the Penetration into the substrate material depends essentially on the following parameters:

  • (1) der Leistungsabgabe des Plasmas, gemessen in W/cm², und (1) the power output of the plasma, measured in W / cm 2, and  
  • (2) der thermischen Stabilität des Substrat-Materials.(2) the thermal stability of the substrate material.

Plasmatemperaturen können etwa 800°C erreichen wenn eine ent­ sprechende Leistung eingegeben wird. Bei hohen Leistungsauf­ nahmen sind die kinetischen Energien der geladenen Teilchen wesentlich größer und dementsprechend kann auch die Eindring­ tiefe der Teilchen in das Material eingestellt werden.Plasma temperatures can reach about 800 ° C if ent speaking power is entered. At high performance These are the kinetic energies of the charged particles much larger and accordingly, the penetration depth of particles can be adjusted in the material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Substrat Metalloxide, gemischte Metalloxide, Kohlenstoff, Polymere, ein keramisches Material oder auch Kohlenstoffteil­ chen auf, die auf einem Sieb oder einem porösen Körper großer innerer Oberfläche abgestützt sind.According to a preferred embodiment of the invention the substrate metal oxides, mixed metal oxides, carbon, Polymers, a ceramic material or carbon part Make a big on a sieve or a porous body supported inside surface.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Er­ findung weist das Substrat Hopcalite auf, d. h. eine Mischung aus Metalloxiden.According to a particularly preferred embodiment of Er The substrate has Hopcalite, d. H. a mixture made of metal oxides.

Die Erfindung enthält auch ein Verfahren zum Herstellen eines katalytisch aktiven Substrates, bei dem das Substrat nahe oder in einem Plasma positioniert wird und atomares und/oder ioni­ sches Metall in bzw. auf das Substrat implantiert und/oder ab­ gelagert wird mittels Zerstäubung eines Targets, welches das Metall enthält.The invention also includes a method of making a catalytically active substrate in which the substrate is near or is positioned in a plasma and atomic and / or ioni implanted in and / or on the substrate is stored by means of atomization of a target, which is the Contains metal.

Überraschend gute Ergebnisse werden dann erzielt, wenn das ge­ nannte Verfahren angewandt wird auf Kohlenstoffteilchen, bei­ spielsweise von Filtervorrichtungen, wobei die Kohlenstoff­ teilchen auf einem porösen Träger abgestützt sind, insbeson­ dere einem schwammartigen Körper. In diesem Falle, wie auch in anderen Ausführungsbeispielen, sind die implantierten Teilchen vorzugsweise Kupferatome und -ionen. Auch Platin-Atome und - Ionen können implantiert und/oder abgelagert werden.Surprisingly good results are achieved when the ge The method is applied to carbon particles, in For example, of filter devices, wherein the carbon Particles are supported on a porous support, in particular a sponge-like body. In this case, as well as in other embodiments, are the implanted particles preferably copper atoms and ions. Also platinum atoms and - Ions can be implanted and / or deposited.

Ein derart präpariertes Filter enthält Kohlenstoffteilchen auf einem porösen Träger und weist eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit hinsichtlich der Entfernung von SO₂ aus einem Gas­ strom auf.Such a prepared filter contains carbon particles a porous carrier and has a much improved  Efficiency in the removal of SO₂ from a gas electricity on.

Ein anderes Merkmal der Erfindung ist die Bearbeitung von ge­ mischten Oxiden, besonders sogenanntem Hopcalite, um deren ka­ talytische Aktivität zu verbessern.Another feature of the invention is the processing of ge Oxides, especially so-called Hopcalite, mixed around their ka to improve catalytic activity.

Es ist bekannt, daß die katalytische Aktivität von Hopcalite, insbesondere hinsichtlich der Oxidation von Kohlenwasserstof­ fen, nur bei relativ hohen Temperaturen, beispielsweise etwa 500°C, erreicht wird. Deshalb ist eine besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen von kata­ lytisch aktiven Substraten, die Hopcalite aufweisen, bereitzu­ stellen, so daß die katalytische Aktivität bereits bei relativ niedrigeren Temperaturen erreicht wird.It is known that the catalytic activity of Hopcalite, in particular with regard to the oxidation of hydrocarbons fen, only at relatively high temperatures, such as about 500 ° C, is reached. That is why a special task is the present invention, a method for producing kata lytically active substrates, which have Hopcalite, bereitu so that the catalytic activity already at relative lower temperatures is reached.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.Hereinafter, embodiments of the invention will be closer described.

Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines katalytisch aktiven Substrates.The figure shows schematically an apparatus for manufacturing a catalytically active substrate.

Gemäß der Figur ist ein Behälter 10 vorgesehen mit einem Gas- Einlaß 12 und einem Gas-Auslaß 14. Eine Vakuumpumpe (nicht ge­ zeigt) ist durch den Pfeil 16 angedeutet. Mittels eines Ven­ tils 18 kann die Vakuumpumpe an den Behälter 10 angeschlossen bzw. von ihm abgetrennt werden.According to the figure, a container 10 is provided with a gas inlet 12 and a gas outlet 14th A vacuum pump (not shown GE) is indicated by the arrow 16 . By means of a Ven valve 18 , the vacuum pump can be connected to the container 10 and separated from it.

Eine erste Elektrode 20 und eine zweite Elektrode 22 sind im Behälter angeordnet.A first electrode 20 and a second electrode 22 are disposed in the container.

Auf der ersten Elektrode 20 ist ein Target 24 befestigt. Das Target 24 ist als Sputter-Material vorgesehen, also als zu zerstäubendes Material. On the first electrode 20 , a target 24 is attached. The target 24 is provided as a sputtering material, ie as a material to be sputtered.

Auf der zweiten Elektrode 22 ist ein aufnehmender Körper befe­ stigt, der als Substrat dient, dessen katalytische Aktivität in der unten näher beschriebenen Weise erhöht wird.On the second electrode 22 is a receiving body BEFE Stigt, which serves as a substrate whose catalytic activity is increased in the manner described in more detail below.

Ein Plasma wird zwischen den Elektroden 20, 22 in herkömmli­ cher Weise gezündet. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Plasma mit einer sogenannten Glimmentladung erzeugt. Die Grenzen des Plasmas sind in der Figur mit dem Bezugszei­ chen 28 angedeutet.A plasma is ignited between the electrodes 20 , 22 in a conventional manner. In the described embodiment, the plasma is generated with a so-called glow discharge. The limits of the plasma are indicated in the figure with the Bezugszei chen 28 .

Eine Hochspannung im Kilovolt-Bereich, beim Ausführungsbei­ spiel 1 KV, wird mittels einer Gleichspannungsquelle 30 er­ zeugt. Die Gleichspannung wird an die ersten und zweiten Elek­ troden 20, 22 angelegt.A high voltage in the kilovolt range, the Ausführungsbei game 1 KV, 30 he testifies by means of a DC voltage source. The DC voltage is applied to the first and second electrodes 20 , 22 .

Weiterhin ist eine Wechselspannungsquelle 32 vorgesehen. Die Frequenz der Wechselspannung wird im Bereich von Radiofrequen­ zen gehalten, im Fall des dargestellten Ausführungsbeispiels ist die Frequenz der Wechselspannungsquelle 32 13,56 MHz.Furthermore, an AC voltage source 32 is provided. The frequency of the AC voltage is kept zen in the range of Radio Frequencies, in the case of the illustrated embodiment, the frequency of the AC voltage source 32 is 13.56 MHz.

Die durch die Gleichspannungsquelle 30 erzeugte Gleichspannung wird galvanisch getrennt mittels eines Elektrolyt-Kondensator­ kreises 34 separiert.The DC voltage generated by the DC voltage source 30 is separated electrically isolated by means of an electrolytic capacitor circuit 34 .

Die mittels der Quelle 32 erzeugte Wechselspannung liegt auch im Kilovolt-Bereich und ist größer als die Gleichspannung. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt die Wechselspannung (Spitze zu Spitze) etwa 2 KV. Die Wechselspannung wird über Leitungen 40, 42 an die ersten und zweiten Elektroden 20, 22 angelegt. Ein Kondensator-Netzwerk 36 liegt zwischen der Quelle 32 und der Elektrode 22.The AC voltage generated by the source 32 is also in the kilovolt range and is greater than the DC voltage. In the illustrated embodiment, the AC voltage (peak to peak) is about 2 KV. The AC voltage is applied to the first and second electrodes 20 , 22 via leads 40 , 42 . A capacitor network 36 is located between the source 32 and the electrode 22 .

Ein metallischer Kühlblock 46 dient zum Kühlen der zweiten Elektrode 22. Hierzu fließt Wasser durch die Rohre 48. A metallic cooling block 46 serves to cool the second electrode 22 . For this purpose, water flows through the tubes 48 .

Auch die erste Elektrode 20 wird durch eine Wasserleitung 50 gekühlt.Also, the first electrode 20 is cooled by a water pipe 50 .

Ein Einlaß 52 ist für reaktives Gas, insbesondere Sauerstoff, vorgesehen, welches in das Plasma 28 eingeführt wird.An inlet 52 is provided for reactive gas, in particular oxygen, which is introduced into the plasma 28 .

Eine Glimmentladung wird zwischen den Elektroden 20, 22 gezün­ det, wobei das Target 24 auf der einen Seite und das Substrat 26 auf der anderen Seite direkt am Plasma angeordnet sind.A glow discharge is ignited between the electrodes 20 , 22 with the target 24 on one side and the substrate 26 on the other side directly on the plasma.

Typische Betriebsbedingungen des Plasmas sind wie folgt:Typical operating conditions of the plasma are as follows:

PARAMETERPARAMETER BEREICHAREA Druckprint 1,5x10-2 bis 3,8x10-5 bar1,5x10 -2 to 3,8x10 -5 bar Elektronendichteelectron density 10³ bis 10¹² cm³10³ to 10¹² cm³ Mittlere ElektronenenergieMedium electron energy 1 bis 10 eV1 to 10 eV Mittlere Neutral- und Ionen-Energie, kßTMean neutral and ion energy, k ß T 0,025 bis 0,035 eV0.025 to 0.035 eV Ionisierter GasanteilIonized gas content 10-3 bis 10-7 10 -3 to 10 -7 Neutral-DiffusionNeutral diffusion 100 bis 10.000 cm²/s100 to 10,000 cm² / s Dichte der freien RadikaleDensity of free radicals weniger als 30%less than 30% Leistungsverbrauchpower consumption 0,1 bis 1 [W/cm³]0.1 to 1 [W / cm³]

Das Target 24 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein Scheibchen aus Kupfer. Die Kupferscheibe 24 wird zerstäubt (gesputtert). Während des Sputterns, werden Ionen aus dem Plasma extrahiert und durch das elektrische Feld beschleunigt. Die beschleunigten Ionen treffen auf die Target-Elektrode, die aus einem Material besteht, das auf dem Substrat 26 abgelagert werden soll. Im vorliegenden Fall ist das abzulagernde bzw. zu implantierende Material Kupfer. Die auftreffenden Ionen bewir­ ken aufgrund ihrer kinetischen Energie die Zerstäubung des Ma­ terials und die emittierten Atome gelangen auf das Substrat 26. Das Substrat 26 ist in bezug auf das Target 24 in gerader Linie von den Zerstäubten Atomen erreichbar. Um zu verhindern, daß die Oberflächen des Substrat-Materials beeinträchtigt wer­ den, werden sowohl die Target-Elektrode 20 als auch die Substrat-Elektrode 22 gekühlt.The target 24 is a slice of copper in the illustrated embodiment. The copper disk 24 is atomized (sputtered). During sputtering, ions are extracted from the plasma and accelerated by the electric field. The accelerated ions strike the target electrode, which is made of a material to be deposited on the substrate 26 . In the present case, the material to be deposited or implanted is copper. Due to their kinetic energy, the impinging ions cause the atomization of the material and the emitted atoms reach the substrate 26 . The substrate 26 is reachable with respect to the target 24 in a straight line from the atomized atoms. In order to prevent the surfaces of the substrate material from being impaired, both the target electrode 20 and the substrate electrode 22 are cooled.

Um die Oberfläche des Substrates 26 (und auch des Targets 24) zu reinigen, wird Sauerstoff (O₂) und/oder Ozon (O₃) über den Einlaß 52 in den Behälter 10 eingegeben. Ozon ist insbesondere wirksam bei der Entfernung von Ölen oder anderen Verunreini­ gungen auf der Oberfläche.In order to clean the surface of the substrate 26 (and also the target 24 ), oxygen (O₂) and / or ozone (O₃) is introduced via the inlet 52 into the container 10 . Ozone is particularly effective in removing oils or other impurities on the surface.

Die Zugabe von Ozon (oder Sauerstoff) in den Behälter hat ei­ nen weiteren technischen Effekt. Im Plasma 28 werden Sauer­ stoffradikale und angeregte Teilchen hergestellt, so daß, zu­ sammen mit den zerstäubten Cu-Atomen und auch den erzeugten Cu⁺-Ionen, Sauerstoff in bzw. auf dem Substrat 26 implantiert bzw. abgelagert wird. Mit anderen Worten: die zerstäubten ato­ maren und die ionischen Teilchen werden zusammen mit Sauer­ stoffatomen in das Substrat-Material implantiert. Messungen haben gezeigt, daß die Sauerstoff-Implantation im Material des Substrates 26 etwa 800 bis 1.000 Angström tief ist.The addition of ozone (or oxygen) into the container has a further technical effect. In the plasma 28 , oxygen radicals and excited particles are produced, so that, together with the atomized Cu atoms and also the Cu⁺ ions produced, oxygen is implanted or deposited in or on the substrate 26 . In other words, the atomized atoms and the ionic particles are implanted into the substrate material together with oxygen atoms. Measurements have shown that the oxygen implantation in the material of the substrate 26 is about 800 to 1,000 angstroms deep.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel enthält das Substrat 26 Kohlenstoffteilchen mit Durchmessern im Bereich von etwa 0,5 bis 3 mm. Die Kohlenstoffteilchen sind auf einem Polymer-Kör­ per abgestützt, der hochporös ist. Solche schwammartigen Strukturen mit Kohlenstoffteilchen sind wohl bekannt in der Filtertechnik, insbesondere in der Automobilindustrie.According to a first embodiment, the substrate 26 contains carbon particles with diameters in the range of about 0.5 to 3 mm. The carbon particles are supported on a polymer body which is highly porous. Such sponge-like structures with carbon particles are well known in filter technology, especially in the automotive industry.

Ein derartiges Substrat wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, Bezugszeichen 26, verwendet. Als Target 24 dient Kup­ fer oder Platin.Such a substrate is used in the embodiment of FIG. 1, reference numeral 26 . As a target 24 Kup fer or platinum.

Üblicherweise werden die Kohlenstoffteilchen auf dem porösen Körper mittels eines Bindemittels gehalten. Usually, the carbon particles become on the porous Body held by means of a binder.  

Nach der Implantation und/oder Ablagerung von Metallen und Sauerstoff in bzw. auf das Substrat, wie oben beschrieben ist, wird eine wesentlich verbesserte Aktivität des behandelten Substrates bezüglich der Entfernung von SO₂ aus einem Gasstrom erreicht.After implantation and / or deposition of metals and Oxygen in or on the substrate, as described above, will be a much improved activity of the treated Substrate with respect to the removal of SO₂ from a gas stream reached.

Ein anderes Beispiel für ein Substrat 26 ist die Behandlung von Hopcalite, also eine Zusammensetzung unterschiedlicher Me­ talloxide, z. B. MnO₂ und CuO. Auch CoO und Ag₂O kann hinzuge­ fügt sein.Another example of a substrate 26 is the treatment of hopcalites, that is a composition of different metal oxides, e.g. B. MnO₂ and CuO. CoO and Ag₂O can be added.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist als Target 24 eine Kupfer­ scheibe vorgesehen. Die Parameter des Plasma sind typischer­ weise wie oben angegeben.In this embodiment, a copper disc is provided as a target 24 . The parameters of the plasma are typically as stated above.

Wiederum wird Sauerstoff in das Plasma über den Einlaß 52 ein­ gegeben.Again, oxygen is added to the plasma via inlet 52 .

Ionen (Cu⁺) und atomares Kupfer (Cu) sowie auch atomarer Sau­ erstoff werden in das Hopcalite-Material implantiert. Das Hop­ calite-Material hat vor einer solchen Behandlung typischerwei­ se eine herkömmliche innere Oberfläche von etwa 60 m²/g. Nach der Behandlung ist die innere Oberfläche wesentlich vergrö­ ßert.Ions (Cu⁺) and atomic copper (Cu) as well as atomic sow The material is implanted in the Hopcalite material. The hop Calite material typically has prior to such treatment a conventional internal surface area of about 60 m² / g. To the treatment of the inner surface is significantly increased ßert.

Messungen zeigen, daß sowohl Kupfer- als auch Sauerstoffteil­ chen in die Hopcalite-Teilchen bis zu Tiefen von 800 bis 1.000 Angström eingedrungen sind.Measurements show that both copper and oxygen parts into the Hopcalite particles to depths of 800 to 1,000 Angström have invaded.

Hopcalite-Teilchen haben einen typischen Durchmesser von 1 bis 4 mm. Im Inneren des Materials der Hopcalite-Teilchen sind Cu- Zentren verteilt. Aufgrund der vorstehend beschriebenen Plas­ ma-Behandlung werden zusätzlich zu den herkömmlichen Cu-Zen­ tren, atomares Kupfer und ionisches Kupfer innerhalb des Mate­ rials der Hopcalite-Teilchen implantiert. Es wurde beobachtet, daß auf diese Weise sogenannte Cluster aus C⁺-Ionen und ato­ marem Sauerstoff gebildet und im Material der Hopcalite-Teil­ chen implantiert werden.Hopcalite particles have a typical diameter of 1 to 4 mm. Inside the material of the Hopcalite particles are Cu Distributed centers. Due to the above-described Plas Ma treatment will be in addition to the conventional Cu Zen tren, atomic copper and ionic copper within the mate implanted the hopcalite particles. It was observed that in this way so-called clusters of C⁺ ions and ato  oxygen formed in the material and the hopcalite part be implanted.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Rich­ tungen des Gleichspannungsfeldes (Quelle 30) und des Wechsels­ pannungsfeldes (Quelle 32) identisch. Nur die Größe der Felder unterscheidet sich (also der Betrag der Spannungen).In the embodiment described above, the directions of the direct voltage field (source 30 ) and the alternating voltage field (source 32 ) are identical. Only the size of the fields is different (that is, the amount of stress).

Es ist auch möglich, dieses Ausführungsbeispiel dahingehend abzuwandeln, daß die Richtung des Wechselspannungsfeldes nicht identisch ist mit der Richtung des Gleichspannungsfeldes. Ins­ besondere kann die Richtung des Wechselspannungsfeldes senk­ recht stehen zur Richtung des Gleichspannungsfeldes. Auch kann die Richtung des Gleichspannungsfeldes in einem Winkel von 10 bis 80° stehen zur Richtung des Wechselspannungsfeldes.It is also possible to this embodiment to modify that the direction of the AC voltage field is not is identical to the direction of the DC field. in the special, the direction of the AC voltage field can sink are right to the direction of the DC field. Also can the direction of the DC field at an angle of 10 up to 80 ° are in the direction of the AC voltage field.

Die oben beschriebene Überlagerung eines Wechselspannungsfel­ des und eines Gleichspannungsfeldes kann in sehr allgemeiner Art erfolgen und ist nicht auf die oben beschriebenen besonde­ ren Substrate beschränkt. Vielmehr ist es möglich, metallische Atome und/oder Ionen auf eine Vielzahl unterschiedlicher Substrate in dreidimensionaler Weise aufzubringen.The above-described superposition of a Wechselspannungsfel of and a DC field can in very general Kind done and is not on the above-described particular limited substrates. Rather, it is possible metallic Atoms and / or ions in a variety of different Apply substrates in a three-dimensional manner.

Claims (14)

1. Verfahren zum Aufbringen und/oder Implantieren von Metall­ atomen und/oder Metallionen auf bzw. in ein Substrat (26), mit folgenden Schritten:
  • - Erzeugen eines Plasmas (28) mittels eines elektrischen Gleichspannungsfeldes zwischen Elektroden (20, 22),
  • - Anordnen des Substrates (26) im oder nahe dem Plasma (28),
  • - Positionieren eines Targets (24), das das Metall enthält, in oder nahe dem Plasma und
  • - Zerstäuben von Metallatomen aus dem Target (24),
    dadurch gekennzeichnet, daß
  • - dem elektrischen Gleichspannungsfeld ein Wechselfeld über­ lagert wird.
1. A method for applying and / or implanting metal atoms and / or metal ions on or in a substrate ( 26 ), comprising the following steps:
  • Generating a plasma ( 28 ) by means of a DC electric field between electrodes ( 20 , 22 ),
  • Arranging the substrate ( 26 ) in or near the plasma ( 28 ),
  • - Positioning a target ( 24 ) containing the metal, in or near the plasma and
  • Sputtering of metal atoms from the target ( 24 ),
    characterized in that
  • - The DC electric field is stored an alternating field over.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld eine Frequenz größer als 1 MHz, insbesondere eine Frequenz im Radiofrequenzbereich, aufweist.2. The method according to claim 1, characterized in that the alternating field a frequency greater than 1 MHz, in particular a frequency in the radio frequency range. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Gleichspannungsfeldes in die Spannung des Wechselfel­ des im Kilovolt-Bereich liegen. 3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the voltage of the DC field in the voltage of the alternating field of the kilovolt range.   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Wechselfeldes von Spitze zu Spitze größer ist als die Spannung des Gleichspannungsfeldes.4. The method according to claim 3, characterized in that the voltage of the alternating field from tip to tip is greater than that Voltage of the DC field. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Gleichspannungsfeld und das elektrische Wechselspannungs­ feld das gleiche Bezugspotential aufweisen.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the electrical DC field and the electrical AC voltage field have the same reference potential. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Wechselfeldes die gleiche ist wie die Richtung des Gleichspannungsfeldes.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the direction of the alternating field is the same as the direction of the DC field. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Wechselfeldes verschieden ist von der Richtung des Gleichspannungsfeldes.7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the direction of the alternating field is different from the direction of the DC field. 8. Verrichtung zum Aufbringen und/oder Implantieren metalli­ scher Atome und/oder Ionen auf bzw. in ein Substrat (26), mit folgenden Einrichtungen:
  • - einen Behälter (10), der evakuierbar ist,
  • - einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (22),
  • - einer Gleichspannungsquelle (30) zum Anlegen einer Gleichspannung an die Elektroden,
  • - einer Einrichtung zum Erzeugen des Plasmas (28) zwischen den Elektroden,
  • - einer Einrichtung (22) zum Abstützen des Substrates (26) nahe oder in dem Plasma (28), und
  • - einem Target (24), das das zu zerstäubende Metall enthält, gekennzeichnet durch
  • - Einrichtung (32) zum Überlagern eines Wechselfeldes über das elektrische Gleichspannungsfeld.
8. A device for applying and / or implanting metallic atoms and / or ions onto or into a substrate ( 26 ), comprising the following devices:
  • a container ( 10 ) which can be evacuated,
  • a first electrode ( 20 ) and a second electrode ( 22 ),
  • a DC voltage source ( 30 ) for applying a DC voltage to the electrodes,
  • a means for generating the plasma ( 28 ) between the electrodes,
  • - Means ( 22 ) for supporting the substrate ( 26 ) near or in the plasma ( 28 ), and
  • a target ( 24 ) containing the metal to be sputtered, characterized by
  • - Device ( 32 ) for superimposing an alternating field on the electric DC field.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselfeld eines Frequenz größer als 1 MHz, insbesondere eine Fre­ quenz im Radiofrequenzbereich, aufweist.9. Apparatus according to claim 8, characterized in that the alternating field a frequency greater than 1 MHz, in particular a Fre frequency in the radio frequency range. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Gleichspannungsfeldes und die Spannung des Wechsel­ spannungsfeldes von Spitze zu Spitze im Kilovolt-Bereich liegen.10. Device according to one of claims 8 or 9, characterized in that the voltage the DC field and the voltage of the change voltage field from peak to peak in the kilovolt range lie. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung des Wechselspannungsfeldes von Spitze zu Spitze größer ist als die Spannung des Gleichspannungsfeldes.11. Device according to one of claims 9 to 10, characterized in that the voltage of the AC field is greater from peak to peak as the voltage of the DC field. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspan­ nung und die Wechselspannung das gleiche Bezugspotential aufweisen.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that the Gleichspan voltage and the AC voltage have the same reference potential respectively. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Wechselspannungsfeldes die gleiche ist wie die Rich­ tung des Gleichspannungsfeldes.13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the direction the AC field is the same as the Rich tion of the DC field. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung des Wechselspannungsfeldes verschieden ist von der Rich­ tung des Gleichspannungsfeldes.14. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the direction of the AC field is different from the Rich tion of the DC field.
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EP0860854A1 (en) * 1997-01-09 1998-08-26 Eaton Corporation Plasma immersion ion implantation method and apparatus with pulsed anode
CN112567066A (en) * 2018-06-12 2021-03-26 旭硝子欧洲玻璃公司 Method for producing catalytic nanoparticles, catalyst surfaces and/or catalysts

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