DE69636627T2 - Chemischen gasphasenabscheidung und pulverbildung mittels einer thermischen spritzmethode aus beinahe superkitischen und superkritischen flussigkeitlösungen - Google Patents

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Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf Verfahren zu Bildung von Pulver und einem Dünnfilmüberzug aus einer Reagenz, welches in einer Flüssigkeit oder in einer flüssigkeitsähnlichen Lösung eingeschlossen ist, wodurch die flüssige Lösung, unterhalb ihres überkritischen Temperaturpunktes, in einer Zone niedrigen Drucks freigesetzt wird, wodurch eine überragende, sehr feine Zerstäubung oder Verdampfung der Lösung erreicht wird. Gase werden in die zerstäubte Lösung eingebracht oder eingespeist und mit hoher Geschwindigkeit einer Flamme oder einer Plasmastützflamme zugeführt. Das Reagenz reagiert und bildet entweder: 1) Pulver, welches aufgefangen wird; oder 2) einen Überzug aus einer Verdampfungsphase abgelegt auf einem Substrat, welches in das sich ergebende Gas und Dampf eingeführt wird. Die Freisetzung von Flüssigkeiten in der Nähe ihres überkritischen Temperaturpunktes verursacht die Zerstäubung und Expansion mit dem Ergebnis, dass ein sehr feiner Nebel der Lösung entsteht, welcher eine vorteilhafte Pulverqualität oder vorteilhafte Überzugeigenschaften aufweist, und so zu einer verbesserten Durchlassrate und damit zu besseren Substratbeschichtungen beiträgt.
  • Der chemische Verdampfungsprozess wird überwiegend zur Produktion von Pulver und Überzügen eingesetzt. Chemische Gasphasenabscheidung ("CVD") ist die verwendete Bezeichnung bei Beschichtung von einem Substrat. CVD-Produktion von Beschichtungen ist weit verbreitet. Viele dieser Beschichtungen sind nur wenige Nanometer dick und glatter als 5 % bezogen auf die Beschichtungsdicke. Reaktion und Agglomeration des reagierten Dampfmaterials in dem Gasstrom bildet Pulver, welches kommerziell eingesetzt werden kann. Tatsächlich werden Nanopulver zur Bildung von Nanomaterialien eingesetzt, welche als Überzug auf Rohmaterialien unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Die Materialeigenschaften können durch die Steuerung der Teilchengröße des Nanopulvers angepasst werden. Gleichermaßen haben Beschichtungen mit weniger als 50 nm Dicke Eigenschaften, welche sich von denen dickerer Beschichtungen unterscheiden und diese Eigenschaften verändern sich mit abnehmender Beschichtungsdicke.
  • Es ist wünschenswert, solche Pulver und Beschichtungen zu niedrigen Produktionskosten und Kapitalkosten in einem einfachen Produktionsprozess herzustellen. Jedoch gibt es für viele Materialien eine sehr beschränkte Auswahl von verfügbaren Materialien, welche verdampft werden können und traditionell im CVD eingesetzt werden. Wenn hingegen die Möglichkeit bestünde, Beschichtungen in offener Atmosphäre zu bilden, wird die Anwendung des Substrats und des Flusses durch den Entwicklungsprozess erheblich erleichtert. Neben der Bildung von dünnen Überzügen mit guter Qualität ist auch die Bildung von dicken Überzügen mit grobem Material erstrebenswert.
  • Flammenpyrolyse ("CCVD") ist eine erst kürzlich erfundene Art der CVD Technik, welche es erlaubt, die Gasphasenabscheidung in offener Atmosphäre durchzuführen. Der CCVD Prozess bietet mehrere Vorteile gegenüber Dünnfilmtechnologien, einschließlich der herkömmlichen CVD. Der Hauptvorteil der CCVD ist, dass Überzugfilme in offener Atmosphäre ohne kostenintensive Brennöfen, Vakuum- oder Reaktionskammern hergestellt werden können.
  • Daraus folgend können die anfänglichen Systemkosten um bis zu 90 % reduziert werden, verglichen mit Vakuum basierten Systemen. Im Gegensatz zu einer speziellen Atmosphäre, welche durch andere Technologien erfordert wird, weist die Feuerpyrolyse die notwendige Umgebung für die elementare Trennung der Bestandteile einer Lösung zur Verdampfung und für die Gasquellen bereits auf. Der Vorläuferprodukte sind im Allgemeinen in einer Lösung gelöst, so dass sie als brennbaren Brennstoff dienen. Die Pyrolyse kann unter Atmosphärendruck und Normaltemperatur unterhalb einer Abzughaube, im Freiland oder in einer zur Steuerung der Umgebungsgase und des Druckes eingesetzten Kammer durchgeführt werden.
  • Da CCVD im Allgemeinen Lösungen einsetzt, ist es ein herausragender Vorteil dieser Technologie, dass ein schneller und einfacher Wechsel der Dotiersubstanz und der Stöchiometrie, was die Pyrolyse von komplexen Überzügen erleichtert. Im Gegensatz zur herkömmlichen CVD, worin der Vorläuferdampfdruck einen sehr teuren Hochdampfdruckvorläufer in Anspruch nimmt, ist die CCVD Technik im Allgemeinen aufgrund der löslichen Vorläuferelemente kostengünstig. Zudem spielt der Vorläuferdampfdruck keiner Rolle in CCVD, weil der Lösungsprozess die Energie zum Bilden den notwendigen Ionenbestandteil aufweist. Im Allgemeinen sind die Vorläufermaterialien, welche für die herkömmliche CVD Abtrennung vorgesehen sind zwischen 10 bis 100-mal teurer als jene, welche für den CCVD Prozess vorgesehen sind. Durch die Einstellung der Lösungskonzentrationen und Bestandteilen, kann ein großer Bereich der Stöchiometrie abgedeckt werden, so dass eine Abscheidung schnell und einfach möglich ist. Zusätzlich erlaubt es der CCVD Prozess sowohl chemische Zusammensetzungen als auch physikalische Zusammensetzungen des Überzugfilms an die spezifischen Erfordernisse anzupassen.
  • Anders als die CVD, ist der CCVD Prozess nicht teuer und unflexibel, und nicht daran gebunden in einer Niederdruck-Reaktionskammer durchgeführt werden zu müssen, und dadurch kann die Pyrolyseflamme durch die Pyrolyseflammenbank einfach über das Substrat bewegt werden, um einfach große oder komplexe Oberflächenstrukturen zu überziehen. Weil der CCVD Prozess nicht auf spezielle Umweltbedingungen angewiesen ist, kann der Benutzer kontinuierlich Speisematerial in die Überzugszone einbringen, ohne dabei unterbrochen zu werden wodurch ein Stapelablaufprozess initiiert werden kann. Zudem kann der Benutzer die Pyrolyse an vorbestimmten Zonen des Substrats durch einfaches steuern der Schmelzzeit der Flamme in diesen Zonen begrenzten. Schließlich benutzt die CCVD Technologie im Allgemeinen halogenfreie Chemievorläufer, welches eine wesentliche Verringerung der negativen Folgen auf die Umwelt mit sich bringt, verglichen zu den herkömmlichen CVD, welche ein deutlich mehr Nebenprodukte erzeugt.
  • Zahlreiche Materialien sind durch die CCVD Technologie bereits als Überzug mittels der Verbrennung einer vorgemischten Vorläuferlösung als alleiniger Wärmequelle eingesetzt worden. Dieses günstigere und flexible Filmabscheidungsverfahren ermöglicht einen breiteren Einsatz der Dünnfilm-Technologie. Der CCVD Prozess weist die gleiche Flexibilität auf, wie durch das thermische Aufsprühen erzeugt jedoch Filme, welche von ähnlicher Qualität sind wie die des CVD-Verfahrens. Beim herkömmlichen CVD Verfahren sind oft Monate notwendig, um ein Material erfolgreich aufzubringen. Im CCVD Verfahren an diese Phase einige Tage andauern, und damit nur ein Bruchteil der Kosten des herkömmlichen CVD Verfahrens verursachen. Weil diese Überzugeigenschaften günstig sind, erlaubt es der CCVD Prozess, Anwendung von Dünnfilmen wesentlich zu erweitern, einschließlich des Einsatzes in der Tribologie, des Wärmeschutzes, des Verschleißschutz, dem Einsatz in der Raumfahrt, der Optik, Elektronik, Konstruktion und Anwendung zum Schutz vor chemischen Substanzen. Deshalb können Behörden und kommerzielle Benutzer von den Vorteilen des Dünnfilm- und des Dickfilmüberzugs profitieren, einschließlich ihrer hohen Lösbarkeit auf dem Substrat, erzielt über die Mikrostruktur, eine größere Flexibilität, Reduktion des Rohstoffverbrauchs und Verminderung des Aufwandes für den Betrieb und/oder die Abmessungen des Überzugsystems.
  • Ichinose, H., Shiwa, Y., und Nagano, M., Synthesis of BaTiO3/LaMiO3 and PbTiO3/LaMiO3 Thin Films by Spray Combustion Flame Technique, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 33,1, 10 p. 5903-6 (1994) und Ichinose, H., Shiwa, Y., und Nagano, M., Deposition of LaMO3 (M=Ni, Co, Cr, Al) – Oriented Film by Spray Combustion Flame Technique, Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 33, 1, 10 p. 5907-10 (1994) setzen den CCVD Prozess, welchen diese als „spray combustion flame technique" bezeichnen, mittels Ultraschallzerstäubung einer einen Vorläufer enthaltenden Lösung ein, und führen die sich ergebende zerstäubte Lösung einem Argon Trägergas in eine Propan Verbrennungsflamme zu. Jedoch kann dieses Zerstäubungsverfahren nicht die besonders wünschenswerten Submikron Eigenschaften aufweisen, welches für ein verbessertes Überzug- und Pulverbildungssystem wichtig sind.
  • US Patentnummer 4,582,731 (hier als das 731 Patent bezeichnet) offenbart den Einsatz eines überkritisch gebildeten molekularen Nebels zum Erzeugen eines Überzugfilms. Jedoch weist das 731 Patente ein physikalisches Gasabscheidungsverfahren (PVD) auf, welches sich aufgrund der anderen Gegebenheiten von dem CVD Verfahren unterscheidet, dadurch, dass es keine chemischen Reagenz einsetzt und normalerweise in Hochvakuum betrieben wird. Zudem wird in diesen Verfahren kein Schutzraum eingesetzt und es wird nur Bezug genommen auf Flüssigkeitslösung. Chemische Reagenzien wegen ihre physikalischen Eigenschaften besonders ihrer guten Löslichkeit. Die Stützflamme ermöglicht es, Überzüge in freier Atmosphäre ohne zusätzliche Wärmequelle zu erzeugen. Das 731 Patent bringt ein Material auf, welches jedoch nicht als Reagenz in das Verfahren eintritt, und damit unter überkritischen Bedingungen reagieren wird.
  • Ein weiteres Verfahren zur Bildung eines Films auf einem Substrat wird in Sievers et al. in US-A-4,970,093 (hierin als das 093 Patent bezeichnet) offenbart. In diesem Verfahren wird eine Reagenz in einer überkritischen Flüssigkeit mit mindestens einem Lösungsmittel gelöst. Irgendeine Reagenz ist zur Reaktion einsetzbar oder ist ein Vorläufer einer Komponente, und befähigt zur Reaktion mit dem Lösungsmittel zum Bilden des gewünschten Produktes. Der Vorgang, welche im 093 Patent beschrieben ist, ist niedergelegt in B. M. Hybertson, B. N. Hansen, R. M. Barkley und R. E. Sievers, Supercritical Fluid Transport-Chemical Deposition of Films, Chem. Mater., 4, 1992, p. 749-752 und Hybertson et al und B. N. Hansen, B. M Hybertson, R. M. Barkley und R. E. Sievers, Deposition of Palladium Films by a Novel Supercritical Fluid Transport-Chemical Deposition Process produce. Mat. Res. Bull., 26, 1991, p. 1127-33. Das 093 Patent ist für das herkömmliche CVD Verfahren ohne Stützflamme vorgesehen und weist nicht die Atmosphärenbedingungen, welche bei der CCVD eingesetzt werden, und weist damit die oben beschriebenen Nachteile auf. Zusätzlich können nur überkritische flüssige Lösungen eingesetzt werden; flüssige Lösungen in der Nähe ihres überkritischen Punktes können nicht angewendet werden. Alle Vorläuferprodukte des 093 Patent werden durch überkritische Lösungen getragen, dieses begrenzt die Menge der verwendbaren Vorläuferstufen aufgrund Reaktivität und der Löslichkeit überkritischer Flüssigkeiten.
  • B. M. Merkle, R N. Kniseley, F. A. Smith und I. E. Anderson, Superconducting YBaCuO Particulate produced by Total Consumption Burner Process produce, Mat. Sci. Eng., A124, p. 31-38 (1990), J. McHale et al., Preparation of High-Tc Oxide Films via Flaming Solvent Spray, J. Supercond. 5 (6), p. 511 (1992), und M. Koguchi et al., Preparation of YBa2Cu3Ox Thin Film by Flame Pyrolysis, Jpn. J. Appl. Phys. 29 (1), p.L33 (1990) beschreibt den Einsatz einer Flamme zum Abscheiden eines Films, welches als "spray pyrolysis" Verfahren bezeichnet wird. Sowohl Merkle et al. und McHale et al. Scheiden YBa2Cu3Ox aus einer verbrannten, zerstäubten Lösung auf ein Substrat ab, jedoch haben die Abscheidungsbedingungen eine Pyrolyse zur Folgen von niedriger Qualität und einer grobkörnigen Beschichtung. Koguchi et al. zerstäuben mit 0,03 mol/l eine wässrige Lösung und befördern den sich ergebenden Sprühnebel in eine H2-O2 Flamme und scheiden eine 10 µm dicke Beschichtung in 10 Minuten auf ein Yttrium stabilisiertes Zirkonium (YSZ) Substrat ab, welches durch eine Flamme erhitzt wird, worin eine große Menge des zerstäubten Materials aufgrund dieses Verfahrens beim Transport verloren geht. Die Temperatur, welche auf der Rückseite des Substrats gemessen wird, erreicht maximal 940°C. Jedoch wird auf der Flammenseite des Substrats im Wesentlichen eine Temperatur von 100° bis 300° über der Temperatur erwartet, welche auf der Rückseite auftritt, welche in dem Schmelzbereich von YBa2Cu3Ox liegen würde. Der daraus erzeugte Koguchi-et-al.-Film weist eine starke Präferenz der C-Achsen-Orientierung auf und nach einem Sauerstoff Anlassen bei 850° für acht Stunden zeigt der Film bei 90° K einen Nullwiderstand. Koguchi et al. benennt dieses Verfahren "flame pyrolysis" und Erreichen ein Abscheiden bei einer Temperatur, welche nahe dem Schmelzpunkt von YBa2Cu3Ox liegt. Die Lösungskonzentration und die Abscheiderate waren höher als die, welche in dem CCVD Prozess vorliegt. Deswegen besteht die Notwendigkeit eines Überzugsverfahren, welches exzellente Ergebnisse unterhalb des Schmelzpunkts des Überzugmaterials liefert. Die vorliegende Erfindung erfüllt diese Eigenschaften zur feinen Zerstäubung der nahezu überkritischen Flüssigkeit, welches die Filmqualität erhöht, was so zu einer Bildung eines Dampfes des abscheidenden Films, bei niedrigeren Abscheidetemperaturen führt.
  • McHale et al. schieden erfolgreich 75 bis 100 µm dicke Filme aus YBa2Cu3Ox und Bi1.7Pb0.3Ca2Sr2Cu3O10 durch Verbrennung einer zerstäubte Lösung von Nitraten ab, welches sich in flüssigem Ammonium in einem N2O-Gasstrom löst sich und durch Verbrennung von gelösten Nitrat in irgendein Methanol oder Ethylenglykol oder einem Sauerstoffgasstrom ab. Das Ergebnis lässt vermuten, dass die Filme teilchenförmig waren und nicht phasenrein. Die YBa2Cu3Ox Überzüge wurden bei 940°C für 24 Stunden angelassen und die Bi1.7Pb0.3Ca2Sr2Cu3O10 Überzüge wurden bei 800°C für 10 Stunden wärmebehandelt und dann bei 860°C für 10 Stunden, um die gewünschten Materialeigenschaften zu erhalten. Nachdem Sauerstoffanlassen konnte kein Nullwiderstand bei einer Temperatur von oberhalb von 76°K erreicht werden. Die Lösungskonzentration wurden nicht dargelegt aber die Ausschussrate war überdurchschnittlich hoch, in sowohl Koguchi als auch McHales Methode waren die dargelegten Lösungen und die daraus resultierende Filmstöchiometrie identisch. Anders als in der CVD und in der vorliegenden Erfindung können die Lösungsstöchiometrien von der gewünschten Filmstöchiometrie abweichen. Zusätzlich war die resultierende Tröpfchengröße der versprühten Lösung übermäßig groß und der Dampfdruck war zu niedrig für eine wirkungsvolle Dampfabscheidung.
  • Eine zerstäubte Lösung der Vorläufer wurde mit einer Plasmastützflamme in einem Prozess, welche als "Spray inductively coupled plasma" ("Spray-ICP" oder "ICP") benannt, eingesetzt. Siehe M. Kagawa, M. Kikuchi, R. Ohno and T. Nagae, J. Amer. Ceram. Soc., 64, 1981, C7. Im Spray-ICP wird eine Reaktionsmittel enthaltende Lösung in feine Tröpfchen von 1 bis 2 µm Durchmesser zerstäubt, welche dann in die ICP Kammer eingeführt werden. Dieses kann als ein Plasma CVD Verfahren angesehen werden, welches sich von der Flammenpyrolyse unterscheidet. Siehe M. Suzuki, M. Kagawa, Y. Syono, T. Hirai and K. Watanabe, J. Materials Sci., 26, 1991, p. 5929-5932. Dünnfilme aus den Oxide von Ce, La, Y, Pr, Nd, Sm, Cr, Ni, Ti, Zr, La-Sr-Cu, Sr-Ti, Zn-Cr, La-Cr, und Bi-Pb-Sr-Ca-Cu wurden durch dieses Verfahren erfolgreich abgetrennt. Siehe M. Suzuki, M. Kagawa, Y. Syono und T. Hirai, Thin films of Chromium Oxide Compounds Formed by the Spray-ICP Technique, J. Crystal Growth, 99, 1990, p.611-615 und M. Suzuki, M. Kagawa, Y. Syono und T. Hirai, Thin films of Rare-Earth (Y, La, Ce. Pr, Nd, Sm) Oxides Formed by the Spray-ICP Technique, J. Crystal Growth, 112, 1991, p.621-627. Das Halten des Substrats in einem angemessenen Abstand von dem Plasma ist entscheidend für das Synthetisieren von Dickfilmen. Der Bereich der gewünschten Abscheidedistanz von der Plasmaquelle aufgrund des schnellen Temperaturabfalls des Gases sehr klein. CVD artige Überzüge werden durch Ultraschall zerstäubte 0,5 bis 1,0M Lösungen von Metallnitraten in Wasser erzielt, welche in ein ICP mit 6 ml/h unter Einsatz von Ar mit einer Fließgeschwindigkeit von 1,3 l/min eingespeist wurde. Andere Oxide werden abgeschieden und Flüssigkeiten oder flüssigkeitsähnliche Lösungen in der Nähe der überkritischen Temperaturpunktes nicht eingesetzt. Der Einsatz der nahezu überkritischen Zerstäubung mit ICP wurde nicht in Betracht gezogen bei dieser weiten Übersicht über die ICP Zerstäubungsverfahren. Siehe T. R. Smith und M. B. Demon. Evaluation of Current Nebulizers and Nebulizer Characterization Techniques, Appl. Spectroscopy, 44, 1990, p. 21-4.
  • Ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren und -Vorrichtung mit Mitteln zur Pulverisierung von flüssigen Rohmaterialien in feine Partikel wird durch Tetsuo Asaba in EP-0548990 veröffentlicht am 30. Juni 1993 dargestellt. Die feinen Partikel sind zur Herstellung eines Films gebildet aus Rohmaterialgas vergast und werden in eine Reaktionskammern gespeist, wo sie einen Film auf einem Substrat bilden.
  • Folglich ist es im höchsten Grade wünschenswert, Nanopulver und Schichten mit niedrigen Produktionskosten und Kapitaleinsatzkosten in einem einfachen Produktionsprozess zu bilden. Es ist ebenso wünschenswert, in der Lage zu sein Überzüge in offener Atmosphäre herzustellen, ohne einen kostenträchtigen Brennofen, Vakuum oder eine Reaktionskammer. Ferner ist es wünschenswert einen Beschichtungsprozess vorzusehen, welcher eine hohe Adhäsion auf dem Substrat, gesteuerter Mikrostrukturen, Flexibilität und Reduktion des Rohmaterialverbrauchs vorsieht und dabei bei einem reduzierten Betriebsaufwand und/oder einer reduzierten Größe eines Überzugsystems in der Lage ist, gleichzeitig hoch wünschenswerte Submikronfähigkeiten zur Verfügung zu stellen, welches wichtig ist; um einen verbesserten Überzug und Pulverbildung zu erhalten. Daneben ist es wünschenswert einen Produktionsprozess vorzusehen, indem die Lösung in der Nähe des überkritischen Punktes ist und deswegen exzellente Resultate im Bereich unterhalb des Schmelzpunktes des Überzugmaterials liefert.
  • Die WO 94/21841 offenbart CCVD Verfahren und Vorrichtung, welche zu dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 14 korrespondiert. Die vorliegende Erfindung besteht aus einer Vorrichtung zum Bilden eines ausgewählten Materials in einer Reaktionszone, bestehend aus Folgendem:
    • a) eine Fluidleitung (120) mit einem Einlassende (122) und einem gegenüberliegenden Auslassende (124), das eine Auslassöffnung (126) aufweist, die so ausgerichtet ist, dass sie Transportflüssigkeit (T) in der Leitung in eine Reaktionszone leitet, wobei die Auslassöffnung des Weiteren ein Mittel (4, 128) für das Zerstäuben der Transportflüssigkeit umfasst, das ein zerstäubtes Fluidspray bildet,
    • b) eine Umgebung, in der das zerstäubte Spray zur Reaktion gebracht wird und die Bedingungen bietet, die dafür ausreichen, dass das zerstäubte Spray in der Reaktionszone zur Reaktion gebracht wird, wodurch das ausgewählte Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: das Mittel für das Zerstäuben des Weiteren ein Temperaturreguliermittel umfasst, das in thermischer Verbindung um das Auslassende der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist und die Temperatur der Transportflüssigkeit in der Leitung regelt.
  • Die Erfindung unterbreitet ein Verfahren zum Bilden eines ausgewählten Materials in einer Reaktionszone der Vorrichtung wie sie oben beschrieben wurde bestehend aus den folgenden Schritten:
    Verfahren für das Bilden eines ausgewählten Materials in einer Reaktionszone (130) der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgende Schritte umfasst:
    • a) Bereitstellen eines geeigneten Trägers, der ein oder mehrere Reagenzien enthält, um dadurch eine Transportlösung zu bilden, die reaktionsfähig ist und das ausgewählte Material bilden kann, wobei die Transportlösung (T) eine erste ausgewählte Temperatur und einen ersten ausgewählten Druck aufweist,
    • b) Leiten der Transportlösung zu einer Fluidleitung (120) an deren Einlassende (122), wobei die Auslassöffnung (126) am Auslassende (124) so ausgerichtet ist, dass sie das Fluid in der Leitung in die Reaktionszone (130) leitet,
    • c) Leiten der Transportlösung durch die Auslassöffnung der Leitung in die Reaktionszone (130), um ein zerstäubtes Spray zu erzeugen,
    • d) Mischen eines oder mehrerer ausgewählter Gase in das zerstäubte Spray, um ein reaktionsfähiges Spray zu bilden, und
    • e) das reaktionsfähige Spray einer Umgebung aussetzen, deren Bedingungen dafür ausreichen, dass das reaktionsfähige Spray zur Reaktion gebracht wird, wodurch das ausgewählte Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Reaktionszone einen zweiten ausgewählten Druck und die Transportlösung in der Leitung eine zweite ausgewählte Temperatur und einen dritten ausgewählten Druck aufweist, und dass die zweite ausgewählte Temperatur unter der kritischen Temperatur Tc der Transportlösung und der dritte ausgewählte Druck über dem zweiten ausgewählten Druck und über oder bei dem entsprechenden Liquidus- oder kritischen Druck Pc der Transportlösung bei der zweiten ausgewählten Temperatur liegt.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine sehr feine Zerstäubung, Vernebelung, Verdampfung oder Vergasung durch Einsatz von flüssigen Lösungsmitteln oberhalb des kritischen Druckes und unter der kritischen Temperatur. Die gelösten chemischen Vorläufer benötigen keinen hohen Dampfdruck, aber Vorläufer mit hohem Dampfdruck können besser verarbeitet werden oder besser als Vorläufer mit niedrigen Dampfdruck. Durch Erwärmung der flüssigen Lösung kurz vor dem oder an dem Ende der Krise oder Auslassröhre (Verdampfungsvorrichtung), kann die zur Verfügung stehende Zeit für die chemische Reaktion der Vorläuferprodukte oder Ablösung vor der Zerstäubung minimiert werden. Das Verfahren kann zum Auftragen von Überzügen auf vielfältige Metallorganisch und anorganische Vorläufer angewendet werden. Der Solvent der flüssigen Lösung kann aus jeder Flüssigkeit bestehen, indem sie Vorläufer einer Lösung bildet. Die Flüssigkeit oder flüssige Lösungsmittel selbst kann aus einer Mischung von verschiedenen Komponenten bestehen.
  • Eine Verringerung in die überkritischen Temperaturen der Reagenz enthaltenden Flüssigkeit wies überlegene Überzüge auf. Viele dieser Flüssigkeiten sind nicht stabil, die Flüssigkeiten bei STP müssen in einem Druckbehälter oder bei niedriger Temperatur zusammengestellt werden. Um diese Bildung einer Flüssigkeit oder flüssigen Lösung zu vereinfachen, welche ausschließlich bei Drücken größer als dem Umgebungsdruck gearbeitet werden können, werden die chemischen Vorläufer optional zuerst in primären Lösungen gelöst, welche bei Umgebungsdruck stabil sind. Diese Lösung wird in einen druckfesten Behälter eingeführt und dann der zweiten (oder Haupt) Flüssigkeit oder Flüssigkeit (in welche die erste Lösung gemischt wird) wird zugefügt. Die Hauptflüssigkeit oder Flüssigkeit hat eine niedrigere überkritische Temperatur, und dieses hat eine Erniedrigung der Maximaltemperatur, zur Erreichung des gewünschten Grads der Zerstäubung benötigt wird zur Folge. Wenn eine hochkonzentrierte Primärlösung eingesetzt wird, besteht die sich ergebende Lösung, mit niedrigerer Konzentration vor allem aus sekundären oder möglicherweise zusätzlichem Lösungskomponenten. Gewöhnlicherweise ist die Komponente mit dem höheren Anteil in einer vorgegebenen Lösung maßgeblich für die Eigenschaften der Gesamtlösung. Diese zusätzlichen Flüssigkeiten werden zur Unterstützung in der sehr feinen Zerstäubung, Verdampfung oder Vergasung der chemischen Vorläufer beinhalten Lösung eingesetzt. Die Auswahl einer endgültigen Lösungsmischung mit einer niedrigen überkritischen Temperatur, trägt zur Verringerung des Auftretens von Reaktion chemischer Vorläufer, bei welche in der Zerstäubungsvorrichtung reagieren, als auch das Herabsetzen oder Eliminieren der Notwendigkeit die Lösung in der Freigabezone zu erhitzen. In einigen Fällen kann die Lösung vor dem Eintritt in die Freigabezone gekühlt werden, so dass die Löslichkeit und die Flüssigkeitsstabilität gewährleistet ist. Ein Fachmann auf dem Gebiet der überkritischen flüssigen Lösungen kann verschiedene mögliche Lösungsgemische ohne eine übermäßige Anzahl von Experimente ermitteln. Delicti kann dann ein Druckgefäß mit einem Glasfenster oder mit einer optischen Faser und einem Monitor zur visuellen Bestimmung der Mischbarkeit und der Löslichkeitskompatibilität angewendet werden. Umgekehrt gilt, wenn ein Filter verstopft oder ein Ausfall in dem Hauptbehälter gefunden wird, kann eine Inkompatibilität unter den Konditionen aufgetreten sein.
  • Die sich ergebende Pulvergröße, welche durch die Verfahren und Apparaturen der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann wie folgt verringert werden, und dadurch verbessert werden: 1) durch Verringern der Konzentration der Eingangslösungen; 2) durch Verringern der Zeit in dem heißen Gases; 3) durch Verringern der sich bildenden Tröpfchengröße; und/oder 4) Erhöhen des Dampfdrucks des eingesetzten Reagenzien. Jeder Wahl der Variablen liegen andere Annahmen zu Grunde. Zum Beispiel sollte nach ökonomischen Gesichtspunkten die Konzentration der Eingangslösung maximiert werden, zur Erhöhung der Erkennungsrate, und niedriger Dampfdruckreagenz sollte eingesetzt werden, zum Vermeiden hoher Kosten, welche verbunden sind mit höheren Dampfdruckreagenz. Bei Verringerung der Aufenthaltszeit in dem heißen Gas wird die Zeit der Herstellung der gewünschten Phase verkürzt. Bei Verringerung der Tröpfchengröße wird die Fluidtemperatur erhöht, welche bei möglichen Fluidreaktionen und Lösungseffekten eine Rolle spielt. Der Beschichtungsvorgang weist ähnliche, parallele Beziehungen auf.
  • Ein weiterer Vorteil ist es, durch die Freigabe der Flüssigkeit in der Nähe oder oberhalb ihres überkritischen Punktes in einem schnellen Expansionsprozess, einen sehr schnellen Gasdampfstrom zu erzeugt. Sehr schnelle Gasströme reduzieren die Gasdiffusionsgrenzschichten vor der Ablagerungsoberfläche effektiv, was wiederum zu einer verbesserte Filmqualität und Ablagerungseffizienz für. Wenn die Stromgeschwindigkeit oberhalb der Flammen-Geschwindigkeit ist, muss eine Zündflamme oder zu oder andere Entzündungsmittel eingesetzt werden, um eine stabile Flamme zu erhalten. Unter einigen Umständen müssen zwei oder mehr Zündflammen eingesetzt werden, um eine vollständige Verbrennung zu ermöglichen. Bei der Plasmastützflamme werden keine Zündflammen benutzt und eine hoher Geschwindigkeit kann einfach durch die folgenden Betriebsbedingungen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, erzielt werden.
  • Die Lösungsträgerflüssigkeit braucht kein Brennstoff für die Verbrennung zu sein. Nicht brennbare Flüssigkeiten wie Wasser oder CO2 oder schwer zu verbrennende Flüssigkeiten wie Ammoniak können eingesetzt werden, um den Vorläufer zu lösen oder können als sekundäre Lösungskomponenten eingesetzt werden. Diese werden bei einer Flamme oder einer Plasmastützflamme expandiert, welche eine Reaktionsumgebung für die Vorläufer ergibt. Die Ablagerung kann oberhalb, unterhalb oder bei einem Umgebungsdruck durchgeführt werden. Plasmastützflammen dienen zum Verringern des Druckes, Flammen können bis zu einem Druck von 1333 Pa (10 Torr) stabil sein und auch bei hohen Drücken einsetzbar sein. Kalte Flammen oder welche mit einer Temperatur von weniger als 500°C können beide niedrigem Druck gebildet werden. Während beide Verfahren in der offenen Atmosphäre angewandt werden können, ist es vorteilhaft die Verfahren der Erfindung in einer Reaktionskammer unter Anwendung von kontrollierter Atmosphäre zu praktizieren, um sicherzustellen, dass keine luftgetragene Verunreinigung in dem resultierenden Überzug eingeschlossen sind. Viele elektrische und optische Überzugsanwendungen erfordern, dass keine Einschlüsse in dem Überzug vorliegen. Diese Applikationen dient dem Aufbringen von Dünnfilme oder Dickfilme für thermische Trennschichten, es können aber auch Schichten gegen Korrosion und Abnutzung auf gleiche Weise aufgebracht werden.
  • Ferner kann grobes Material, einschließlich einzelner Kristalle durch Verlängerung über die Ablagerungszeit hinaus, gezüchtet werden. Höhere Ablagerungsraten können durch höhere Ablagerungszeit erreicht werden, worin die notwendigen höheren Ablagerungsraten für die Ablagerung eines einfachen Atoms eines einzelnen Kristallitfilms oder Steingutmaterials vorgesehen sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun im Bezug auf die Bezugszeichen der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, im Bezug auf diese beigefügten Zeichnungen ist folgendes dargestellt:
  • 1 stellt eine schematische Darstellung der vorliegende Erfindung dar.
  • 2 stellt ein zeichnerisches Schaubild einer Vorrichtung für Ablagerung des Films und des Pulver bei Einsatz überkritischer und dazu überkritischer Zerstäubung dar.
  • 3 stellt eine schematischen detaillierten Ablauf des Zerstäubers eingesetzt in der vorliegende Erfindung dar.
  • Die vorliegende Erfindung weist ein Verfahren zum Überzug eines Substrats mit ausgewählten Materialien auf. Das Verfahren weist eine erste ausgewählte Temperatur und einen ersten ausgewählten Druck auf, Auflösung in einen geeigneten Träger, wodurch eine Transportlösung mit ein oder mehrere Reagenzien gebildet wird, wodurch diese reaktionsfähig sind, (worin für eine einzelne Vorläuferreagenzien die Ablagerung der Reagenzien aus der Lösung hierin als "Reaktion" bezeichnet wird) zur Bildung eines ausgewählten Materials. Eine gewisse Zeit vor der tatsächlichen Ablagerung, wird ein Substrat in einer Zone mit einem zweiten ausgewählten Druck positioniert. Der zweite ausgewählte Druck kann der Umgebungsdruck sein und ist im Wesentlichen über 2666 Pa (20 Torr). Die Transportlösung wird dann auf einen dritten ausgewählten Druck unter Einsatz von Druckregulierungsmitteln komprimiert, welcher höher ist als der zweite ausgewählte Druck. Ein Fachmann wird erkennen, dass es unterschiedliche geeignete Druckregulierungsmittel gibt, insbesondere Kompressoren, etc. Als Nächstes wird die komprimierte Transportlösung in eine Fluidleitung eingeführt, welche ein Eingangsende und ein gegenüber liegendes Ausgangsende aufweist und Temperaturregelmittel aufweist, welche daran zur Steuerung der Temperatur der Lösung an dem Ausgangsende angeordnet sind. Das Ausgangsende der Leitung weist ferner einen Auslassport auf, welcher geeignet ist, die Flüssigkeit in der Leitung in die Zone und die Richtung des Substrats zu leiten. Der Auslassport kann eine Form, ähnlich einer Düse aufweisen, wie diese in Vernebelungs- und CVD Anwendung eingesetzt wird. Danach wird die Lösung unter Einsatz einer Temperaturregelung auf eine zweite ausgewählte Temperatur erhitzt, welche vorzugsweise 50° unterhalb der kritischen Temperatur TC dieser Lösung liegt, während der dritte ausgewählte Druck, welcher höher ist als der zweite ausgewählte Druck mittels des Einsatzes von Druck regulierenden Mitteln beibehalten wird, und welcher oberhalb des korrespondierenden Liquidus oder kritischen Drucks PC der Lösung bei der zweiten ausgewählten Temperatur.
  • Anschließend wird die komprimierte, erhitzte Lösung durch den Auslassport der Leitung in die Zone, zur Herstellung eines zerstäubten Lösungsmittelnebels in Richtung des Substrats eingeführt. Wenn die Lösung in die Zone eingeführt wird, werden ein oder mehrere ausgewählte Gase zu einer zerstäubbaren Sprühlösung vermischt, zur Bildung eines reaktionsfähigen Nebels und danach zur Exposition des reaktionsfähigen Nebels zu einer Energiequelle mit einem ausgewählten Energiepunkt. Die Energiequelle weist genügend Energie zur Reaktion mit dem reaktionsfähigen Sprühnebel auf, (welche ein oder mehrere Reagenzien der Transportlösung enthält), wodurch Material gebildet wird und das Substrat damit überzogen wird. In einer weiteren Ausführungsform weist dieses Verfahrens eine Energiequelle einer Flammequelle auf und die der ausgewählte Energiepunkt weist den Zündpunkt auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die Energiequelle eines Plasmastützflamme auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der zweite ausgewählte Druck der Zone der Umgebungsdruck. In Flamme einer weiteren Ausführungsform ist der zerstäubte Lösungsnebel ein Dampf oder ein Aerosol mit einer maximalen Tröpfchengröße von weniger als 2 µm.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite ausgewählte Druck in der Zone reduziert zu Erzeugung einer Verbrennungsflamme mit einer Temperatur von weniger als 1000°C.
  • In einer anderen Ausführungsformen ist der Träger Propan und die Transportlösung weist mindestens 50 Vol.-% Propan auf. In einer weiteren Ausführungsform ist die Transportlösung ferner Methanol, Ethanol, Isopropanol, Toluol oder eine Kombination dieser Stoffe. In einer weiteren Ausführungsform ist der Träger derart ausgewählt, das die Transportlösung im Wesentlichen bei Standardtemperatur und einem Druck der zum Ausführen des Verfahrens für Zeitperiode ausreicht, frei ausfällt.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, wird ein unter Druck stehender Behälter eingesetzt. Vor, während und nach dem Komprimierungsschritt ist eine Standardtemperatur liegt die Transportlösung bei Standardtemperatur bei einem ausgewählten Druck vor, welcher zur Bildung eines Liquids oder überkritischen Fluids (abhängig von der Temperatur) ausreicht. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Transportlösung eine Standardtemperatur auf und ein Druckgas, welches im Wesentlichen frei bei einem ausgewählten Druck in einer Zeitperiode abscheidet, welcher ausreichend ist, um das Verfahren durchzuführen. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Reagenzkonzentration der Transportlösung zwischen 0,0005 M und 0,05M.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Auslassende der Leitung ferner einen Flüssigkeitseinführungsport auf und wird vor dem Ausrichten der komprimierten erhitzten Lösung durch den Auslassport der Leitung ausgerichtet. Die Flüssigkeit wird zugefügt und komprimiert und die erhitzte Lösung wird durch den Flüssigkeitseinführungsport geleitet. Eine solche Einführung bildet eine komprimierte Lösung, welche eine reduzierte überkritische Temperatur aufweist. In einer weiteren Ausführungsform weist jede der ein oder mehr Reagenzien einen Dampfdruck von nicht weniger als 25 % des Dampfdrucks des Trägers auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Auslassende der Leitung eine Röhre auf, welche einen Innendurchmesser von 2 bis 1000 µm aufweist, bevorzugt zwischen 10 und 250 µm. In einer sehr bevorzugten Ausführungsformen weißt das Auslassende der Leitung eine Röhre auf, welche einen Innendurchmesser von 25 bis 125 µm aufweist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen das Auslassende der Röhre mit einer Röhre ausgestattet, welche einen Innendurchmesser von 50 bis 100 µm aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Temperatureinstellmittel Mittel, welche die Röhren mittels Widerstandserwärmung erhitzt durch Anordnung einer elektrischen Stromquelle. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannung weniger als 115 Volt. In nun einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Mittel zum Widerstandsheizen der Leitung einen Kontakt auf, welcher 4 mm vor dem Auslassende positioniert ist.
  • Zudem weist die vorliegende Erfindung ein vorher beschriebenes Verfahren auf, worin der Träger und ein oder mehrere Reagenzien derart ausgewählt werden, dass die zweiten ausgewählten Temperaturen die Umgebungstemperatur sind.
  • Das oben beschriebene Verfahren kann innerhalb von Materialien, welche das Substrat überziehen, ein Metall enthalten. Alternativ kann das Material, welches das Substrat überzieht ein oder mehrere Metalloxide aufweisen. Ferner weist die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren auf worin der Träger und ein oder mehrere Reagenzien so ausgewählt sind, dass die zweiten selektierten Temperaturen Umgebungstemperaturen sind.
  • Das oben beschriebene Verfahren keinen hierin praktiziert werden, worin das Material, welches den Überzug des Substrats aufweist, ein Metall ist. Alternativ kann das Material zum Überziehen des Substrats ferner ein oder mehrere Metalloxide aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches als Überzug mit dem Substrat zusammenwirkt ein Karbonat, ein Sulfat, oder Phosphor auf. In einer weiteren Ausführungsform ist das Material, welches überzieht im Wesentlichen weniger als 90 % Quarz.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der reaktionsfähige Sprühnebel einen brennbaren Sprühnebel mit einer brennbaren Sprühnebelgeschwindigkeit auf und darin ist die brennbare Sprühnebelgeschwindigkeit größer als die Flammengeschwindigkeit der Flammenquelle an dem Zündpunkt, und ferner umfasst diese ein oder mehrere Zündhilfsmittel zum Zünden des brennbaren Sprühnebels. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der ein oder mehrere Zündhilfsmittel eine Zündflamme. In einer weiteren Ausführungsform ist die Geschwindigkeit des brennbaren Sprühnebel des größer als ein Mach.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist gewährleistet, dass der Zündpunkt oder die Flammenfront innerhalb von 2 cm vor dem aus das Port liegt.
  • Die vorliegende Erfindung weist ein Verfahren auf, worin während des Freigabeschrittes das Substrat durch Substratkühlungsmittel gekühlt wird. In einer weiteren Ausführungsform schließen die Substratkühlungsmittel ein Mittel zum Abgeben von Wasser auf das Substrat ein. Jedoch wird der Fachmann erkennen, dass viele andere Kühlungsmittel eingesetzt werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches das Substrat überzieht Kohlenstoffmaterial auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches das Substrat überzieht Diamant auf. In einer alternativen Ausführungsform kann das Überzugsmaterial folgendes einschließen: (1) Diamant und (2) ein Metalloxid oder ein Metall. In einer weiteren Ausführungsform kann das Material zum Überziehen des Substrats eine Dicke von weniger als 100 nm aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches das Substrat überzieht eine nacheinander gestaffelte Zusammensetzung auf. In einer weiteren Ausführungsform kann das Material, welches das Substrat überzieht ein amorphes Material sein. In einer weiteren Ausführungsform, kann das Material, welches das Substrat überzieht Nitrid, Carbid, Borid, Metall oder andere Nicht-Sauerstoff enthaltenden Materialien aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung sieht ebenso ein Verfahren vor, welches ferner das Umfließen des sauerstoffreagierenden Sprühnebels mit einem Scheidegas vorsieht, wodurch die Wahrscheinlichkeit von eingelagerten Verunreinigungen verringert wird und für die Aufrechterhaltung einer vorteilhaften Ablagerungsumgebung gesorgt wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite ausgewählte Druck oberhalb von 2660 Pa (20 Torr).
  • Zusätzlich zu dem oberhalb beschriebenen Verfahren, gibt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit einem ausgewählten Material vor. Nun wird auf 1 verwiesen, die Vorrichtung 100 weist Druckregulierungsmittel 110 auf, wie z.B. eine Pumpe zum Komprimieren der Transportlösung T auf einen ersten ausgewählten Druck (auch als "Vorläuferlösung" bezeichnet) in einem Transportlösungsreservoir 112, worin die Transportlösung T ferner einen geeigneten Träger aufweist, indem ein oder mehrere Reagenzien gelöst sind, fähig zum Zusammenwirken zum Bilden eines ausgewählten Materials und worin das Material 110 auf einen ersten ausgewählten Druck oberhalb des korrespondierenden Liquidus komprimiert wird (wenn die Temperatur unterhalb von TC ist) oder des kritischen Druckes, PC, der Transportlösung T bei einer Temperatur der Transportlösung T einzunehmen. Eine Flüssigkeitsleitung 120 weist ein Eingangsende 122, in Flüssigkeit führender Verbindung mit dem Transportlösungsreservoir 112 und einen gegenüberliegenden Auslassende 124 auf, welches einem Auslassport 126 aufweist, welcher zur Lenkung der Flüssigkeit in der Rohrleitung 120 in eine Region 130 eines zweiten ausgewählten Druckes unterhalb des ersten ausgewählten Druckes vorgesehen ist und auf das Substrat 140 gerichtet ist, worin der Auslassport 126 ferner Mittel 128 aufweist (siehe 2 und 3, Zerstäuber 4) zum Zerstäuben einer Lösung zu Bildung eines vernebelten Lösungssprays N. Ein Temperatureinstellmittel 150 ist in thermischer Verbindung mit dem Auslassende 124 der flüssigkeitsführenden Rohrleitung 120 zum Einstellen der Temperatur der Lösung an dem Auslassende 124 im Bereich von 50° ober- oder unterhalb der überkritischen Temperatur, PC, der Lösung vorgesehen. Ein Gaszuführungsmittel 160 zum Zumischen von einem oder mehreren Gasen (z.B. Sauerstoff) (nicht dargestellt) in das zerstäubte Lösungsspray N ist vorgesehen, zum Bilden eines reaktionsfähigen Sprays. Eine Energiequelle 170 wird in einem ausgewählten energieverleihenden Punkt 127 bereitgehalten, zum Einleiten der Reaktion des reaktionsfähigen Sprays, worin die Energiequelle 170 ferner genügend Energie zum Zusammenwirken mit dem reaktionsfähigen Spray in der Region 130 des zweiten ausgewählten Druckes aufweist, worin das Substrat 140 überzogen wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung umfasst die Energiequelle 170 eine Flammenquelle und der ausgewählte energieverleihende Punkt 172 weist einen Zündpunkt auf. In einer alternativen Ausführungsform weist die Energiequelle 170 eine Plasmastützflamme auf. In einer weiteren Ausführungsform weist der Auslassport 126 ferner eine Druckbegrenzung auf (siehe 3, Begrenzung 7).
  • In einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung, ist der zweite ausgewählte Druck der Zone der Umgebungsdruck.
  • In einer weiteren Ausführungsform, ist das zerstäubte Lösungsspray N ein Dampf oder ein Aerosol mit einer maximalen Tröpfchengröße von weniger als 2μm.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite ausgewählte Druck der Zone herabgesetzt, um eine Verbrennungsflamme mit einer Temperatur weniger als 1000°C zu erzielen.
  • In ferner einer weiteren Ausführungsform ist der Träger Propan und die Transportlösung weist mindestens 50 Vol.-% Propan auf. In einer weiteren Ausführungsform ist die Transportlösung aus Butanol, Methanol, Isopropanol, Toluol oder eine Kombination aus dem Vorigen. In ferner einer weiteren Ausführungsform ist der Träger derart ausgewählt, dass die Transportlösung im Wesentlichen bei einer Standardtemperatur abgelagert wird und der Druck für die vorgesehene Zeitperiode ausreichend ist, um das Verfahren durchzuführen.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Druckbehälter (nicht dargestellt) mit einer Standardtemperatur und einem Druckgas vorgesehen, welches bei Kontakt mit der Transportlösung bei einem ausgewählten Druck hinreichend ist, um ein Liquid oder eine überkritischen Flüssigkeit zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Transportlösung eine Standardtemperatur und einem Gasdruck auf, welche im wesentlichen dazu führt, dass bei dem ausgewählten Druck für eine Zeitperiode, welche geeignetes zum Ausführen des Verfahrens das Gas frei niederschlägt. In nun einer weiteren Ausführungsform ist die Reagenzkonzentration der Transportlösung zwischen 0,0005M und 0,05M.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Auslassende 124 der Rohrleitung 120 ferner einen Fluid-Einführungsport auf (siehe 2, Speiseleitung 17 oder 19) und vor dem Einführen des Drucks, wird die erwärmte Lösung durch den Auslassport 126 der Rohrleitung 120 geführt Fluid wird zu der komprimierten, erwärmten Lösung durch den Fluid-Einführungsport zugefügt. Eine solche Einführung bildet eine kombinierte Lösung mit einer reduzierten überkritischen Temperatur.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist jede der ein oder mehreren Reagenzien einen Dampfdruck von nicht weniger als 25 % des Dampfdruckes des Trägers auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist das Auslassende der Rohrleitung eine Leitung auf, welche einen inneren Durchmesser von 2 bis 1000 µm aufweist, vorzugsweise zwischen 10 und 250 µm. In einer stärker bevorzugten Ausführungsform als das Auslassende der Rohrleitung eine Röhre auf, welche einen inneren Durchmesser von 25 bis 125 µm aufweist. In nun einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Auslassende der Rohrleitung mit einer Röhre ausgestattet, welche einen Innendurchmesser zwischen 50 und 100 µm aufweist.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfassen die Temperatureinstellmittel 150 Mittel zum Widerstandsheizen der Rohrleitung durch Zufügen eines elektrischen Stromes einer bestimmten Spannung aus einer elektrischen Stromquelle. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Spannung weniger als 115 Volt. In nun einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Mittel zum Widerstandsheizen der Leitung einen Kontakt 152 auf, welcher 4 mm vor dem Auslassende 126 positioniert ist.
  • Des Weiteren sieht die vorliegende Erfindung ferner einer Vorrichtung vor, worin der Träger und ein oder mehrere Reagenzien derart ausgewählt sind, dass die zweite ausgewählte Temperatur die Umgebungstemperatur ist.
  • Die oben beschriebene Vorrichtung kann eingesetzt werden, worin das überziehende Material, welches das Substrat 140 überzieht, ferner ein Metall ist.
  • Alternativ weist das Material, welches das Substrat 140 überzieht ein oder mehrere Metalloxide auf. In einer weiteren alternativen Ausführungsform als das Material, welches das Substrat 140 überzieht einen Kohlenstoff, eine Schwefelverbindungen, ein Phosphat auf. In nun einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches das Substrat 140 bezieht mindestens 90 % Quarz auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der reaktionsfähige Sprühnebel einen brennbaren Sprühnebel mit einer brennbaren Sprühnebelgeschwindigkeit auf und darin ist die brennbaren Sprühnebelgeschwindigkeit größer als die Flammengeschwindigkeit der Flammenquelle an dem Zündpunkt 172 und ferner weist dieses ein oder mehrere Zündhilfsmittel 180 zum Zünden des brennbaren Sprühnebel ist auf. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jede der ein oder mehreren Zündhilfsmittel 180 eine Zündflamme. In einer weiteren Ausführungsform ist die Geschwindigkeit des brennbaren Sprühnebels größer als ein Mach. In einer weiteren Ausführungsform ist gewährleistet, dass der Zündpunkt 172 oder die Flammenfront 1 cm oder innerhalb von 2 cm vor dem Auslassport liegt. Die vorliegende Erfindung weist ein Substratkühlmittel 190 auf zum Kühlen des Substrats 140. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Substratkühlungsmittel 190 Mittel zum Lenken von Wasser auf das Substrat 140. Jedoch wird ein Fachmann erkennen, dass viele andere geeignete Kühlungsmittel eingesetzt werden können. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Material, welches das Substrat 140 überzieht einen Kohlenstoff. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Material zum Überziehen des Substrats 140 Diamant. In einer weiteren alternativen Ausführungsform umfasst das Material zum Überziehen des Substrats 140 (1) Diamant und (2) ein Metalloxid oder Metall. In einer weiteren Ausführungsform hat das Material, welches das Substrat 140 überzieht eine Dicke von weniger als 100 nm. Und einer weiteren Ausführungsform weist das Material, welches das Substrat 140 überzieht eine abgestufte Zusammensetzung auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Material welches das Substrat 140 überzieht ein amorphes Material auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Material welches das Substrat 140 überzieht ein Nitrid, ein Carbid, Borid, Metall oder Nichtsauerstoff enthaltenden Materialien auf.
  • Die vorliegende Erfindung sieht eine Vorrichtung vor welche Mittel waren einschließt (siehe 2 und 3) Speiseleitung 17 oder 19) zum Einfügen eines Scheidegases oben das reaktionsfähige Spray, wodurch ein gelagerter Verunreinigungen verringert werden und dadurch eine vorteilhafte Ablagerungsumgebung gewährleistet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite ausgewählte Druck oberhalb von 2666 Pa (20 Torr).
  • Zusätzlich weist die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines pulverisierten Materials in einer Zone auf. Dieses Pulverbildungsverfahren umfasst folgendes, bei einer ersten ausgewählten Temperatur zu einem ersten ausgewählten Druck löst sich eine oder mehr Reagenzien, fähig zur Reaktion zum Bilden eines pulverisierten Materials in einer Zone in einem geeigneten Träger auf, wodurch eine Transportlösung gebildet wird, worin die Zone einen zweiten ausgewählten Druck aufweist, welche niedriger ist als erste ausgewählte Druck. Das Pulverbildungsverfahren erfordert die Komprimierung der Transportlösung auf einen dritten ausgewählten Druck oberhalb des zweiten ausgewählten Druck und der Einsetzung von Druckeinstellmitteln. Danach wird die komprimierte Transportlösung in einer Flüssigkeitsrohrleitung geführt mit einem Eingangsende und einem gegenüberliegenden Ausgangsende mit Temperatureinstellmitteln, welche zur Einstellung der Temperatur der Lösung angeordnet sind an dem Auslassende, worin das Auslassende ferner einen Auslassport aufweist, welche zum Lenken der in der Röhre befindlichen Flüssigkeit in die Zone geeignet ist. Die Lösung wird dann durch die Temperatureinstellmitteln erhitzt bis auf eine zweite ausgewählte Temperatur in einem Bereich 50°C oberhalb oder unterhalb der kritischen Temperatur, TC, der Lösung während der dritte ausgewählte Druck oberhalb des zweiten ausgewählten Drucks gewährleistet wird, und oberhalb des korrespondierenden Liquidus- oder des kritischen Druckes PC, der Lösung und zu einer zweiten ausgewählten Temperaturen unter Einsatz der Druckeinstellmittel. Die komprimierte erwärmte Lösung wird dann durch den Auslassport der Rohrleitung in die Zone geführt zur Bildung eines zerstäubten Lösungssprays. Ein oder mehr ausgewählter Gase werden in das zerstäubte Lösungsspray beigefügt zum Bilden eines reaktionsfähigen Sprays. Schließlich wird das reaktionsfähige Spray einer Energiequelle ausgesetzt an einem ausgewählten energieverleihenden Punkt. Wodurch die Energiequelle genügt Energie zur Reaktion des reaktionsfähigen Sprays zur Verfügung stellt, wodurch das pulverisierte Material in der Zone entsteht.
  • In einer weiteren Verkörperung des Verfahrens weist die Energiequelle eine Flammenquelle und einen ausgewählten energieverleihenden Punkt auf, welche einen Zündpunkt einschließt. In einer alternativen Ausführungsform weist die Energiequelle eine Plasmastützflamme auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das pulverbildende Verfahren zum Überziehen eines ausgeprägten Substrats eingesetzt werden. Für dieses Verfahren wird das oben beschriebene Verfahren solchermaßen modifiziert, dass das Verfahren ferner das Beimischen eines ausgewählten der Substratmaterials in der Transportlösung vorsieht.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Pulverbildungsverfahrens weist die Transportlösung eine Konzentration zwischen 0,005 M und 5 M auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform sieht die vorliegende Erfindung einer Vorrichtung zur Bildung eines pulverisierten Materials vor, welche Druckeinstellmittel zum Komprimieren einer auf einen ersten ausgewählten Druck einer Transportlösung in einem Transportlösungsreservoir vorsieht, worin die Transportlösung einen geeigneten Träger aufweist, um darin einen oder mehrerer Reagenzien aufzulösen, welche reaktionsfähig Siedens zur Bildung eines ausgewählten Materials und worin die Mittel zum Komprimieren in der Lage sind, einen ersten ausgewählten Druck oberhalb des korrespondierenden Liquidus oder überkritischen Druckes PC vorzusehen, der Transportlösung bei einer Temperatur der Transportlösung vorzusehen, einer Flüssigkeitsrohrleitungen weist einer Eingangsende in flüssigkeitsführender Verbindung mit dem Transportlösungsreservoir auf und einen gegenüberliegendes Auslassende, welches einen Auslassport aufweist, der zum Lenken der Flüssigkeit in der Rohrleitung in Richtung einer Zone eines zweiten ausgewählten Druckes ausgerichtet ist, welcher geringer ist als der erste ausgewählte Druck, worin der Auslassport ferner Mittel zur Zerstäubung der Lösung aufweist zur Bildung eines zerstäubten Lösungssprays. Ein Temperatureinstellmittel positioniert an dem Auslassende der Flüssigkeit führenden Leitung zur dritter Einstellung der Temperatur der Lösung an dem Auslassende, ein Gaszufügungsmittel zur Beimischung von einem oder mehreren Gasen in das zerstäubte Lösungsspray zum Bilden eines reaktionsfähig Gases, und eine Energiequelle an einer ausgewählten energieverleihenden Punkt zum Zusammenwirken des reaktionsfähig Sprays, wobei die Energiequelle genügend Energie zur Reaktion des reaktionsfähige Sprays in der Zone des zweiten ausgewählten Druckes vorsieht, wodurch das pulverisierte Material gebildet wird. Die Vorrichtung es ähnlich zu der Überzugvorrichtung, mit der Ausnahme dass kein Substrat in der Zone positioniert wird und das stattdessen Pulver aufgefangen wird.
  • Zusätzlich liefert die vorliegende Erfindung einen Überzug auf einem Substrat, welcher durch den oben beschriebenen Prozess hergestellt wird. Zusätzlich liefert die vorliegende Erfindung ein Pulver, welches durch den oben beschriebenen Prozess produziert wird. Eine Flamme erfordert das ein Oxidant anwesend ist. Deshalb können Materialien, welche nicht in der Anwesenheit von Oxidantien stabil sind mittels einer Flamme umgeformt werden. Siehe auch C.H.P. Lupis, "Chemical Thermodynamics of Materials", Elsevier Science Publishing, 1993. Alternativ werden diese Materialien einer Plasmastützflamme ausgesetzt. Bei Einsatz einer Plasmastützflamme ist ein Scheidegas, Plasma einschließende Röhre und/oder eine Reaktionskammer notwendig, um zu gewährleisten das eine Luft oder oxidantfreie Umgebung geschaffen ist. Wegen der Instabilität in der Anwesenheit von Oxidanten, sollte die Flüssigkeit und Gase keine oxidationstreibenden Elemente aufweisen. Zusätzlich kann der Einsatz von Kohlenwasserstoffkomponenten dazu führen, dass sich überschüssiger Kohlenstoff bei der Ablagerung ergibt. Obwohl einiger Kohlenstoff zur Bildung von Karbiden benutzt wird, führt zu viel Kohlenstoff zu einem Hochkohlenstoffhaltigen Überzug und möglicherweise zu elementaren Kohlenstoff. In diesem Fall sollte die Lösungskonzentration erhöht werden oder ein geringerer Karbonanteil oder eine karbonfreie Flüssigkeit eingesetzt werden. Ein Fachmann im Bereich der Verbrennung kann ohne Routineexperimente eine solche darlegen, welche die Ablagerung oder den Einschluß von elementarem Karbon minimiert. Die Ablagerung wird kann als unsauberer oder Karbonablagerung in Brenner- oder Motoranwendungen bezeichnet.
  • Für die Ablagerung von Nitrit sollte einer Plasmastützflamme eingesetzt werden, worin Ammoniak ein geeignetes Lösungsmittel ist. Metallfilme können durch ein chemisches System mit keiner oder geringer Konzentration von Anionen von einer thermisch stabilen Phase aufgebracht werden. In einem kurzen Beispiel soll dies erläutert werden, wenn Tl Metall gewünscht wird, sollte Konzentration von C, N, und Be vorzugsweise niedrig sein und es sollten fast kein Cl, F oder O enthaltende Komponenten anwesend sein. Durch den Einsatz der Plasmastützflamme ist es einfach, sauerstoffstabile Materialien abzulegen, weil das Scheidegas oder die abschließende Röhre nicht gebraucht wird. Jedoch sind die Kosten des Flammeablegens und der damit hergestellten Materialien geringer und dadurch bevorzugt für thermodynamisch stabile Materialien in einer Umgebung, welche genügend Sauerstoff zum vorhalten einer Flamme aufweist.
  • Es mag gewünscht sein eine Beschichtung zu bilden, welche vollständig oder teilweise aus elementaren Kohlenstoff besteht, in diesem Fall müssen alle elementaren Sauerstoff- oder reaktiven Sauerstoffanteile getrennt werden vor dem Karbonfilm, so lange die Filmtemperatur dermaßen ist, das eine Oxidation des Kohlenstoffs thermodynamisch durch die Anwesenheit von elementaren Karbon begünstigt wird. Wenn Spuren von Sauerstoff anwesend sind kann die Reaktionsatmosphäre durch Zuführen von elementarem Wasserstoff reduziert werden und diamantähnliche Kohlenstoffüberzüge können von einer Kohlenstoff enthaltenden Flamme aufgebracht werden, die dazu notwendigen Ablagerungsumstände sind dem Fachmann bekannt. Zusätzlich können Dotiersubstanzen oder eine zweite Phase eines Kohlenstoffüberzugs durch die Zufügung von Reagenzien zu einer Flamme oder ein Plasma durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung vervollständigt werden.
  • Um den Betrieb zu vereinfachen ist es hilfreich Vorläuferlösung in die Zerstäubungsvorrichtung bei Raumtemperatur einzuführen. Die Erwärmung der Lösung sollte als letzter Schritt, kurz vor der Freigabe der Lösung in die Niederdruckzone erfolgen. Solch ein Erhitzen in der letzten Phase minimiert Reaktion und Unmischbarkeit, welche bei höheren Temperaturen auftreten können. Durch das Verwahren der Lösung unterhalb der überkritischen Temperatur bis zur Zerstäubung, gewährleistet dieses die Anwesenheit von ungelösten Mengen des Vorläufers in der Region die normale Lösbarkeit und reduziert die Entwicklung von bedeutsamen Lösungsmittelvorläuferkonzentrationgradienten in der Lösung. Diese Lösbarkeitsgradierten sind ein Resultat der Empfindlichkeit der Lösungskraft auf die überkritische Lösung unter Druck. Geringe Druckgradienten (wie sie sich entlang der Vorläuferlösungssystemszulieferung entwickeln können) können zu signifikanten beobachten Änderungen in der Lösbarkeit führen. Zum Beispiel kann die Lösbarkeit von Akridin in den Kohlendioxidpartei 108° Kelvin sich um das 1000 fache erhöhen bei der Erhöhung des Druckes und 74 Atm auf 85 Atm siehe V. Krukonis, "Supercritical Fluid Nucleation of Difficult to Comminute Solids", Presented at AlChE Meeting, San Francisco, November 25-30, 1984. durch die Löslichkeit Änderungen sind potentiell schädlich weil sie dazu führen, dass die Vorläufer aus der Lösung gedrängt werden und vorzeitig sich absetzen oder reagieren und damit Röhren und Filter verstopft.
  • Der schneller Abfall des Druckes und die hohe Geschwindigkeit an der Düse sorgen dafür, dass die Lösung sich ausdehnt und zerstäubt. Für Lösungskonzentration in den normalen Lösung des Bereich, welcher sehr den Betrieb in dem nahezu überkritischen Zerstäubungssystem der vorliegende Erfindung bevorzugt wird sind die Vorläufer vorzugsweise wirksam in Lösung, nachdem sie in dem Bereich niedrigen Drucks eingebracht wurden. Der Ausdruck "wirksam in Lösung" soll verstanden sein in Verbindung mit den Prozessen, welche stattfinden, wenn eine Lösung mit einer Lösungskonzentration oberhalb der normalen Lösungskonzentration oberhalb der normalen Lösungsstärke in eine Zone niedrigen Drucks eingeführt wird. In diesem Fall führt der rasche Druckabfall dazu, dass ein hohes Übersättigungsverhältnis für eine katastrophale Lösungskeimbindungsbedingungen verantwortlich ist. Wenn die katastrophale Keimbindung die Lösung von den ungelösten Vorläufer herausnimmt, wird die Verabreichung das Ausfällen von kleinen Vorläuferpartikeln beschleunigt. Siehe D.W. Matson, J.L. Fulton, R.C. Petersen and R.D. Smith, "Rapid Expansion of Supercritical Fluid Solutions: Solute Formation of Powders, Thin Films, and Fibers", Ind. Eng. Chem. Res., 26, 2298 (1987); H. Anderson, T.T. Kodas and D.M. Smith, "Vapor Phase Processing of Powders: Plasma Synthesis and Aerosol Decomposition", Am. Ceram. Soc. Bull., 68, 996 (1989); C.J Chang and A.D Randolph, " Precipitation of Microsize Organic Particles from Supercritical Fluids", AlChE Journal, 35, 1876 (1989); T.T. Kodas, "Generation of Complex Metal Oxides by aerosol Processes: Superconducting Ceramic Particles and Films", Adv. Mater., 6, 180 (1989); E. Matijevic, "Fine Particles: Science ad Technology", MRS Bulletin, 14, 18 (1989); E. Matijevic, "Fine Particles Part II: Formation Mechanisms and Applications", MRS Bulletin, 15, 16 (1990); R.S. Mohamed, D.S. Haverson, P.G. Debenedetti and R.K. Prud'homme, "Solid Formation After Expansion of Supercritical Mixtures," in Supercritical Fluid Science and Technology, edited by K.P. Johnston and J.M.L. Penniger, p.355, American Chemical Society, Washington, DC (1989); R.S. Mohamed, P.G. Debenedetti and R.K. Prud'homme, "Effects of Process Conditions on Crystals Obtained from Supercritical Mixtures", AlChE J., 35, 325 (1989); J.W. Tom and P.G. Debenedetti, "Formation of Bioerodible Polymeric Microspheres and Microparticles by Rapid Expansion of Supercritical Solutions", Biotechnol. Prog., 7, 403 (1991). Partikel sind in der Bildung von dünnen Überzügen um gewünscht, können aber bei der Bildung von Pulver nützlich sein.
  • Deshalb sieht der erwärmte Zerstäuber der vorliegenden Erfindung ferner überragende Vorteile verglichen mit einer unbeheizten Vorrichtung vor, welche einer rasche Ausdehnung eines Lösungsmittel ausschließlich oberhalb der überkritischen Temperatur vorsieht, welche (erstens) eine Temperatur ermöglicht für einen gut beherrschbaren Grad der Zerstäubung der Vorläuferlösungsmittelmischung zu sorgen und (2) katastrophale Keimbildungen der Vorläufer zu unterdrücken, während gleichzeitig die Vorteile der überkritischen Zerstäubung in Anspruch genommen werden können. Überschallgeschwindigkeiten können durch Einsatz einer Machscheibe erzeugt werden, welches zu einer zusätzlich Zerstäubung führt.
  • Durch Anpassung des Wärmeeingangs in der Zerstäubungsvorrichtung kann die Lösung in verschiedenen Graden verdampft werden. Ohne Hitzeeinfluss auf die Zerstäubung Vorrichtung, können liquide Lösungen oder höhere überkritischer Temperaturliquide welche Liquide bei dem STP sind, in Form eines Liquidstroms ausfallen, welcher deutlich entfernt von überkritischen Bedingungen ist. Dieses ergibt eine schlecht gebildete Flamme und unter Umständen einen nicht wünschenswerten Flüssigkeitskontakt mit dem Substrat. Verringern der Temperaturdifferenz der Liquidlösung auf ihre überkritischer Temperatur an der Düse führt dazu, dass die Liquidlösung in einzelne Tröpfchen aufbricht, welche dann einen Nebel erzeugen der dann von der Zerstäubungsvorrichtung freigelassen wird. Die Tröpfchen verdunsten und werden nach einem kurzen Abstand folglich unsichtbar. Wenn die überkritische Temperatur in der Zerstörungsvorrichtung angenährt wird, führt das zu einer Verkleinerung der Tröpfchen der flüssigen Lösung und damit nimmt der Abstand, der zur Verdampfung der Lösung gebraucht wird ab. Unter Einsatz dieser Zerstäuber wird bei Gebrauch eines Aerosolsverdampfungsprüfers eine Dampftröpfchengröße bestimmt welche unter der 1,8 nm Nachweisgrenze des Instrumentes liegen. Ferner ergibt die Erhöhung der Wärmeeinfuhr einen Zustand ohne Nebel an der Spitze oder eine komplette Verdampfung. Ohne durch die Theorie eingeschränkt zu werden, kann dieses Verhalten einer Lösung als kombinierte überkritische Eigenschaften der Reagenzien und des Lösungsmittels bezeichnet werden. Bei Lösungen der Vorläufer bei Temperaturen unter der kritischen Lösungsmitteltemperatur, welcher als Gase wie STP auftreten, verhalten sich ähnlich jedoch sind die auftretenden Lösung an der Spitze (ebenso als "Düse" oder als "Begrenzter" bezeichnet) nicht dazu geeignet einen Flüssigkeitsstrom zu bilden, auch ohne Hitzeeinfluss. Die Menge der Wärme, welcher zum optimalen Erreichen der Verdampfung der Lösung eingebracht werden müssen hängt meistens von der Wärmekapazität der Lösung und der Differenz zwischen der überkritischen Temperatur der Lösung Umgebungstemperatur an der Düse ab. Es ist wünschenswert den Druck und die Temperatur des Systems (vor der Verdampfung) oberhalb des Siedens und des überkritischen Punktes der Lösung beizubehalten. Wenn der Druck unterhalb der Liquidus oder die kritischen Druckes zusammentreffen mit einer Temperatur oberhalb des Liquiduspunktes, wird die Verdampfung des Lösungsmittel bereits in der Rohrleitung vor dem Erreichen der Spitze auftreten. Dadurch verlässt ein Lösungsmittel die Vorrichtung, welche sich absetzen kann und die Zerstäubungsvorrichtung verstopfen kann. Entsprechend ist der Druck vorzugsweise hoch genug in der überkritischen Zone, so dass die Flüssigkeit liquidähnlich ist. Liquidähnliche überkritische Flüssigkeiten sind bessere Lösungsmittel als gasförmige überkritischer Flüssigkeiten, ferner reduziert das die Wahrscheinlichkeit, dass Lösungsmittel die Zerstäubungsvorrichtung verstopfen. Wenn die Vorläufer zu Vorläufer Wechselwirkung höher ist, als die Kraft zwischen Lösungsmittel und Vorläufer, können die Lösungsmittelvorläuferbindungen unterbrochen werden und wirksam den Vorläufer aus der Lösung drängen. Vorläufermoleküle bilden dann Klumpen, welche an der Zerstäubungsvorrichtung hängen bleiben und den Begrenzter verstopfen. Das Problem kann in den meisten Fällen gelöst werden, durch Verschieben des Dampfpunktes von der Innenseite der Spitze auf das Ende der Spitze, worin dieses durch Reduktion der Wärmezufuhr an der Zerstäubungsvorrichtung ausgeführt wird. Ein weiterer Lösungsansatz ist es, ein Lösungsmittel zu benutzen, welches stärkere Bindungen mit dem Vorläufer bildet, so dass eine stabilere Lösung gebildet wird. Eine geringe Menge von Nebel an der Spitze ergibt gewöhnlicher Weise die höchste Filmqualität. Nano- und Mikrokugeln des Materials werden gebildet, wenn die Temperaturen des Lösungsmittels hoch genug oder tief genug ist. Diese Kugeln sind schädlich, wenn dichte Überzüge gewünscht werden.
  • Wenn der nebelfreie Zustand erreicht wird, wird Ablagerung oberhalb der kritischen Temperatur durchgeführt. Die Hitze der Flamme und das Mischen mit externem Gasen hält das STP flüssige Lösungsmittel vom Kondensieren von dem Bilden der Tröpfchen ab. Wenn die nebelfreie Instanz, die Zerstäubung und das Vermischen sehr gut ist, jedoch die Fluidstabilität reduziert ist, führt das zu einer Flamme, die in Bezug auf die Richtung der Spitze von einer Seite zur anderen springen kann. Mit einem solchen Verhalten der Flamme ist eine Ablagerung möglich aber es kann schwierig sein einen Film mit der erforderlichen Gleichförmigkeit und Schichtdicke abzulagern. Zusätzlich ist es notwendig, die Temperatur der Lösung beizubehalten, bevor sie freigelassen wird unterhalb einer Temperatur, bei der entweder das Lösungsmittel ausfällt oder reagiert und ausfällt. Bei Einsatz eines Lösungsmittelgemisches kann es möglich sein, dass während der Erwärmung die Grenze zur spinodalen Unmischbarkeit erreicht wird. Dieses führt dazu, dass die Bildung von zwei separaten Phasen eingeleitet wird mit der Möglichkeit den Konzentrationsunterschied in den beiden Phasen aufgrund der unterschiedlichen Lösbarkeiten der Lösungsmittel konzentriert. Dieses kann die Bildung des Vorläufers und der Produktsphäre bei hoher Zersträubungstemperatur beeinflussen. Alle diese Faktoren demonstrieren, dass bevorzugt die Minimierung der Ablagerung der Lösung angestrebt wird, wenn notwendig bis zur Spitze, so dass möglicherweise ungewünschte Gleichgewichtskonditionen von Materie nicht genügend Zeit haben, um sich aufzulösen. Die Struktur des Films kann deshalb genau gesteuert werden. In dieser Regelung ist eine Anzahl von Filmmikrostrukturen möglich. Durch Erhöhung der Lösungsmittelkonzentration und der folgenden Mikrostrukturänderungen ist es möglich eine Konzentration frei zu wählen, die einen dicht gefügten oder dünnen, porösen; einen glatten oder rauen; einen reihenförmigen oder einen glatten Film, einen dicken oder einen dünnen Film aufträgt, abgestufte oder vielschichtige Überzüge können ebenso hergestellt werden, siehe auch Beispiele VI. Vielschichtige Überzüge können durch die Zufügung von unterschiedlichen Vorläufer tragenden Lösungen mit einer einzelnen Flamme hergestellt werden. Sequenzielle, vielfache Ablagerungsflammen können zum Erhöhen des Durchsatzes der Produktionsanordnung eingesetzt werden. Einige zusätzliche Faktoren steuern die Ablagerungsparameter einschließlich der Substratsoberflächentemperatur, welche die Oberflächendiffusion und die Oberflächenandruck kontrolliert, welches die Randbedingungen der Schichtdicke steuert und schließlich Ablagerungsrate, die Lösungskomposition und das Gasmischungsverhältnis des aufzubringenden Materials, und damit auch die Wachstumseigenschaften des Überzugs, der Flamme und des Plasmaenergiepegels bei einer auftretenden Reaktion ein und die Dampfstabilität und die Entfernung von dem Substrat beeinflusst die Zeit von der Versteuerung bis zur Reaktion der Ablagerung, welche zu einer Partikelbildung führen oder zu einem Abnehmen der Ablagerungszeit für größere Anhäufung führen kann. Zusätzlich können elektrische und magnetische Felder die Wachstumseigenschaften einiger Materialien verändern, so dass eine erhöhte Ablagerungseffizienz erreicht wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass solche elektrischen und magnetischen Felder einen Einfluss auf das Größenwachstumsverhalten einiger Dampfablagerungsmaterialien hat, als auch die jeweilige Ablagerungsrate und -effizienz. Weil die erforderliche Energieaufnahme für die Lösungsmittelheizung am Zerstäuber bei unterschiedlichen Vorläuferprimärlösungsmitteln schwankt, und auch bei Vorläufersekundärlösungsmitteln, ist es bevorzugt, einen Vielschichtdünnfilm aufzubringen aus Lösungen mit konstantem ersten und zweiten Lösungsmittelverhältnis. Dadurch ist es nicht notwendig die Energie an dem Zerstäuber zu ändern, wenn von einer Lösung auf einer anderen umgeschaltet wird. Die sich ergebende Vereinfachung der Einstellungsprozedur erhöht die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit, während es die Kosten reduziert. Alternativ kann das Substrat durch Flammen, welche in unterschiedlichen Marsreagenzien enthalten sind, zum Bilden der gewünschten Vielschichtigkeit eingesetzt werden. Ein Hauptunterschied zwischen dem Gebrauch einer Flammenflüssigkeit oder einer Plasmastützflammenflüssigkeit ist es, das die Flammenlösungskonzentration in Relation zu der gewünschten Flammenenergie steht. Lösung mit hohen Konzentrationen können in der Zuleitungsröhren zu Ablagerung und Verstopfung führen. Schwächere Lösungen, Vorläufer mit höherem Dampfdruck, höhere Ablagerungstemperaturen und/oder eine höhere Mobilität und Diffusionskomponenten benötigen weniger Lösungfluidheizung zum Erzielen eines dichten Überzugs, Vorläufer mit niedrigem Dampfdruck kann einen hoch qualitativen Überzug bilden, aber die Zerstäubung und die Ablagerungsparameter sind weniger variabel als bei Vorläufer mit hohem Dampfdruck, jedoch sind sehr niedrige Lösungsmittelkonzentration ungeeignet bei niedrigen Ablagerungsraten.
  • Wenn die Lösung den Treibstoff der Verbrennungen zur Verfügung stellt, ergeben sich Konzentration abhängig vom Material bis zu 0,10 M in dichten Überzügen. Die meisten Materialien weisen bevorzugt Konzentration von bis zu 0,01 M auf. Materialien mit niedriger Diffusion und Beweglichkeit benötigen Lösungskonzentration von weniger als 0,002. Lösungskonzentration von weniger als 0,0001 M ergeben sehr langsamen Ablagerungsquoten für die meisten Materialien. Plasmastützflamme und Flammenablagerungen mit zugefügten brennbaren Materialien können höhere Konzentrationen aufweisen, sogar mehr als 1 M, jedoch nicht ist für die bevorzugte Dampfbildung der Vorläufer eine hohe Konzentration weniger wünschenswert, außer wenn der Vorläufer einen hohen Dampfdruck aufweist. Niedrigdampfdruckvorläufer Lösungskonzentration sind vorzugsweise geringer als 0,002 M.
  • Ohne Beschränkung der Theorie, wird bei der Entdeckung angenommen, dass das Prinzip der CVD-Ablagerung nicht auf Reaktionen der Oberfläche begrenzt ist. Siehe Hunt, A.T., "Combustion Chemical Vapor Deposition, a Novel Thin Film Deposition Technique", Ph.D. Thesis Georgia Inst. of Tech, Atlanta, GA., (1993); Hunt, A.T., "Presubstrate Reaction CVD, and a Definition for Vapor", vorgestellt auf der 13ten Int. Conf. zu CVD, Los Angles, CA (1996). Der vorangegangene Inhalt hierin ist als Hinweis enthalten. Reaktion können vornehmlich in dem Gasstrom vorkommen, jedoch muss das sich ergebenden Material welches abgelegt wird, unter kritisch in der Größe sein, um einen Überzug mit Dampf abgeschiedenen Mikrostrukturen vorzubringen. Diese Beobachtungen zeigen, dass ein Dampf aus einzelnen Atomen, Molekülen oder Nanobündeln besteht, welche auf ein Substrat absorbiert werden können und vielleicht in einen niedrigeren Energiezustand oder -Konfiguration sich zerstäuben. Deshalb verringert sich die maximale Bündelgröße mit niedriger Substratstemperatur, ebenso wie die kritische Keimgröße. Der Fachmann weiß, dass Reagenzbündel nach der Verdampfung des Lösungsmittels übrig bleiben, und dass die Bündelgröße von dem Reagenzdampfdruck, der anfänglichen Tröpfchengröße und der Lösungskonzentration. Deshalb muss die Zerstäubung von Niedrigdampfdruckreagenzien, welche nicht in einer Flamme verdampft werden sehr fein sein.
  • Bevorzugte flüssigen Lösungsmitteln sind günstige Lösungsmitteln, welche nicht begrenzend einschließt Methanol, Ethanol, Wasser, Isopropanol und Toluol. Wasserlösungen müssen in einer zuvor existierenden Flamme eingespeist werden, während brennbare Lösungsmittel ihrerseits in einer Flamme eingesetzt werden können. Es ist bevorzugt aber nicht notwendig, den Hauptteil der Flamme unter Einsatz der Lösung zu erzeugen, mittels Einspeisung der Lösung in die Flamme. Niedrigere Reagenzkonzentration ergeben sich daraus, welches die Bildung von superkritischen Nukleusgrößenmaterialien erleichtert.
  • Eine bevorzugte Lösungsmittel- und sekundärer Lösungsflüssigkeit ist Propan, welches ein Gas bei dem STP ist. Allerdings muss man anmerken, dass viele andere Lösungsmittelsysteme einsetzbar sind. Siehe auch z.B. CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Boca Raton, Florida. Propan wird wegen seiner niedrigen Kosten bevorzugt, und wegen seiner kommerziellen Verfügbarkeit und Sicherheit. Viele kostengünstige Organometalle können in einer vorherrschenden Propanlösung eingesetzt werden. Um die Handhabung zu erleichtern, werden die anfänglichen Vorläufer in Methanol, Isopropanol, Toluol oder anderen Lösungsmitteln, welche kompatibel mit Propan sind, gelöst. Diese anfängliche Lösung wird dann in einem Behälter eingeführt, dem flüssiges Propan zugeführt wird. Propan ist eine Flüssigkeit beim Druck von über 100 psi bei Raumtemperatur. Die sich ergebende Lösung als einen niedrigeren überkritischen Punkt auf als die Eingangslösung, welches die Zerstäubung durch Herabsetzen der benötigten Energieeinfuhr in den zur Steuerungsprozess vereinfacht. Zusätzlich dient das primäre Lösungsmittel zum Erhöhen der polaren Löslichkeit des Propans, wodurch eine höhere Lösungskonzentration für viele Reagenzien ermöglicht wird, als andererseits durch einen Propan allein erreicht würde. Als eine grundsätzliche Regel sollte die Polarität des primäre Lösungsmittel mit ansteigender Polarität des Lösungsvorläufers (Vorläufer) sich erhöhen. Isopropanol kann bei der Löslichkeit einer polaren Lösung helfen, und ist dabei besser als Toluol. In einigen Fällen dient primäre Lösungsmittel als ein Schild zwischen den sekundären Lösungsmitteln und einer Liganten der Lösung. Ein Beispiel dieser Lösung von [Pt(CH3COHCOCH3)2] in Propan, worin die Gewichtsverhältnisse zwischen der Vorläufer/primärem Lösungsmittel und primären Lösungsmittel/sekundären Lösungsmittel höher sein können, als diese in anderen Systemen erforderlich sind.
  • Ammoniak wurde als ein sekundäres Lösungsmittel für die Abschaltung von Überzügen und Pulver berücksichtigt und geprüft. Während Ammoniak ein billiges Lösungsmittel ist, welches kompatibel mit Nitrid basierten Vorläufer ist, ist es nicht einfach mit anderen sekundären Lösungsmitteln nutzbar und Probleme ergeben sich aufgrund der allgemeinen Aggressivität puren Ammoniaks. Die Zerstäubungseigenschaften von Ammoniak wurden ohne zusätzlichen Vorläufer getestet und der eingesetzte Druckkessel wurde merklich angegriffen nach dem Experiment, auch wenn ein so genannter Typ 316 rostfreier Stahlkessel eingesetzt wurde. Im Gegensatz zu Kohlenwasserstoff-basierten Lösungsmitteln, greift Ammoniak auch Buna-N und Viton Dichtungen bereits nach einigen Minuten an. Auch ohne eine geeignete Dichtungsmaterial ist dies ein Problem, weil die gewünschten Überzügen und Pulver normalerweise Spuren von Eisen ausgewaschen aus dem Druckkesselwänden enthält.
  • Andere Gase ähnliche sekundären Lösungsmittel wurden geprüft und können genutzt werden wie zum Beispiel Ethan, Ethylen, Ethan/Ethylengemisch, Propan/Ethylengemisch, Propan/Ethylengemisch. Ethan und Ethylen als sekundären Lösungsmittel wurden zum Beschlichten von Saphirmonokristall Substraten benutzt mit YSZ und YSZ-Aluminiumdünnfilmen, welche Dichtefilme ergaben. Platindünnfilme wurden aus einem überkritischen Gemisch von Ethan und einer Platinmetallorganverbindung abgeschieden. LCS and PLZT Dünnfilme wurden aus überkritischen Ethanmischungen ausgeschieden. Für diese Abscheidungen wird eine unbeheizte Düse eingesetzt, so dass sie Vorläuferlösung ausschließlich eine schnelle Expansionszerstäubung durchlief. Eine Düse mit großem ID ("inneren Durchmesser") Düse (verglichen zur Öffnung) mit schmaler Öffnung wurde eingesetzt. Weil die Öffnung nur 0,1 mm lang ist (in Richtung der Vorläuferflussrichtung) bildet sich ein Druckgradienten über die Düse und nährt sich einem nicht kontinuierlichen Übergang an. Dieser plötzliche Druckabfall ermöglicht eine adiabatische Expansion von Lösungsmittel. Die Prozesse, welche beim Eintreten einer solchen raschen Erweiterung ein System aufweisen, welches nicht im Gleichgewicht ist, wurde für verschiedene überkritische Systeme beobachtet. Siehe z.B. C.R. Yonker, S.L. Frey, D.R. Kalkwarf und R.D. Smith, "Characterization of Supercritical Fluid Solvents Using Solvatochromatic Shifts, " J. Phys. Chem., 90, 3022 (1986); P.G. Debenedetti, Homogeneous Nucleation in Supercritical Fluids", AlChE J., 36, 1289 (1990); J.W. Tom and P.G. Debenedetti, "Particle formation with Supercritical Fluids – A Review", J. Aerosol. Sci., 22, 555 (1991).
  • Andere geprüfte Lösungsmittel und Lösungsmittelmischungen ergab eine ähnliche Qualität, auch wenn sie komplexer in der Bearbeitung waren, da ihr Siedepunkt merklich niedriger ist, welches dazu führt, dass die Lösung gekühlt werden muss. Um die Handhabung zu vereinfachten, Propan, das bevorzugte Lösungsmittel aber andere überkritischen Lösungsmittel können als Alternative zu Propan eingesetzt werden in Fällen in den Propan nicht eingesetzt werden kann wie zum Beispiel wenn ein Vorläufer nicht in Propan gelöst werden kann. Andere Flüssigkeiten, wenn dies gewünscht wird können eingesetzt werden, um die überkritische Temperatur zu verringern. Das Propan Brennstoff/Lösungsmittelsystem mit hohen Ablagerungseffizienz und Ablagerungsraten genutzt. Die Ablagerungseffizienz von 17 % wurde für die Ablagerung von völlig dichtem SiO2 wurden beobachtet, und Ablagerungsraten von 1 μm/min SiO2 wurden gefunden.
  • In der Entwicklungsphase wurde als eine mögliches Erwärmungsverfahren die Anwendung von elektrischem Strom an dem Auslassdüsenende eingeführt, an dem die Vorläuferlösung sind die Zone niedrigen Drucks eingeführt wird, und an der Rückseite der Begrenzungsröhre. Diese direkt erhitzte Begrenzungsröhre erlaubt in dem Verfahren eine schnelle Änderung der Zerstäubung aufgrund einer kurzen Antwortzeit. Der Ort der höchsten Erwärmung kann auch bis an die Spitze verlagert werden, durch Erhöhung der Erhöhung des Verbindungswiderstandes mittels der elektrischen Leiterverbindung, welche mit der Spitze verbunden ist. Röhren mit dünnem Begrenzungswänden weisen einen höheren Widerstand auf als dickwandige Röhren auf, und dadurch verringert sich die Antwortzeit. Andere Erwärmungsverfahren können angewendet werden und einige wurden zudem neu entdeckt, wie insbesondere Widerstandsfernbeheizung, Zündflammenbeheizung, induktive Beheizung und Lasererhitzung. Ein Normalfachmann kann sicherlich weitere geeignete Erwärmungsmethoden zur Einstellung der Temperatur an dem Auslassport des Zerstäubers benennen. Widerstandsfernbeheizung setzt eine nicht leitende Widerstandsröhre ein, welche auf der Innenseite in ein leitfähiges Rohr eingepasst wird. Die nicht leitende Röhre wird eng anliegend in die leitende Röhre eingeführt. Die Applikation von elektrischem Strom in den Leiter erwärmte die Röhre und es wird Energie in die innere nicht leitende Begrenzungsröhre geführt. Dieses Verfahren erfordert größere Heizströme verglichen zu der direkt beheizenden Widerstandsröhrenmethode, und weist längere Antwortzeiten, welches unter gewissen Bedingungen ein Vorteil sein kann, weil eine erhöhte Antwortzeit zu einem größeren Grad thermischer Stabilität führt. Auf der anderen Seite benutzen Zündflamme und Lasererhitzung die Energie der Zündflamme oder des Laserlichts zur Erhitzung der Begrenzungsröhre. Eine solche Anordnung als Direktbeheizung aufgebaut werden, worin die Spitze durch die Zündflamme oder durch das Laserlicht oder eine indirekt erhitzte Konfiguration, in der eine größere äußere Röhre erhitzt wird, eingesetzt wird. Weil die Menge an Energie, welche in die Lösung übertragen werden muss groß ist, wird die erwärmte Röhre vorzugsweise eine dicke Wand aufweisen als dieses bei dem direkten elektrischen Erwärmen oder bei dem Fernerwärmungsverfahren der Fall ist. Das Anwenden der Zündflamme oder des Laserlichts auf eine äußere Röhre erlaubt den Einsatz einer dünnwandigen Begrenzungsröhre.
  • Nun wird auf 2 und 3 Bezug genommen, hierin wird einen Vorrichtung 200 für das Abscheiden von Filmen oder Pulver unter Einsatz einer überkritischen Zerstäubung dargestellt. Die Vorrichtung 200 besteht aus einer festen oder variabel einstellbaren Förderpumpe, welche die Reagenztransportlösung 2 (Vorläuferlösung) genannt von dem Lösungsbehälter 3 in den Zerstäuber 4 (auch als "Zerstäuber" oder "Verdampfer" bezeichnet) zuführt. 3 ist ein vergrößerte Ansicht einer detaillierten zeichnerischen Darstellung des Zerstäubers 4. Die Vorläuferlösung 2 wird von dem Vorläuferlösungsbehälter 3 durch die Röhre 5 in den Filter 6 und den Zerstäuber 4 gepumpt. Die Vorläuferlösung 2 wird dann in einen Bereich temperaturgesteuerterter konstanter oder variabler Widerstandsbeheizung 7 gepumpt. Die Erwärmung kann in unterschiedlichen Arten erreicht werden, dieses kann insbesondere sein: elektrische Widerstandsbeheizung, Laserlicht, induktive Heizungen oder Flammenheizung. Für die elektrischer Widerstandbeheizung wird entweder Wechsel- oder Gleichstrom eingesetzt. Einer der elektrischen Verbinder auf dem Widerstand 7 ist bevorzugt sehr nah an der Spitze des Widerstandes 7 platziert. Für den Fall der Erhitzung mit einer Gleichstromquelle, kann diese Verbindung oder Pol 8 positiv oder negativ sein. Der andere Pol 9 kann mit jedem der anderen Punkte entlang des Widerstandes 7 verbunden sein, auf der Innenseite oder Außenseite des Gehäuses 10. Für spezielle Anwendungen, wie zum Beispiel dem Bilden eines Filmüberzugs der Innenseite einer Röhre wird einer geringere Zerstäuberbaugröße vorteilhaft sein, es wird bevorzugt den Widerstand 7 an den Rande der Gehäuserückseite 10 oder innerhalb des Gehäuses 10 anzuschließen. Gasanschlüsse an der Geräuscherückseite 10 werden in einer Linienanordnung dargestellt können aber auch in anderen Anordnungen platziert werden, so dass sie nicht die Funktion der Vorrichtung 200 beeinträchtigen.
  • Eine dünne Gas A Zuführungsröhre 11, mit einem inneren Durchmesser von 1,7 mm (1/16'') (ID) wird in den meisten Fällen zum Einführen eines brennbaren Gasgemischs in einen kleinen Auslassöffnung eingesetzt, worin dieses zur Bereitstellung einer stabilen Zündflamme dient, vorzugsweise mit 2,5 cm Entfernung von dem Widerstand 7, zum eingesetzt zu verbrennen der Vorläuferlösung, welche über den Widerstand 7 zugeführt wird. Die Gaszuführung wird über einen Flussregler 13 gesteuert, zur Steuerung des Zuflusses der Mischungskomponenten des Gases A, 14 und 15. Die Gas A Brennstoffkomponente 14 wird mit dem oxidierenden Komponenten 15 in einem der Mischung-"T" Ventile 16 gemischt, welches nahe der oder innerhalb des Zerstäubers 4 angeordnet ist. Dieses späte Zusammenmischen wird vor allem aus Sicherheitsgründen gemacht, weil geeignet ist, potenziell den Verbrennung vor einzudämmen. In dem Gehäuse 10 ist die Gaszuführung 10 mit der Gaszuführung 17 verbunden. Eine Gas B Zuführungslinie 18 wird eingesetzt, um Gas B von der Speisung 19 in inniger Mischung zu transportieren, so dass eine innige Mischung mit dem zerstäubten Lösungsspray durchgeführt werden kann. In den meisten Fällen wird ein Hochgeschwindigkeitsgasstrom eingesetzt. Eine Anzahl von Gas B Zuführungslöchern 20 (4 in den meisten Fällen, mehr oder weniger Löcher können in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung eingesetzt werden) werden um den Widerstand 7 platziert, zur Zuführung von Gas B, so dass ein geeignetes Flussmuster eingehalten wird. Die Flusseigenschaften des Gas B Stroms werden durch Faktoren, wie z. B. dem Gas B Druck, in dem Gas B Lagerbehälter 21, Durchflussrate, wie sie durch den Durchflussregler 13 bestimmt wird, Röhrendurchmesser 5, und die Anzahl der Zuführungslöcher 20 beeinträchtig. Alternativ kann das Gas B durch eine große koaxiale Röhre und einen umgebenden Begrenzer 7 zugeführt werden. Wenn die Vorläuferlösung 2 in die Vorläuferzuführung 22 eingepumpt wurde, durch welchen die Temperatur bei dem Durchfluss (in dem Fall elektrischer Heizung) über den Widerstand 7 durch die Stromversorgung 23 bestimmt ist, eingestellt wurde. Der Heizstrom kann so eingestellt werden, dass die richtige Zerstäubungsmenge eingestellt werden kann. Die stabile Zündflamme ist dann dazu geeignet, das zerstäubte reaktionsfähige Spray zu zünden und ein Pulver oder ein Film auf dem Substrat 24 zu bilden.
  • Viele verschiedene Überzüge wurden durch Verfahren und Vorrichtung der vorliegende Erfindung abgelegt. In den meisten Fällen wurde Propan als zweites überkritisches sekundäres Lösungsmittels eingesetzt, (d.h. ein Teil von hoher Vorläuferkonzentration von Primärlösungsmittel wurde mit einer großen Menge des Sekundärlösungsmittels gemischt), es wurden aber auch andere Lösungsmittel eingesetzt. Als Andere mögliche sekundäre Lösungsmittel wurden insbesondere Ethylen, Ethan, Ammoniak eingesetzt. Das Folgende ist eine Liste der Materialien und Daten bezüglich der Vorrichtung nach 2 und diese repräsentiert nur einige wenige der vielen möglichen Materialien, welche abgelegt werden können und unter Einsatz der vorliegenden Erfindung. Diese Liste ist nicht dazu gedacht den Rahmen der vorliegende Erfindung zu begrenzen, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist:
    METALLE: Ag, Au, Cu, Ni, Pt and Rh;
    OXIDE: Al2O3, 3Al2O3-2SiO2, BaCeO3, BaTiO3,
    BST, Cr2O3, Cu2O, DLC, In2O3, (K)-SiO2,
    LaPO4, LSC, LSM, MgO, MnO-Pt, NiO,
    PbSO4, PdO, PLZT, PZT, RuO2, SiO2,
    SnO2, SrLaAlO4, SrTiO3, TiO2,
    YBa2Cu3Ox, YIG, YSZ, YSZ-Aluminum
    (ZTA), Y2O3 and ZrO2;
    SONSTIGES: BaCO3, LaPO4 und PbSO4
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass beinah jedes Substrat durch das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegende Erfindung mit einem Überzug versehen werden kann. Ein Substrat kann man dann beschichten, wenn es Temperatur beständig ist und insbesondere gegenüber den sich während des Versuchs sich ergebenden heißen Gase. Substrate können unter Einsatz von Kühlmitteln gekühlt werden (wie bereits hierein beschrieben wurde) wie z.B. einem Wasserstrahl, aber bei einem Substrat mit niedriger Oberflächentemperatur können dicht oder kristalline Überzüge vielerlei Materialien gemacht werden, es sei denn, dass die damit verbundenen niedrigen Diffusionraten nicht ausreichen. Zusätzlich kommt dazu die Stabilität gegenüber heißen Gasen, welches ferner den Einsatz der niedrigen Temperaturen, einer Flamme mit niedrigem Gasspeisedruck oder ohne zusätzliche Substratskühlungsmittel einschließt.
  • YSZ und PT sind als Pulver abgelegt worden. Andere Materialien können mit dieser Technologie als ein Film oder Pulver abgelegt werden. Es muss betont werden, dass die vorliegende Erfindung eine breite Anwendbarkeit aufweist und so Materialien und Substrate durch die vorliegende Erfindung verarbeitet werden können, welche nicht auf die oben aufgelisteten Materialien begrenzt sind.
  • Unter diesem Gesichtspunkt werden Beispiele unter Benutzung der bevorzugten Ausführungsformen der oben beschriebenen Verfahren und Vorrichtung an hierin weiter fortgesetzt. Weitere Merkmale der Erfindung werden durch die folgenden Beispiele verdeutlicht, welche nur zu dem Zweck der Veranschaulichung gegeben sind und nicht dazu beabsichtigt sind, Beschränkungen der vorliegende Erfindung vorzugeben.
  • Beispiel I
  • Um die Abscheidungsmöglichkeiten für Überzüge nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen, werden einfache Oxidüberzüge auf Metallsubstrate aufgebracht, SiO2 wurde auf eine Wasser gekühlt Aluminiumsfolien aus einer Lösung von Tetraethoxysilan [Si(OC2H5)4] gelöst in Isopropanol 2,1 Gew.-% Si, zusätzlich Isopropanol auf 2,3 ml) und Propan (51 ml) wurde einer umfassenden Siliziumskonzentration von 0,06 M zugefügt. Die Gastemperatur beim Abscheiden war 1190°C. Die Nadel zur Zerstäubung des Vorläufers, wie in 3, dargestellt war 304 Rostfreier Stahl mit äußeren Durchmesser OD = 304.8 μm (0,012 Zoll) und innen Durchmesser ID = 101,6 µm (0,004 Zoll). Der Widerstand über die elektrische Durchflusslänge der Nadel war ungefähr 1,6 W. Es wurde eine kleine Zündflammen aus verbrannten Methan und Sauerstoff gebildet, und wurde während der Ablagerung eingesetzt, um die Zündflamme aufrechtzuerhalten. Die Lösung wurde mit einer Rate von 3 ml/min gepumpt und mittels der Steuerung der Strommenge durch die Nadel zerstäubt. In diesem Beispiel war die Strommenge 2,65A. Der Lösungspumpendruck während der Abscheidung wurde von zwischen den Durchläufen geändert und ist nicht wichtig, solange wie ein Minimaldruck vorhanden ist, um die Eigenschaften der Flüssigkeit zu bewahren. In diesem Fall war der sich ergebende Druck 3,447 MPa (500 psi). Sauerstoff, welcher an der Außenseite der Lösungsflamme zugefügt wurde, wurde über das Flussmeter mit einem Druck von 206,8 KPa (30 psi) bemessen mit einer Flussraten von 4750 mm/min.
  • Die Aluminiumfolie wurde während der Abscheidung von 551,6 KPa (80 psi) Luft/Wasser-Nebel an der der Ablagerung gegenüberliegende Seite des Substrats gekühlt. Die Abscheidungsrate für den aufgebrachten Überzug lag bei 1190°C für 78 s bei ungefähr 1 μm/min und die Abscheidungseffizienz war 16,6 % (errechnet nach dem Gewichtzuwachs der insgesamt verfügbaren zu Quarz reagierenden Vorläufermaterialien). Der amorphe Überzug war Dicht und haftete auf dem Substrat. Obwohl die Oberfläche des Überzugs nicht so glatt war, wie sie bei niedrigeren Abscheidungsraten erzielt wird, wurden im gute Dünnfilminterferenzfarben beobachtet. Es trat keine Substratoxidation auf.
  • Beispiel II
  • Zusätzlich zu den gebildeten Überzügen auf Metallsubstraten wie z. B. dem Oxid, welches im Beispiel 1 auf Aluminium aufgetragen wurde, wurden ebenfalls Überzüge auf Kunststoffsubstraten durchgeführt. Platin wurde auf Teflon bei einer Gastemperatur von 200 bis 260°C mit einer 0,005 M Lösung von Platinumacetylacetonat [Pt(CH3COCHCOCH3)2], Toluol und Methanol gebildet. Die benutzte Abscheidungsvorrichtung war ähnlich zu dem im Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass zwei getrennte sind Zündflammen eingesetzt wurden und der Sauerstoff über eine koaxiale Röhre, welche die Reagenzlösung umgab, eingeführt wurde. Die Lösungsflussraten lag bei 2 ml/min mit einem Druck von 16,34 MPa (1500 psi) und einem Nadelstrom von ungefähr 3,3 A. Der Sauerstoff floss mit einem Druck von 137,9 kPa (20 psi) und einer Rate von 4750 ml/min. Der sich ergebende haftende Film war glatt, dicht und einheitlich. Röntgenstrahlungsbeugung ("XRD") bestätigte die Bildung von Platin (mit einer (111) bevorzugten Wachstumsrichtung).
  • Dieses Beispiel veranschaulicht das die Überzüge, welche beim Verfahren der vorliegende Erfindung erzeugt werden können nicht ausschließlich Oxide sind, das Platin wurde als reines Element abgelegt.
  • Beispiel III
  • Die von der vorliegende Erfindung entwickelten Überzüge sind nicht nur beschränkt planare Substrate. Filme können auf keramischen Fasern unter Einsatz der Vorrichtung der vorliegende Erfindung abgelegt werden. LaPO4 wurde abgelehnt auf einer Aluminiumoxidfaser mit einer Lösung Triethylphosphat [C2H5O)3PO4] gelösten in Toluol 1,7 Gew.-% P, Lanthanum 2-ethylhexanoat [La(OOCCH(C2H5)C4H9)3], zusätzlichem Tutorien (16 ml) und Propan (237 ml). Die sich ergebende Lösung wies eine Konzentration von 0,0010M P und 0,0013M La auf. Die Lösung floss mit einer Rate von 3 ml/min mit einem Druck von 2,827 MPa (410 psi) während der Abscheidung und wurde durch einen Nadelstrom von 2,36 A zerstäubt. Durchlassrate des Sauerstoffs zu Lösungsflamme war 4750 ml/min an mit einem Druck von 206,8 MPa (30 psi). Die 400 Fasern in dem Werg wurden gleichzeitig beschichtet. Jede Faser war ungefähr 12 mm im Durchmesser. Das Werg wurde langsam zweimal durch die Abscheidungszonen der Flammen bewegt. Es wurden nur zwei Durchgänge durch die Flamme benötigt (wobei das Werg um 180° um seine Längsachse in den zweiten Durchlauf in Bezug auf dem ersten Durchlauf gedreht wurde) es wurden nur zwei Einsätze benötigt, um einer uniformen Überzug über die einzelnen Fasern in dem Werg zu bilden. Die dichtesten Überzüge wurden einer Temperatur von 900°C das Temperaturen Bereich von 300 bis 500 nm Dicke mit mehr als 50 % Fasern in dem Werg gebildet. Es wurde keine übermäßige Faserdegradation als Folge des Flammeneinsatzes festgestellt. Das XRD bestätigte, das der Überzug auf den Aluminiumsfasern Monzanit LaPO4 war.
  • Dieses Beispiel veranschaulicht auch, dass die in dem CCVD Verfahren erzeugten Oxidüberzüge nicht auf die binäre Oxide begrenzt ist. Das in dem Beispiel eingeschlossene LaPO4 wurde aus zwei Kationen beinhaltenden Vorläufer gebildet, welche in einem bestimmten Verhältnis zusammengefügt wurde, um eine bestimmte Filmstöchiometrie zu erhalten. Die EX Kompositionsanalyse zeigte, dass bei jedem der Temperaturen 900°C und 1000°C die gewünschte atomarer Prozentzahl von Kationen abgesetzt war.
  • Beispiel IV
  • Beispiel III erläuterte die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung Überzüge bestehend aus mehr als einem Kation aufzutragen. Überzüge mit einer Lösung von mit bis zu fünf unterschiedlichen Kations-Vorläufer wurden abgelegt, wie in einem Beispiel in einer ähnlichen Vorrichtung benutzt wurden. Die Nickel, Aluminium und Strontium dotierter LaCrO3 Abzüge wurden auf einer Lantan enthaltenden Lösung erzeugt. Nitrate [La(NO3)3] gelöst in Ethanol mit 32.077 Gew.-% La, Chromium Nitrat [Cr(NO3)3] gelöst in Ethanol mit 13 Gew.-% Cr, Strontium Nitrat [Sr(NO3)2] gelösten in Ethanol mit 2 Gew.-% Sr, Nickel Nitrat [Ni(NO3)2] gelöst in Ethanol mit 2 Gew.-% Ni, Aluminum Nitrat [Al(NO3)3] gelöst in Ethanol mit 0.1 Gew.-% Al, Ethanol (12 ml), Isopropanol (25 ml) und Wasser (5 ml). Die sich ergebende Lösung wies folgende Konzentrationen auf: 0.045M La, 0.040M Cr 0.005M Sr, 0.005M Ni und 0.005M Al. Die Lösung floss mit 2 ml/min mit einem Druck von 35,85 MPa (5200 psi) während der Sauerstofffluss durch die Lösung in die Lösungsflamme mit einer Rate von 1600 ml/min stattfand und einem Druck von 241,3 MPa (35 psi). Die Überzüge wurden bei zwei 1150°C bis 1250°C für 16 Minuten auf verschmolzen Kieselerdesubstrat abgelagert. Die EDX Analyse des Überzugsschicht deckte jeweils folgende Kationenverhältnisse auf: 1:26:5:5:63 für Al, Cr, Ni, Sr und La. Die erfolgreiche Überzugsabscheidung von Vorläufer mit niedrigen Dampfdrucknitraten illustriert, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Abscheidung von Metallorganische Reagenzien begrenzt ist.
  • Beispiel V
  • Die Fähigkeit unterschiedliche Substrate durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung zu beschichten, wurde in dem vorliegenden Beispiel dargestellt. Strukturelle Beziehungen der abgelegten Filme mit einem Substrat wurden auch unter Einsatz eines ähnlichen Prozesses wie er in Beispiel 1 dargestellt ist demonstriert. PLZT (Pb, La, Zr, Ti) oder auf einem einzelnen Kristall (100) MgO aus einer Lösung bestehend aus Pb 2-Ethylhexanoate [Pb(OOCCH(C2H5)C4h9)2] gelöst in Toluol mit 4 Gew.-% Pb, Tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) Lanthanum [La(C11H9O2)3] gelöst in Toluol mit 0.28 Gew.-% La, Zr 2-ethylhexanoate [Zr(OOCCHC2H5)C4H9)4] gelöst Toluol mit 6 Gew.-% Zr, Ti (IV) i-propoxid Ti[OCH(CH3)2]4 gelöstem Toluol mit 0,82 Gew.-% Ti und alles zusammengeführt in Toluol (95.8 ml). Die sich ergebende Lösung hatte folgende Konzentrationen: 0.0023M La, 0.0012M Zr, 0.0010M Pb und 0.0003M La. Die Lösung floss während der Ablagerung mit einer Rate von 1.5 ml/min mit einem Druck von 16.55 MPa (2400 psi), worin die Sauerstoffflussrate 1600 ml/min mit einem Druck von 206.8 kPa (30 psi) betrug. Ein XRD Liniendiagrammmuster der (101) Spitze für PLZT aufgetragen auf MgO bei 700 °C für 16 Minuten, zeigt einen hohen Anteil von Epitaxie des PLZT auf dem Substrat. Es gab keine Intensitäten von mehr als 50 mit der Ausnahme von vier 44 Grad Psi stellen, orientierte bei 90°Phi zueinander lag. Mehr als drei kleinere Spitzen, welche 0.005 % des Maximums betrogen lagen vor, es wurden keine zusätzlichen höheren Spitzen als 0.002 % des Maximums beobachtet. Es waren keine zusätzlichen Epitaxial Spitzen in dem PLZT erkennbar.
  • Beispiel VI
  • Durch den Prozess der Erfindung und den Einsatz des in Beispiel 1 beschriebenen Apparat wurden Multischichtüberzüge hergestellt. Einer 22-lagen Schlicht aus alternierend Al5YSZ-16YSZ wurde aus zwei unterschiedlichen Lösungen hergestellt. Das YSZ wurde aus einer Lösung von 0.51 g von Zr 2-Ethylhexanoat [Zr(OOCCH(C2H5)C4H9)4] gelöst in Toluol mit 6 Gew.-% Zr und 0.80g von Y 2-Ethylhexanoat [Y(OOCCH(C2H5)C4H9)3] gelösten Toluol mit 0,69 Gew.-% alles zusammengefasst in Toluol, gebildet. Die resultierende Konzentration betrug 0.0022 M Zr und 0.0004 M Y. Die YSZ-Al bestand aus zwei Vorläufer wie sie oben beschrieben sind, mit jeweils 0.38g und 0.18g und 0.08g von Aluminum Acetylacetonat [Al(CHCOCHCOCH3)3] gelöst in Toluol mit 0,1 Gew.-% Al und zusammengefasst in 150 ml Toluol. Überzug wurde mit einer einzigen Flamme produziert, wobei die Lösung für die Flamme alle 3 Minuten gewechselt wurde mit einer Rohrspülungsphase mit Toluol zwischen jedem Lösungswechsel von 1 Minute. Die Lösungsflussrate wurde konstant bei 3 ml/min für beide Lösungen gehalten und der Strom durch die Nadel betrug konstant 3.3 A. Der Leistungsdruck betrug 11.72 bis 13.79 MPa (700 to 2000 psi). Die Sauerstoffspeisung der Flamme wurde mit einer Rate von 4750 ml/min und einem Druck von 137.9 KPa (20 psi) durchgeführt. Das Auftragen des Überzug dauerte 90 Minuten und wurde bei einer Gastemperatur zwischen 1100 und 1150 °C durchgeführt. Der sich ergebende Multischichtüberzug war glatt, dicht und 1 mm ohne erkennbare Brüche. Jede Schicht war ungefähr 40 nm dick.
  • Beispiel VII
  • Das CCVD Verfahren erlaubt auch der Herstellung von Pulver. Um die Herstellung von Pulver zu vereinfachen wird die Herstellung von YSZ Pulver. Gemäß dem ersten Anlauf zum Bilden von Pulver erzeugt. Die Lösung dazu bestand aus Zr 2-Ethylhexanoat gelösten Toluol mit 6 Gew.-%, Y 2-Ethylhexanoat gelösten Toluol mit 0,69 Gew.-%, Toluol (6.9 ml) und Propan (136.7ml). Die Konzentrationen von Zirkonium and Yttrium betrogen jeweils 0.005M und 0.0003M. Der Strom durch die Nadel betrug während die Abscheidung 2.66 A. Die Temperatur, zu der das Pulver abgeschieden wurde, betrug 700°C und die Ablagerungszeit betrug 32 Minuten. Pulver wurde auf Aluminiumfolienbehälter, welche mit Eiswasser gefüllt waren, abgeschieden. Das Wasser hat dabei die Kühlung der Abscheidungsoberfläche zu kühlen, fangen Temperaturen wesentlich geringer war als die der Flamme. Die Oberfläche war trotzdem warm genug, so dass keine Bildung überschüssiger Flüssigkeitskondensation in der Abscheidezone festgestellt werden konnte.
  • Nachdem die Abscheidung beendet war, wurde einige von dem Pulver, das sich auf dem Behälter sammelte, von der Folie entnommen, und in einem Transfusion Elektronenmikroskop (TEM) analysiert. Einzelner gebildete Pulverkörner konnten sich außerdem ein Bündel des Substrats, welches bei dem Abscheidungsprozess Zr und Y nachzuweisen. Die Pulverkorngröße bewegte sich zwischen ungefähr 2 nm und 10 nm, wobei die meisten, zwischen 4 nm und 6 nm groß waren. Das Elektronenbeugungsmuster, welches auf einem Film aufgezeichnet wurde, zeigte ringförmige Muster, welches anzeigt, dass das Pulver kristallin ist. Die Ringe auf dem Muster waren glatt und kontinuierlich, wie es für eine geringe Korngröße erwartet wird. Die in die Abstände der Materialien wurden aus den Ringen berechnet, und die Werte entsprachen den d-Abständen die sie für YSZ erwartet wurden. Jedoch war eine begrenzte Anzahl von Ringen zum Indexieren vorhanden und die Ähnlichkeit zwischen den d-Abstandswerten für unterschiedliche Typen von Zirkonium mit oder ohne Yttrium, die spezifische Struktur (Hexagonal, Pentagonal, etc.) des Pulvers konnte nicht aus der Elektronendefraktion bestimmt werden. Eine Röntgendefraktion des Pulvers erzielt ähnliche Ergebnisse, obwohl eine ähnliche Übereinstimmung mit einem Yttrium-Zirkonium Oxid erzielt werden konnte.

Claims (41)

  1. Vorrichtung für das Bilden eines ausgewählten Materials in einer Reaktionszone (130), die Folgendes umfasst: a) eine Fluidleitung (120) mit einem Einlassende (122) und einem gegenüberliegenden Auslassende, (124), das eine Auslassöffnung (126) aufweist, die so ausgerichtet ist, dass sie Transportflüssigkeit (T) in der Leitung in eine Reaktionszone leitet, wobei die Auslassöffnung des Weiteren ein Mittel (4, 128) für das Zerstäuben der Transportflüssigkeit umfasst, das ein zerstäubtes Fluidspray bildet, b) eine Umgebung, in der das zerstäubte Spray zur Reaktion gebracht wird und die Bedingungen, bietet, die dafür ausreichen, dass das zerstäubte Spray in der Reaktionszone zur Reaktion gebracht wird, wodurch das ausgewählte Material gebildet. wird, dadurch gekennzeichnet, dass: das Mittel für das Zerstäuben des Weiteren ein Temperaturreguliermittel umfasst, das in thermischer Verbindung um das Auslassende der Flüssigkeitsleitung angeordnet ist und die Temperatur der Transportflüssigkeit in der Leitung regelt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Umgebung eine Flammenquelle umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das reaktionsfähige Spray ein brennbares Spray mit einer größeren Geschwindigkeit als der Flammengeschwindigkeit der Flammenquelle und die des Weiteren ein oder mehrere Zündhilfsmittel (180) für das Entzünden des brennbaren Sprays umfasst.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der der Bereich einen Druck aufweist, der zwischen dem Umgebungsdruck und ungefähr 2666 Pa liegt, und die Umgebung eine Flammenquelle mit einer Temperatur von weniger als 1000°C umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die des Weiteren ein Druckreguliermittel (1, 110) umfasst, mithilfe dessen das Transportfluid unter Druck gesetzt und bei einem ersten ausgewählten Druck gehalten wird.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der das Temperaturreguliermittel ein Mittel (24) umfasst, mit dem die Leitung widerstandsgeheizt wird, indem Strom an sie angelegt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Mittel zum Widerstandsheizen der Leitung (120) einen ersten Kontakt (152) umfasst, der innerhalb von 4 mm von der Auslassöffnung positioniert ist, und einen zweiten Kontakt, der weiter als 4 mm von der Auslassöffnung entfernt positioniert ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Umgebung einen Plasmabrenner umfasst.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der das Auslassende (124) der Leitung (120) des Weiteren eine Fluideinleitöffnung umfasst.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Fluideinleitöffnung so konfiguriert ist, dass sie ein Gas gleichmäßig in das zerstäubte Fluidspray mischt.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Auslassende der Leitung Rohre mit einem Innendurchmesser von 50 bis 250 µm umfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der das ausgewählte Material als Beschichtung auf einem Substrat (145) ausgebildet ist und die des Weiteren ein Substratkühlmittel (190) zum Kühlen des Substrats umfasst.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die des Weiteren Mittel für das Leiten eines ausgewählten Hüllgases um das reaktionsfähige Spray umfasst, wodurch weniger Fremdkörper-mitgerissen werden und eine günstige Abscheidungsumgebung erhalten bleibt.
  14. Verfahren für das Bilden eines ausgewählten Materials in einer Reaktionszone (130) der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines geeigneten Trägers, der ein oder mehrere Reagenzien enthält, um dadurch eine Transportlösung zu bilden, die reaktionsfähig ist und das ausgewählte Material bilden kann, wobei die Transportlösung (T) eine erste ausgewählte Temperatur und einen ersten ausgewählten Druck aufweist, b) Leiten der Transportlösung zu einer Fluidleitung (120) an deren Einlassende (122), wobei die Auslassöffnung (126) am Auslassende (124) so ausgerichtet ist, dass sie das Fluid in der Leitung in die Reaktionszone (130) leitet, c) Leiten der Transportlösung durch die Auslassöffnung der Leitung in die Reaktionszone (130), um ein zerstäubtes Spray zu erzeugen, d) Mischen eines oder mehrerer ausgewählter Gase in das zerstäubte Spray, um ein reaktionsfähiges Spray zu bilden, und e) das reaktionsfähige Spray einer Umgebung aussetzen, deren Bedingungen dafür ausreichen, dass das reaktionsfähige Spray zur Reaktion gebracht wird, wodurch das ausgewählte Material gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass: die Reaktionszone einen zweiten ausgewählten Druck und die Transportlösung in der Leitung eine zweite ausgewählte Temperatur und einen dritten ausgewählten Druck aufweist und dass die zweite ausgewählte Temperatur unter der kritischen Temperatur Tc der Transportlösung und der dritte ausgewählte Druck über dem zweiten ausgewählten Druck und über oder bei dem entsprechenden Liquidus- oder kritischen Druck Pc der Transportlösung bei der zweiten ausgewählten Temperatur liegt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Auslassende (124) des Weiteren ein daran positioniertes Temperaturreguliermittel umfasst und die Transportlösung auf die zweite ausgewählte Temperatur gebracht wird, indem zum Widerstandsheizen der Leitung (120) elektrischer Strom an die Leitung angelegt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Umgebung eine Flammenquelle umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das reaktionsfähige Spray ein brennbares Spray mit einer Geschwindigkeit umfasst, die größer ist als die Geschwindigkeit der Flammenquelle, und das des Weiteren das Bereitstellen eines Zündhilfsmittels (180) für das Entzünden des brennbaren Sprays umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem die Geschwindigkeit des brennbaren Sprays größer ist als Mach 1.
  19. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Umgebung einen Plasmabrenner umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem es sich bei dem zweiten ausgewählten Druck um den Umgebungsdruck handelt.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, bei dem der zweite ausgewählte Druck unter dem Umgebungsdruck liegt und die Umgebung eine Flammenquelle mit einer Temperatur von weniger als 1000°C umfasst.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Transportlösung ein verflüssigtes Gas enthält.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, bei dem die Transportlösung des Weiteren Butanol, Methanol, Isopropanol, Toluol oder eine Kombination davon umfasst.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 23, bei dem die Transportlösung, bevor sie den dritten ausgewählten Druck erreicht, in einem druckbeaufschlagten Behälter bei einem ausgewählten Druck, der für das Bilden eines flüssigen oder superkritischen Fluids ausreicht, mit einem Gas bei Standardtemperatur und -druck in Berührung gebracht wird.
  25. Verfahren nach Anspruch 14 bis 24, bei dem die Konzentration der Reagenzien in der Transportlösung zwischen 0,0005 M und 0,05 M liegt.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, bei dem das Auslassende (124) der Leitung (120) des Weiteren eine Fluideinleitöffnung umfasst, wobei das Verfahren des Weiteren vor dem Leiten der Transportlösung durch die Auslassöffnung (126) der Leitung das Hinzufügen von zusätzlichem Fluid zur Transportlösung durch die Fluideinleitöffnung umfasst, wodurch ein kombiniertes Transportfluid mit verringerter kritischer Temperatur gebildet wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 26, bei dem jedes Reagens einen Dampfdruck von mindestens 25% des Dampfdruckes des Trägers aufweist.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 27, bei dem die Reaktion das Ausfällen der Reagenzien umfasst.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 28, bei dem das ausgewählte Material ein kohlenstoffhaltiges Material, Diamant oder Diamant und ein Metalloxid, ein Metallcarbid oder ein Metall umfasst.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 29, bei dem ein Substrat (24, 140) in dem Bereich positioniert ist und das ausgewählte Material eine Beschichtung auf dem Substrat bildet.
  31. Verfahren nach Anspruch 30, das des Weiteren in dem Schritt, in dem das Spray der Umgebung ausgesetzt wird, das Kühlen des Substrats (140) unter Verwendung eines Substratkühlmittels (190) umfasst.
  32. Verfahren nach Anspruch 30 oder 31, bei dem das Material, mit dem das Substrat beschichtet ist, ein Metall, ein Metalloxid, ein Carbonat, ein Sulfat, ein Phosphat, ein Nitrid, ein Carbid, ein Borid, ein sauerstofffreies Material, mindestens 90% Siliziumoxid oder eine Kombination davon umfasst.
  33. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, bei dem das Material, mit dem das Substrat beschichtet ist, eine Mehrfachbeschichtung mit unterschiedlicher Zusammensetzung umfasst.
  34. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 33, bei dem das Material, mit dem das Substrat beschichtet ist, ein amorphes Material umfasst.
  35. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 34, das des Weiteren das Leiten eines ausgewählten Hüllgases um das reaktionsfähige Spray umfasst, wodurch weniger Fremdkörper mitgerissen werden und eine günstige Abscheidungsumgebung erhalten bleibt.
  36. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 35, bei dem der zweite ausgewählte Druck über 20 Torr (2666 Pa) liegt.
  37. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 36, das des Weiteren einen Schritt umfasst, bei dem vor dem Leiten der Transportlösung zur Fluidleitung (120) das Transportfluid unter Verwendung eines Druckreguliermittels (110) auf den dritten ausgewählten Druck gebracht wird.
  38. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 37, bei dem es sich bei dem ausgewählten Material um ein pulverförmiges Material handelt.
  39. Verfahren nach Anspruch 38, bei dem das pulverförmige Material eine Primärteilchengröße aufweist, die hauptsächlich im Bereich von 2 bis 100 nm liegt.
  40. Verfahren nach Anspruch 38 oder 39, bei dem das pulverförmige Material organisches Material umfasst.
  41. Verfahren nach Anspruch 39, bei dem das pulverförmige Material kristallines Material umfasst, das Yttriumoxid oder Zircondioxid enthält, wobei die meisten Körner eine Größe aufweisen, die im Bereich von 2 bis 10 nm liegt.
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