ITBO20110669A1 - METHOD FOR THE DEPOSITION OF A LAYER OF A MATERIAL ON A SUBSTRATE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“METODO PER LA DEPOSIZIONE DI UNO STRATO DI UN MATERIALE SU UN SUBSTRATO†⠀ œMETHOD FOR THE DEPOSITION OF A LAYER OF A MATERIAL ON A SUBSTRATEâ €
SETTORE TECNICO TECHNICAL FIELD
La presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per la deposizione di un materiale su un substrato. The present invention relates to a method for depositing a material on a substrate.
CONTESTO DELL’INVENZIONE BACKGROUND OF THE INVENTION
Strati sottili di zirconia (ZrO2) sono attualmente utilizzati nel campo delle protesi mediche per le loro caratteristiche di durezza e biocampatibilità e nel campo delle celle a combustibile. In particolare, strati sottili di zirconia vengono utilizzati per ricoprire protesi di altri materiali. Thin layers of zirconia (ZrO2) are currently used in the field of medical prostheses for their characteristics of hardness and biofampatibility and in the field of fuel cells. In particular, thin layers of zirconia are used to cover prostheses of other materials.
È anche noto l’utilizzo della zirconia singolarmente o in combinazione con altri ossidi, quali ceria (CeO2) e/o titania (TiO2), nel campo dell’ottica, in particolare per rivestire lenti (in modo da renderle anti-graffio e/o anti-riflesso). In questi casi, solitamente, la ceria e/o la titania definiscono fino a circa il 40% in peso della composizione con la zirconia. It is also known the use of zirconia alone or in combination with other oxides, such as ceria (CeO2) and / or titania (TiO2), in the field of optics, in particular to coat lenses (in order to make them scratch-resistant and / or anti-glare). In these cases, ceria and / or titania usually define up to about 40% by weight of the composition with zirconia.
La combinazione di zirconia con itria (Y2O3) viene utilizzata nelle celle combustibili (in quanto l’itria stabilizza la struttura cubica della zirconia). In questi casi, solitamente, l’itria viene utilizzata fino a circa il 10% in peso della composizione con la zirconia. The combination of zirconia with itria (Y2O3) is used in fuel cells (as it stabilizes the cubic structure of the zirconia). In these cases, usually, itria is used up to about 10% by weight of the composition with zirconia.
Stati sottili di afnia (HfO2) si sono dimostrati utili nel campo dell’ottica (per rivestire lenti in modo da renderle anti-graffio) e nel campo dell’elettronica (per la realizzazione di sottili barriere isolanti). Thin states of hafnia (HfO2) have proved useful in the field of optics (to coat lenses in order to make them scratch-resistant) and in the field of electronics (for the creation of thin insulating barriers).
L’allumina viene utilizzata in catalisi ed in elettronica per le sue proprietà dielettriche (in particolare nei capacitori). Il WO2viene usato negli impianti solari termici, poiché permette il passaggio della luce visibile riflettendo, nel contempo, le radiazioni infrarosse. Il MoO2viene utilizzato nell’elettronica e nelle celle solari come barriera di corrente. Il Fe2O3à ̈ un materiale biocompatibile e può anche essere usato per la produzione di Fe3O4utile in elettronica per sistemi di spin injection. L’ossido d’argento viene spesso utilizzato come antimicrobico. Il Ta2O5viene utilizzato per produrre capacitori nel campo elettronico. Alumina is used in catalysis and electronics for its dielectric properties (particularly in capacitors). WO2 is used in solar thermal systems, as it allows visible light to pass while reflecting infrared radiation. MoO2 is used in electronics and solar cells as a current barrier. Fe2O3 is a biocompatible material and can also be used for the production of Fe3O4 useful in electronics for spin injection systems. Silver oxide is often used as an antimicrobial. Ta2O5 is used to produce capacitors in the electronic field.
In aggiunta a quanto sopra indicato, la ceria viene utilizzata nel campo delle celle a combustibile e come materialeantigraffio e/o antiriflesso; la titania può essere utilizzata nel campo delle protesi ortopediche, in catalisi e/o nelle celle fotovoltaiche. In addition to the above, ceria is used in the field of fuel cells and as an anti-scratch and / or anti-reflective material; titania can be used in the field of orthopedic prostheses, in catalysis and / or in photovoltaic cells.
Le metodologie finora sviluppate per la realizzazione di strati sottili contenenti gli ossidi sopra citati (singolarmente o in combinazione con tra loro) presentano uno o più inconvenienti, tra i quali citiamo: ottenimento di strati non sufficientemente sottili; costi di produzione relativamente alti; incapacità di produrre strati sufficientemente omogenei e/o puri; incapacità di produrre strati adeguatamente lisci e/o privi di imperfezioni (pin holes); incapacità di legarsi in modo sufficientemente stabile ad un substrato. The methodologies developed up to now for the realization of thin layers containing the above-mentioned oxides (individually or in combination with each other) have one or more drawbacks, among which we mention: obtaining insufficiently thin layers; relatively high production costs; inability to produce sufficiently homogeneous and / or pure layers; inability to produce adequately smooth and / or imperfect-free layers (pin holes); inability to bind sufficiently stably to a substrate.
I problemi sopra indicati sono particolarmente sentiti nella produzione di strati sottili di afnia, zirconia e/o ossido di tungsteno. Ciò à ̈ probabilmente dovuto al fatto l’afnia, la zirconia ed il tungsteno sono materiali particolarmente duri. The above problems are particularly felt in the production of thin layers of hafnia, zirconia and / or tungsten oxide. This is probably due to the fact that afnia, zirconia and tungsten are particularly hard materials.
Scopo della presente invenzione à ̈ quello di fornire un metodo per la deposizione di uno strato di un materiale il quale permetta di superare, almeno parzialmente, gli inconvenienti dell’arte nota e possibilmente sia, nel contempo, di facile ed economica realizzazione. The purpose of the present invention is to provide a method for depositing a layer of a material which allows to overcome, at least partially, the drawbacks of the known art and which is possibly, at the same time, easy and economical to produce.
SOMMARIO SUMMARY
Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo per la deposizione di uno strato di un materiale secondo quanto licitato nella rivendicazione indipendente che segue e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione indipendente. According to the present invention there is provided a method for depositing a layer of a material according to what is disclosed in the independent claim that follows and, preferably, in any one of the claims directly or indirectly dependent on the independent claim.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
L’invenzione viene di seguito descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi d’attuazione non limitativi, in cui: The invention is described below with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting examples of implementation, in which:
- la figura 1 illustra schematicamente e parzialmente in sezione un apparato che può essere utilizzato in un metodo in accordo con la presente invenzione; Figure 1 schematically and partially shows in section an apparatus which can be used in a method according to the present invention;
- la figura 2 illustra schematicamente un apparato che può essere utilizzato in un metodo in accordo con la presente invenzione per la deposizione di un materiale con più componenti; Figure 2 schematically illustrates an apparatus that can be used in a method according to the present invention for depositing a material with several components;
- la figura 3 à ̈ un’immagine di microscopia ottica di un campione di allumina depositata su PET mediante il metodo in accordo con la presente invenzione (la barra illustrata indica la misura di 100 µm); - figure 3 is an optical microscopy image of an alumina sample deposited on PET by the method according to the present invention (the illustrated bar indicates the measurement of 100 µm);
- la figura 4 à ̈ un’immagine SEM di una sezione del campione della figura 3 (la barra illustrata indica la misura di 200nm); - figure 4 is a SEM image of a section of the sample of figure 3 (the illustrated bar indicates the measurement of 200nm);
- la figura 5 à ̈ un’immagine SEM di una sezione del campione della figura 3 (la barra illustrata indica la misura di 1µm); - figure 5 is a SEM image of a section of the sample of figure 3 (the illustrated bar indicates the measurement of 1µm);
- le figure da 6 ad 8 illustrano spettri ottici di una piuma di ossido di Tantalio (a partire da Tantalio in atmosfera ossidante) ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie; - Figures 6 to 8 illustrate optical spectra of a Tantalum oxide feather (starting from Tantalum in an oxidizing atmosphere) obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; in ordinate the intensity is reported in arbitrary units;
- la figura 9 illustra uno spettro ottico di una piuma di ossido di Molibdeno (a partire da Molibdeno in atmosfera ossidante) ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie; - figure 9 illustrates an optical spectrum of a Molybdenum oxide plume (starting from Molybdenum in an oxidizing atmosphere) obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; in ordinate the intensity is reported in arbitrary units;
- la figura 10 illustra uno spettro ottico di una piuma di ossido di Titanio ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie; - figure 10 illustrates an optical spectrum of a titanium oxide plume obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; in ordinate the intensity is reported in arbitrary units;
- la figura 11 illustra uno spettro ottico di una piuma di ossido di Indio (a partire da Indio in atmosfera ossidante) ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie; - figure 11 illustrates an optical spectrum of an Indium oxide plume (starting from Indium in an oxidizing atmosphere) obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; in ordinate the intensity is reported in arbitrary units;
- la figura 12 illustra uno spettro ottico di una piuma di ossido di Zinco (a partire da Zinco in atmosfera ossidante) ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie; e - figure 12 illustrates an optical spectrum of a zinc oxide feather (starting from zinc in an oxidizing atmosphere) obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; in ordinate the intensity is reported in arbitrary units; And
- la figura 13 illustra uno spettro ottico di una piuma di Platino ottenuta durante l’applicazione di un metodo in accordo con la presente invenzione; in ascissa à ̈ riportata la lunghezza d’onda in nm; in ordinata à ̈ riportata l’intensità in unità arbitrarie. - figure 13 illustrates an optical spectrum of a Platinum plume obtained during the application of a method according to the present invention; the wavelength in nm is shown on the abscissa; the ordinate shows the intensity in arbitrary units.
FORME D’ATTUAZIONE DELL’INVENZIONE FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION
Nella figura 1, con 1 viene indicato nel suo complesso un apparato per la deposizione di uno strato comprendente (in particolare, consistente di) un materiale mediante deposizione al plasma pulsato (Pulsed Plasma Deposition - PPD). In Figure 1, 1 indicates as a whole an apparatus for the deposition of a layer comprising (in particular, consisting of) a material by means of pulsed plasma deposition (PPD).
In alcuni casi, il materiale comprende (secondo alcune forme d’attuazione, à ̈ costituito di) un ossido metallico e viene ottenuto a partire da un componente determinato. Il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento, Indio, Platino ed una loro combinazione. In aggiunta o in alternativa, il componente determinato à ̈ Zinco. In some cases, the material comprises (according to some embodiments, it is made up of) a metal oxide and is obtained starting from a specific component. The determined component is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron , Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver, Indium, Platinum and a combination of them. Additionally or alternatively, the determined component is Zinc.
Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento, Indio ed una loro combinazione. Più specificamente, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento ed una loro combinazione. According to some embodiments, the determined component is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconium, Hafnium , Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver, Indium and a combination of them. More specifically, the determined component is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver and a combination of them.
Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3. According to some embodiments, the determined component is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3.
Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: zirconia, afnia, tungsteno ed una loro combinazione. According to some embodiments, the determined component is chosen from the group consisting of: zirconia, afnia, tungsten and a combination thereof.
Più precisamente, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: zirconia, afnia ed una loro combinazione. Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato comprende (à ̈) zirconia. Secondo altre forme d’attuazione, il componente determinato comprende (à ̈) afnia. More precisely, the determined component is chosen from the group consisting of: zirconia, afnia and a combination of them. According to some embodiments, the determined component comprises (à ̈) zirconia. According to other forms of implementation, the determined component includes (à ̈) afnia.
Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento ed una loro combinazione. According to some embodiments, the determined component is chosen from the group consisting of: Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver and a combination thereof.
In particolare, il materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Allumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O, ossido di Indio (In2O3), Platino. In aggiunta o in alternativa il materiale à ̈ ossido di Zinco (ZnO). In particular, the material is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Alumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O, Indium oxide (In2O3), Platinum. In addition or alternatively the material is zinc oxide (ZnO).
Secondo alcune forme d’attuazione, il materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Allumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O, ossido di Indio (In2O3). In particolare, il materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Allumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O. According to some forms of implementation, the material is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Alumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O, Indium oxide (In2O3). In particular, the material is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Alumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O.
Ovviamente, a ciascun componente determinato corrisponde un relativo materiale (di partenza). Ad esempio, se il componente determinato à ̈ zirconia, anche il materiale à ̈ zirconia; oppure, se il componente determinato à ̈ tungsteno, il materiale à ̈ ossido di tungsteno (che si ottiene a seguito dell’ossidazione del tungsteno). Obviously, a relative (starting) material corresponds to each given component. For example, if the determined component is zirconia, the material is also zirconia; or, if the determined component is tungsten, the material is tungsten oxide (which is obtained as a result of the oxidation of tungsten).
Secondo alcune forme d’attuazione, il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3. In questi casi, anche il materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3. According to some embodiments, the determined component is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3. In these cases, the material is also chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3.
L’apparato 1 comprende un dispositivo 2 per la generazione di plasma (vale dire una ionizzazione almeno parziale di un gas rarefatto) e per dirigere un flusso (pulsato) di elettroni verso un bersaglio 3, il quale presenta (in particolare à ̈ costituito da) il componente determinato, in modo che almeno parte del componente determinato si separi dal bersaglio 3 ed il materiale si depositi su una superficie 4’ di un substrato 4. The apparatus 1 comprises a device 2 for the generation of plasma (ie an at least partial ionization of a rarefied gas) and for directing a (pulsed) flow of electrons towards a target 3, which has (in particular it is constituted da) the determined component, so that at least part of the determined component separates from the target 3 and the material deposits on a surface 4â € ™ of a substrate 4.
Si noti che sorprendentemente (in considerazione del fatto che altre metodologie si sono dimostrate non in grado) si riesce ad ottenere sul substrato 4 uno strato del materiale. It should be noted that surprisingly (in consideration of the fact that other methodologies have proved unable) it is possible to obtain a layer of the material on the substrate 4.
Si à ̈ sperimentalmente osservato che per i componenti determinati sopra identificati, sorprendentemente, gioca un ruolo importante la frequenza con cui il flusso di elettroni viene diretto verso il bersaglio 2. In particolare, tale frequenza, per avere un deposito di buona qualità , à ̈ opportuno che sia tra 2Hz e 100Hz. It has been experimentally observed that for the determined components identified above, surprisingly, the frequency with which the electron flow is directed towards the target 2 plays an important role. In particular, this frequency, in order to have a good quality deposit, is it should be between 2Hz and 100Hz.
Vantaggiosamente, (il plasma viene generato ed) il flusso di elettroni viene diretto verso il bersaglio 3 con una frequenza di almeno 2Hz (in alcuni casi, di almeno 3Hz; in particolare, almeno 4Hz; più precisamente, almeno 10Hz). Secondo alcune forme d’attuazione, (il plasma viene generato ed) il flusso di elettroni viene diretto verso il bersaglio 3 con una frequenza fino a 30Hz (in particolare, fino a 25Hz; più precisamente fino a 20Hz). Più precisamente, (il plasma viene generato ed) il flusso di elettroni viene diretto verso il bersaglio 3 con una frequenza da 17Hz a 23Hz. Advantageously, (the plasma is generated and d) the flow of electrons is directed towards the target 3 with a frequency of at least 2Hz (in some cases, at least 3Hz; in particular, at least 4Hz; more precisely, at least 10Hz). According to some embodiments, (the plasma is generated and d) the flow of electrons is directed towards the target 3 with a frequency up to 30Hz (in particular, up to 25Hz; more precisely up to 20Hz). More precisely, (the plasma is generated and d) the flow of electrons is directed towards target 3 with a frequency from 17Hz to 23Hz.
Si noti che le frequenze sopra identificate sono particolarmente vantaggiose in quanto permettono di ottenere una ablazione ed una deposizione particolarmente buona. Frequenze troppo elevate possono portare ad un surriscaldamento del bersaglio 3 con particelle che si liberano in modo incontrollato. It should be noted that the frequencies identified above are particularly advantageous as they allow to obtain a particularly good ablation and deposition. Too high frequencies can lead to overheating of target 3 with particles that are released in an uncontrolled way.
Inoltre, frequenze relativamente basse permettono di utilizzare substrati 4 relativamente delicati (il substrato 4 non si surriscalda). Substrati 4 per i quali à ̈ importante non elevare la temperatura sono, ad esempio, i substrati che presentano basse temperature di transizione vetrosa e che a temperature troppo elevate non sono in grado, quindi, di garantire un supporto stabile alla deposizione. Furthermore, relatively low frequencies allow to use relatively delicate substrates 4 (substrate 4 does not overheat). Substrates 4 for which it is important not to raise the temperature are, for example, substrates which have low glass transition temperatures and which, at too high temperatures, are therefore unable to guarantee a stable support for deposition.
Vantaggiosamente, il substrato 4 comprende (in particolare à ̈ costituito da) una sostanza inorganica. In alcuni casi, il materiale inorganico à ̈ vetro, vetro alcali-free, quarzo, silicio, molibdeno, rame, acciaio inox (e altri metalli). Advantageously, the substrate 4 comprises (in particular it consists of) an inorganic substance. In some cases, the inorganic material is glass, alkali-free glass, quartz, silicon, molybdenum, copper, stainless steel (and other metals).
In alcuni casi, il substrato 4 comprende (in particolare, Ã ̈) una sostanza polimerica presentante una temperatura di transizione vetrosa da 70°C (in particolare, da 80°C) a 150°C (in particolare, fino a 140°C). In some cases, the substrate 4 comprises (in particular, Ã) a polymeric substance having a glass transition temperature from 70 ° C (in particular, from 80 ° C) to 150 ° C (in particular, up to 140 ° C ).
Secondo alcune forme d’attuazione, il substrato 4 à ̈ comprende (in particolare, à ̈ costituito da) un materiale polimerico. According to some embodiments, the substrate 4 comprises (in particular, it consists of) a polymeric material.
Secondo specifiche forme d’attuazione, il materiale polimerico à ̈ scelto nel gruppo consistente di: poliesteri, poliolefine, polimmidi, resine fenoliche, polianidridi, gomme siliconiche, copolimeri. In particolare, il materiale polimerico à ̈ scelto nel gruppo consistente di: PTFE (politetrafluoroetilene), PET (polietilentereftalato), PEN (polietilentereftalato), PEDOT (Poli(3,4-etilenediossitiofene), polianilina, polipirrolo, politiofene, poliparafenilene, polifluorene, poliparafenilenvinilene (PPV). According to specific embodiments, the polymeric material is selected from the group consisting of: polyesters, polyolefins, polyimides, phenolic resins, polyanhydrides, silicone rubbers, copolymers. In particular, the polymeric material is selected from the group consisting of: PTFE (polytetrafluoroethylene), PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene terephthalate), PEDOT (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyparaphenene, polyfluorophene, polyparaphenylene vinyl (PPV).
Più precisamente, Polipropilene ad alto peso molecolare (PPAPM - da 10000 a 100000 Da), PP, PET, Mylar, PE, PEN. More precisely, High molecular weight polypropylene (PPAPM - from 10000 to 100000 Da), PP, PET, Mylar, PE, PEN.
Vantaggiosamente, il materiale polimerico à ̈ PET. Si noti che il PET ha temperatura di transizione vetrosa relativamente bassa (circa 80°C), ma nel contempo ottime caratteristiche meccaniche, che ne fanno un ottimo supporto per strati sottili dei materiali ossidi sopra identificati. Ciononostante, fino ad ora non era stato possibile ottenere strati sottili di buona qualità sul PET (vista la sua relativamente bassa temperatura di transizione vetrosa). Sorprendentemente, con la presente invenzione à ̈ stato possibile ottenere questo tipo di risultato. Advantageously, the polymeric material is PET. It should be noted that PET has a relatively low glass transition temperature (about 80 ° C), but at the same time excellent mechanical characteristics, which make it an excellent support for thin layers of the oxide materials identified above. However, until now it has not been possible to obtain good quality thin layers on PET (due to its relatively low glass transition temperature). Surprisingly, with the present invention it was possible to obtain this type of result.
Il bersaglio 3 ed il substrato 4 sono disposti all’interno di una camera esterna 24 dell’apparato 1, il quale comprende, inoltre, una unità riscaldante HU per riscaldare il substrato 4. Secondo alcune forme d’attuazione, il riscaldamento del substrato 4 avviene mediante irraggiamento con raggi infrarossi. Vantaggiosamente, il riscaldamento del substrato 4 avviene riscaldando una porzione posteriore di 4 (in particolare riscaldando una superficie 4’’ del substrato 4 opposta alla superficie 4’). A questo riguardo, si noti che il substrato 4 à ̈ disposto tra l’unità riscaldante HU ed il bersaglio 3. The target 3 and the substrate 4 are arranged inside an external chamber 24 of the apparatus 1, which also comprises a heating unit HU for heating the substrate 4. According to some embodiments, the heating of the substrate 4 occurs by irradiation with infrared rays. Advantageously, the heating of the substrate 4 takes place by heating a rear portion of 4 (in particular by heating a surface 4 'of the substrate 4 opposite the surface 4'). In this regard, it should be noted that the substrate 4 is arranged between the heating unit HU and the target 3.
Durante la fase di deposizione del materiale, il substrato 4 viene mantenuto (durante la deposizione) ad una temperatura (di deposizione) inferiore a 150°C (in particolare, inferiore a 100°C; più precisamente, inferiore a 90°C). Vantaggiosamente, durante la fase di deposizione, il substrato 4 viene mantenuto ad una temperatura (di deposizione) superiore a 25°C (più precisamente di almeno 26°C). During the deposition phase of the material, the substrate 4 is kept (during deposition) at a (deposition) temperature below 150 ° C (in particular, below 100 ° C; more precisely, below 90 ° C). Advantageously, during the deposition step, the substrate 4 is kept at a (deposition) temperature higher than 25 ° C (more precisely at least 26 ° C).
Temperature non elevate (in particolare, inferiori a 150°C) vengono mantenute quando il substrato 4 comprende (à ̈ di) una sostanza delicata alla temperatura (ad esempio organica, più precisamente polimerica). Low temperatures (in particular, below 150 ° C) are maintained when the substrate 4 comprises (à ̈ di) a delicate substance at the temperature (for example organic, more precisely polymeric).
Si à ̈ sperimentalmente osservato che, sorprendentemente, per i materiali sopra identificati che si desidera depositare, gioca un ruolo importante la distanza tra il substrato 4 ed il bersaglio 3. Tale distanza, per avere un deposito di buona qualità à ̈ opportuno che sia tra 10 mm e 120 mm. It has been experimentally observed that, surprisingly, for the materials identified above to be deposited, the distance between the substrate 4 and the target 3 plays an important role. This distance, in order to have a good quality deposit, should be between 10 mm and 120 mm.
Vantaggiosamente, la distanza tra substrato 4 e bersaglio 3 à ̈ di almeno 70 mm (più precisamente, almeno 80 mm). La distanza tra substrato 4 e bersaglio 3 à ̈ fino a circa 120 mm (più precisamente, fino a 100 mm; in particolare, fino a 90 mm). Si à ̈ sperimentalmente osservato che questa distanza permette una buona dissipazione di calore tra bersaglio 3 (che si riscalda a causa dell’impatto degli elettroni) e substrato 4; nel contempo, sorprendentemente, la qualità della deposizione à ̈ di buona qualità . Queste distanze sono quindi particolarmente utili quando il substrato 4 comprende (à ̈ di) una sostanza sensibile alla temperatura. Ad esempio, a temperature maggiori il materiale organico (polimerico) potrebbe danneggiarsi. Advantageously, the distance between substrate 4 and target 3 is at least 70 mm (more precisely, at least 80 mm). The distance between substrate 4 and target 3 is up to about 120 mm (more precisely, up to 100 mm; in particular, up to 90 mm). It has been experimentally observed that this distance allows a good heat dissipation between target 3 (which heats up due to the impact of the electrons) and substrate 4; at the same time, surprisingly, the quality of the deposition is of good quality. These distances are therefore particularly useful when the substrate 4 comprises (à di) a temperature sensitive substance. For example, organic (polymeric) material may be damaged at higher temperatures.
Secondo specifiche forme d’attuazione, il bersaglio 3 ed il substrato 4 sono disposti ad una distanza di almeno 10 mm (in particolare, di almeno 27 mm; più precisamente, di almeno 30 mm). Il bersaglio 3 ed il substrato 4 sono disposti ad una distanza fino a 100 mm (in particolare, fino a 90 mm; vantaggiosamente, fino a 70 mm). Distanze ridotte permettono di ottenere una deposizione ottimale. Distanze ridotte possono essere utilizzate quando il substrato 4 comprende (in particolare, à ̈ costituito da) una sostanza inerte all’aumento della temperatura (ad esempio, quando comprende una sostanza inorganica). According to specific embodiments, the target 3 and the substrate 4 are arranged at a distance of at least 10 mm (in particular, at least 27 mm; more precisely, at least 30 mm). The target 3 and the substrate 4 are arranged at a distance of up to 100 mm (in particular, up to 90 mm; advantageously, up to 70 mm). Reduced distances allow to obtain an optimal deposition. Reduced distances can be used when the substrate 4 comprises (in particular, it consists of) a substance inert to the increase of temperature (for example, when it comprises an inorganic substance).
Secondo alcune forme d’attuazione, il substrato 4 viene mantenuto ad una temperatura (di deposizione) superiore a circa 90°C (in particolare, superiore a 100°C). Vantaggiosamente, il substrato 4 viene mantenuto ad una temperatura di almeno 200°C (fino a 400°C) per far sì che il componente determinato si distribuisca meglio sulla superficie. Queste temperature sono particolarmente utili laddove si intendano ottenere strati per utilizzazioni ottiche e/o elettroniche. Temperature superiori ai 100°C vengono vantaggiosamente tenute con substrati 4 di materiali inorganici. According to some embodiments, the substrate 4 is kept at a (deposition) temperature higher than about 90 ° C (in particular, higher than 100 ° C). Advantageously, the substrate 4 is kept at a temperature of at least 200 ° C (up to 400 ° C) to ensure that the determined component is better distributed on the surface. These temperatures are particularly useful where it is intended to obtain layers for optical and / or electronic uses. Temperatures higher than 100 ° C are advantageously maintained with substrates 4 of inorganic materials.
Secondo ulteriori forme d’attuazione, il substrato 4 viene mantenuto ad una temperatura superiore a 600°C (in particolare, superiore a 700°C). In questi casi il substrato 4 viene mantenuto ad una temperature fino ad 850°C. Temperature così elevate sono utilizzate per ottenere strati utilizzabili in celle a combustibile. According to further embodiments, the substrate 4 is kept at a temperature higher than 600 ° C (in particular, higher than 700 ° C). In these cases the substrate 4 is kept at a temperature up to 850 ° C. Such high temperatures are used to obtain usable layers in fuel cells.
L’apparato 1 comprende, inoltre, un elemento di copertura C mobile tra una posizione operativa (illustrata in tratteggio) ed una posizione di riposo (illustrata in linea continua). The apparatus 1 also comprises a covering element C movable between an operative position (illustrated in broken lines) and a rest position (illustrated in a continuous line).
In uso, prima di cominciare a depositare il materiale determinato sul substrato 4, il bersaglio 3 viene pulito. Un fascio (pulsato) di elettroni (generato dal dispositivo 2) viene diretto contro il bersaglio 3 in modo che lo strato superficiale (sul quale potenzialmente si possono essere depositate delle impurità ) del bersaglio 3 stesso venga rimosso e le relative particelle vengono intercettate dall’elemento di copertura C (disposto nella sua posizione operativa). In use, before starting to deposit the determined material on the substrate 4, the target 3 is cleaned. A (pulsed) beam of electrons (generated by device 2) is directed against target 3 so that the surface layer (on which impurities can potentially be deposited) of target 3 itself is removed and the relative particles are intercepted by the target 3. ™ cover element C (arranged in its operative position).
Una volta che il bersaglio 3 à ̈ stato pulito à ̈ possibile procedere alla deposizione del componente determinato sul substrato 4 in modo da ottenere un strato di migliore qualità . Durante la deposizione, l’elemento di copertura C viene mantenuto nella sua posizione di riposo in modo da consentire alle particelle di materiale determinato di depositarsi liberamente sulla superficie 4’. Once the target 3 has been cleaned, it is possible to proceed with the deposition of the determined component on the substrate 4 in order to obtain a better quality layer. During the deposition, the covering element C is kept in its rest position in order to allow the particles of determined material to settle freely on the surface 4â € ™.
Vantaggiosamente, il bersaglio 3 à ̈ collegato a massa. In questa maniera, il bersaglio 3 non respinge (ed anzi attrae) il flusso di elettroni anche quando gli elettroni hanno già colpito il bersaglio 3 stesso. Advantageously, target 3 is connected to ground. In this way, target 3 does not reject (and indeed attracts) the flow of electrons even when the electrons have already hit target 3.
Il dispositivo 2 comprende un elemento cavo 5, il quale à ̈ atto a fungere da catodo e presenta (delimita esternamente) una cavità 6 interna; ed un elettrodo di attivazione 7, il quale comprende (in particolare, à ̈ costituito da) un materiale elettricamente conduttivo (in particolare, metallico). L’elettrodo di attivazione 7 à ̈ disposto all’interno della cavità 6 (delimitata dall’elemento cavo 5). In particolare, l’elemento cavo 5 comprende (più in particolare, à ̈ costituito da) un materiale elettricamente conduttivo (più in particolare, un materiale metallico). The device 2 comprises a hollow element 5, which is adapted to act as a cathode and has (externally delimits) an internal cavity 6; and an activation electrode 7, which comprises (in particular, is constituted by) an electrically conductive material (in particular, metal). The activation electrode 7 is arranged inside the cavity 6 (delimited by the hollow element 5). In particular, the hollow element 5 comprises (more particularly, it is made up of) an electrically conductive material (more particularly, a metallic material).
In particolare, per materiale elettricamente conduttivo (ad es. Acciaio Inox, Tungsteno, Molibdeno, Cromo, Ferro, Titanio) si intende un materiale che presenta una resistività elettrica (misurata a 20°C) inferiore a 10-1 Ω.m. Vantaggiosamente, il materiale elettricamente conduttivo presenta una resistività elettrica (misurata a 20°C) inferiore a 10-3 Ω.m. In particular, by electrically conductive material (eg stainless steel, tungsten, molybdenum, chromium, iron, titanium) we mean a material that has an electrical resistivity (measured at 20 ° C) lower than 10-1 Î © .m. Advantageously, the electrically conductive material has an electrical resistivity (measured at 20 ° C) lower than 10-3 Î © .m.
L’elettrodo di attivazione 7 si estende attraverso una parete 8 dell’elemento cavo 5. Tra l’elettrodo di attivazione 7 e la parete 8 à ̈ interposto un anello 9 di materiale elettricamente sostanzialmente isolante (in particolare ceramica). The activation electrode 7 extends through a wall 8 of the hollow element 5. A ring 9 of electrically substantially insulating material (in particular ceramic) is interposed between the activation electrode 7 and the wall 8.
In particolare, per materiale elettricamente sostanzialmente isolante si intende un materiale che presenta una resistività elettrica (misurata a 20°C) superiore a 103 Ω.m. Vantaggiosamente, il materiale elettricamente non-conduttivo presenta una resistività elettrica (misurata a 20°C) superiore a 107 Ω.m (più vantaggiosamente, superiore a 109 Ω.m). Secondo alcune forme d’attuazione, il materiale elettricamente sostanzialmente isolante à ̈ un materiale dielettrico. In particular, by electrically substantially insulating material is meant a material which has an electrical resistivity (measured at 20 ° C) higher than 103 Î © .m. Advantageously, the electrically non-conductive material has an electrical resistivity (measured at 20 ° C) higher than 107 Î © .m (more advantageously, higher than 109 Î © .m). According to some embodiments, the electrically substantially insulating material is a dielectric material.
Il dispositivo 2 comprende, inoltre, un resistore 10, il quale collega l’elettrodo di attivazione 7 a massa e presenta una resistenza di almeno 100 Ohm, vantaggiosamente di almeno 1 kOhm. In particolare, il resistore 10 presenta una resistenza di circa 20kOhm. The device 2 also comprises a resistor 10, which connects the activation electrode 7 to ground and has a resistance of at least 100 Ohm, advantageously of at least 1 kOhm. In particular, the resistor 10 has a resistance of about 20kOhm.
All’interno della cavità 6 à ̈ presente un gas rarefatto. Secondo alcune forme d’attuazione, la cavità 6 contiene del gas rarefatto ad una pressione inferiore o uguale a 10-1 mbar (in particolare, inferiore a 5x10-2 mbar). Vantaggiosamente, il gas rarefatto contenuto all’interno della cavità 6 presenta una pressione superiore o uguale a 10-3 mbar (più in particolare superiore a 5x10-3 mbar). Più precisamente la pressione all’interno della cavità 6 à ̈ di circa 10-2 mbar. Inside cavity 6 there is a rarefied gas. According to some embodiments, the cavity 6 contains rarefied gas at a pressure lower than or equal to 10-1 mbar (in particular, lower than 5x10-2 mbar). Advantageously, the rarefied gas contained inside the cavity 6 has a pressure higher than or equal to 10-3 mbar (more in particular higher than 5x10-3 mbar). More precisely, the pressure inside cavity 6 is approximately 10-2 mbar.
A questo riguardo, si noti che l’apparato 2 comprende un gruppo di alimentazione gas (di per sé noto e non illustrato) per alimentare un gas anidro (esempi non limitativi – ossigeno, azoto, argon, elio, NO, xenon ecc.) all’interno della cavità 6 tramite un condotto 23. Lungo il condotto 23 à ̈ disposto un regolatore di flusso (di tipo di per sé noto e non illustratato; ad esempio una valvola) atto a regolare la quantità di flusso che viene alimentata alla cavità 6 e quindi la pressione all’interno della cavità 6 stessa. In uso, la pressione viene regolata in modo da raggiungere i valori opportuni per ottenere la generazione del plasma. In this regard, it should be noted that apparatus 2 includes a gas supply unit (per se known and not illustrated) to feed an anhydrous gas (non-limiting examples - oxygen, nitrogen, argon, helium, NO, xenon etc.) inside the cavity 6 through a duct 23. Along the duct 23 there is a flow regulator (of a type known per se and not illustrated; for example a valve) able to regulate the quantity of flow which is fed to the cavity 6 and therefore the pressure inside the cavity 6 itself. In use, the pressure is adjusted in order to reach the appropriate values to obtain the generation of the plasma.
L’elemento cavo 5 à ̈ elettricamente collegato ad un gruppo di attivazione 11, il quale à ̈ atto a fare diminuire (in particolare, partendo da un potenziale elettrico sostanzialmente pari a zero) il potenziale elettrico dell’elemento cavo 5 di almeno 8kV (in particolare, almeno 12 kV). Più precisamente, il gruppo di attivazione 11 fa diminuire il potenziale elettrico dell’elemento cavo 5 di almeno 16kV (in particolare, almeno 18kV). Il gruppo di attivazione 11 fa diminuire il potenziale elettrico dell’elemento cavo 5 fino a 25kV (in particolare, fino a 24kV; più precisamente fino a 20kV). La diminuzione del potenziale elettrico dell’elemento cavo 5 avviene in meno di 20 ns. In particolare, ciò avviene indirizzando un impulso di carica elettrica di almeno 0,16 mC (fino a 0,5 mC) verso l’elemento cavo 5 stesso. Vantaggiosamente, il gruppo di attivazione 11 à ̈ atto ad imporre all’elemento cavo 5 la diminuzione di potenziale in meno di 15 ns (più precisamente, in meno di 10 ns); in alcuni casi, in meno di circa 4 ns. In questo modo viene creato il plasma (all’interno dell’elemento cavo 5). The hollow element 5 is electrically connected to an activation group 11, which is able to decrease (in particular, starting from an electric potential substantially equal to zero) the electric potential of the hollow element 5 by at least 8kV (in particular, at least 12 kV). More precisely, the activation group 11 decreases the electric potential of the hollow element 5 by at least 16kV (in particular, at least 18kV). The activation group 11 decreases the electric potential of the hollow element 5 up to 25kV (in particular, up to 24kV; more precisely, up to 20kV). The decrease of the electric potential of the hollow element 5 occurs in less than 20 ns. In particular, this occurs by directing an electrical charge impulse of at least 0.16 mC (up to 0.5 mC) towards the hollow element 5 itself. Advantageously, the activation group 11 is able to force the hollow element 5 to decrease the potential in less than 15 ns (more precisely, in less than 10 ns); in some cases, in less than about 4 ns. In this way the plasma is created (inside the hollow element 5).
Si noti che i potenziali sopra identificati sono particolarmente vantaggiosi in quanto permettono al flusso di elettroni di avere un energia sufficiente ad abladere il componente determinato (anche quando, come detto, Ã ̈ particolarmente duro). Zirconia, afnia e tungsteno (ed una loro combinazione) sono componenti determinati con elevata durezza. Note that the potentials identified above are particularly advantageous as they allow the flow of electrons to have sufficient energy to ablate the determined component (even when, as mentioned, it is particularly hard). Zirconia, afnia and tungsten (and a combination thereof) are components determined with high hardness.
Secondo alcune forme d’attuazione, il gruppo di attivazione 11 fa diminuire il potenziale elettrico dell’elemento cavo 5 fino a 16 kV (con le velocità sopra indicate). Ciò può essere particolarmente vantaggioso quando il componente determinato non à ̈ particolarmente duro (come quando il componente determinato à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tantalio, Molibdeno, Argento ed una loro combinazione). According to some embodiments, the activation group 11 decreases the electric potential of the hollow element 5 up to 16 kV (with the above indicated speeds). This can be particularly advantageous when the determined component is not particularly hard (such as when the determined component is chosen from the group consisting of: Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tantalum, Molybdenum, Silver and their combination).
L’elemento cavo 5 à ̈ collegato a massa. In questo modo, quando non viene effettuata l’emissione del flusso di elettroni, l’elemento cavo 5 viene mantenuto a potenziale sostanzialmente nullo ed il rischio di scariche spontanee tra l’elemento cavo 5 e l’elettrodo di attivazione 7 à ̈ sostanzialmente cancellato. The hollow element 5 is connected to earth. In this way, when the emission of the electron flow is not effected, the hollow element 5 is kept at substantially zero potential and the risk of spontaneous discharges between the hollow element 5 and the activation electrode 7 It is essentially canceled.
In particolare, un resistore 12 à ̈ collegato tra l’elemento cavo 5 e massa. Secondo alcune forme d’attuazione, il resistore 12 presenta una resistenza di almeno 50 kOhm. Vantaggiosamente, il resistore 12 presenta una resistenza di almeno 100 kOhm, in particolare di circa 0,5 MOhm. Secondo alcune forme d’attuazione, la resistenza à ̈ inferiore a 1 MOhm. In particular, a resistor 12 is connected between the hollow element 5 and ground. According to some embodiments, the resistor 12 has a resistance of at least 50 kOhm. Advantageously, the resistor 12 has a resistance of at least 100 kOhm, in particular of about 0.5 MOhm. According to some embodiments, the resistance is less than 1 MOhm.
Il gruppo d’attivazione 11 comprende un thyratron 13; un condensatore 14, il quale presenta un’armatura collegata ad un anodo 15 del thyratron 13 ed un’ulteriore armatura collegata all’elemento cavo 5; ed un alimentatore elettrico 16, il quale presenta un elettrodo positivo 17 collegato elettricamente all’anodo 15 ed un elettrodo negativo 18 collegato a massa. Activation group 11 includes a thyratron 13; a capacitor 14, which has an armature connected to an anode 15 of the thyratron 13 and a further armature connected to the hollow element 5; and an electric power supply 16, which has a positive electrode 17 electrically connected to the anode 15 and a negative electrode 18 connected to ground.
Il thyratron 13 presenta, inoltre, un catodo 19, il quale à ̈ collegato a massa. Thyratron 13 also has a cathode 19, which is grounded.
Si noti che il condensatore 14 Ã ̈ elettricamente collegato a massa (in particolare, attraverso il resistore 12). Note that capacitor 14 is electrically connected to ground (specifically, through resistor 12).
Il gruppo d’attivazione 11 comprende anche un’unità di controllo 20 del thyratron 13, la quale unità di controllo 20 à ̈ atta ad azionare il thyratron 13 ed à ̈ collegata a massa. The activation group 11 also includes a control unit 20 of the thyratron 13, which control unit 20 is adapted to operate the thyratron 13 and is connected to ground.
Il dispositivo 2 comprende, inoltre, un gruppo di interfaccia operatore (di per sé noto e non illustrato), il quale permette ad un operatore di regolare il funzionamento (ad esempio l’azionamento e/o la modifica di parametri operativi) del dispositivo 2 stesso. The device 2 also comprises an operator interface unit (known per se and not illustrated), which allows an operator to adjust the operation (for example the activation and / or modification of operating parameters) of the device 2 itself.
Il dispositivo 2 comprende, inoltre, un elemento tubolare 21, il quale comprende (in particolare, à ̈ di) un materiale elettricamente sostanzialmente isolante (in particolare vetro, quarzo oppure afnia) ed à ̈ collegato con l’elemento cavo 5. L’elemento tubolare 21, presenta due estremità 21a e 21b aperte e un lume interno il quale mette in comunicazione fluidica la cavità 6 con l’esterno (in particolare, con la camera esterna 24). The device 2 also comprises a tubular element 21, which comprises (in particular, is of) an electrically substantially insulating material (in particular glass, quartz or haphnia) and is connected to the hollow element 5. The The tubular element 21 has two open ends 21a and 21b and an internal lumen which puts the cavity 6 in fluid communication with the outside (in particular, with the external chamber 24).
L’elemento cavo 5 (eccezion fatta per quanto concerne il condotto 23 e l’elemento tubolare 21) à ̈ a tenuta di fluido verso l’esterno. The hollow element 5 (with the exception of the duct 23 and the tubular element 21) is fluid-tight towards the outside.
L’elemento tubolare 21 si estende almeno parzialmente all’interno della camera esterna 24 (figura 1), nella quale sono disposti il bersaglio 3 ed il substrato 4. L’elemento tubolare 21 ed il relativo lume interno presentano rispettive sezioni trasversali sostanzialmente circolari. The tubular element 21 extends at least partially inside the external chamber 24 (figure 1), in which the target 3 and the substrate 4 are arranged. The tubular element 21 and the relative internal lumen have respective cross sections substantially circular.
All’interno della camera esterna 24 à ̈ presente un gas rarefatto (secondo alcune forme d’attuazione, anidro). Secondo alcune forme d’attuazione, la camera esterna 24 contiene del gas rarefatto ad una pressione inferiore o uguale a 10-2 mbar (in particolare, inferiore a 10-3 mbar). Vantaggiosamente, il gas rarefatto contenuto all’interno della camera esterna 24 viene mantenuto ad una pressione inferiore o uguale a 10-2 mbar grazie ad un dispositivo aspirante (di tipo noto e non illustrato). In particolare, il gas rarefatto contenuto all’interno della camera esterna 24 presenta una pressione superiore o uguale a 10-4 mbar (più precisamente supriore a in particolare superiore a 10-3 mbar). Il gas rarefatto contenuto all’interno della camera esterna 24 presenta una pressione inferiore o uguale a 5x10-3 mbar (più in particolare, inferiore o uguale a 3x10-3 mbar). Inside the external chamber 24 there is a rarefied gas (according to some embodiments, anhydrous). According to some embodiments, the outer chamber 24 contains rarefied gas at a pressure lower than or equal to 10-2 mbar (in particular, lower than 10-3 mbar). Advantageously, the rarefied gas contained inside the external chamber 24 is kept at a pressure lower than or equal to 10-2 mbar thanks to a suction device (of a known type and not illustrated). In particular, the rarefied gas contained inside the external chamber 24 has a pressure higher than or equal to 10-4 mbar (more precisely, higher than in particular higher than 10-3 mbar). The rarefied gas contained inside the external chamber 24 has a pressure lower than or equal to 5x10-3 mbar (more particularly, lower than or equal to 3x10-3 mbar).
Secondo alternative forme d’attuazione (in particolare, quando si vuole fare reagire il componente determinato con almeno una parte del gas rarefatto), la cavità 6 contiene del gas rarefatto ad una pressione maggiore o uguale a 5x10-4 mbar. In questi casi, vantaggiosamente, il gas rarefatto comprende (prevalentemente) (à ̈) ossigeno. According to alternative embodiments (in particular, when it is desired to make the determined component react with at least a part of the rarefied gas), the cavity 6 contains rarefied gas at a pressure greater than or equal to 5x10-4 mbar. In these cases, advantageously, the rarefied gas comprises (mainly) (à ̈) oxygen.
È stato sperimentalmente osservato che, sorprendentemente, quando il componente determinato à ̈ uno tra Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento (e/o Indio) (e/o Zinco) ed una loro combinazione, ed il gas rarefatto comprende (prevalentemente) (à ̈) ossigeno, il componente sorprendentemente reagisce con l’ossigeno in modo che il materiale che si deposita sul substrato 4 sia un ossido metallico. Più specificamente, il materiale che viene ottenuto a seguito della reazione con l’ossigeno (conformemente al componente determinato) à ̈ scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Allumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O (e/o ossido di Indio) (e/o ossido di Zinco) ed una loro combinazione. It has been experimentally observed that, surprisingly, when the determined component is one of Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver (and / or Indium) (and / or Zinc) and a combination of them, and the rarefied gas comprises (mainly) (à ̈) oxygen, the component surprisingly reacts with oxygen so that the material deposited on the substrate 4 is a metal oxide. More specifically, the material obtained as a result of the reaction with oxygen (according to the component determined) is chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2 ), Itria (Y2O3), Fe2O3, FeO, Fe3O4, Alumina (Al2O3), WO2, Ta2O5, MoO2, Ag2O (and / or Indium oxide) (and / or Zinc oxide) and a combination thereof.
La pressione (da circa 5x10-3mbar a circa 5x10-2mbar) all’interno della cavità 6 viene mantenuta (leggermente) superiore a quella presente nella camera esterna 24 (in particolare, alimentando piccole quantità di gas attraverso un condotto 23). The pressure (from about 5x10-3mbar to about 5x10-2mbar) inside the cavity 6 is kept (slightly) higher than that present in the external chamber 24 (in particular, by feeding small quantities of gas through a duct 23).
Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 1, l’elemento tubolare 21 si estende attraverso una parete 22 dell’elemento cavo 5 (opposta alla parete 8), parzialmente all’interno della cavità 6 e parzialmente all’esterno (in particolare, all’interno della camera esterna 24). According to the embodiment illustrated in Figure 1, the tubular element 21 extends through a wall 22 of the hollow element 5 (opposite the wall 8), partially inside the cavity 6 and partially outside ( in particular, inside the external chamber 24).
Secondo specifiche forme d’attuazione, l’elemento tubolare 21 presenta una lunghezza da 90 mm a 220 mm. L’elemento tubolare 21 presenta un diametro da circa 4 mm a circa 10 mm. Il lume 21c interno presenta un diametro da circa 1,5 a circa 8 mm. La camera esterna 24 à ̈ costruita in modo da essere a tenuta di fluido rispetto all’ambiente esterno. According to specific embodiments, the tubular element 21 has a length from 90 mm to 220 mm. The tubular element 21 has a diameter from about 4 mm to about 10 mm. The internal lumen 21c has a diameter from about 1.5 to about 8 mm. The external chamber 24 is constructed in such a way as to be fluid-tight with respect to the external environment.
La distanza tra bersaglio 3 e estremità 21b à ̈ tra 1 e 20 mm (più precisamente tra 3 e 8 mm). The distance between target 3 and extremity 21b is between 1 and 20 mm (more precisely between 3 and 8 mm).
Il dispositivo 2 comprende, inoltre, un elemento esterno 25, il quale à ̈ disposto esternamente all’elemento cavo 5 (in particolare, nella camera esterna 24) in corrispondenza dell’elemento tubolare 21 e funge da anodo. In particolare, l’elemento cavo 5 à ̈ disposto in corrispondenza di una parte intermedia dell’elemento tubolare 21 (vale a dire non in corrispondenza di una estremità dell’elemento tubolare 21). In altre parole, l’elemento cavo 5 à ̈ disposto lungo l’elemento tubolare 21 (vale a dire non in corrispondenza di una estremità dell’elemento tubolare 21) e funge da anodo. In particolare, l’elemento esterno 25 à ̈ disposto a contatto con una superficie esterna dell’elemento tubolare 21. The device 2 also comprises an external element 25, which is arranged externally to the hollow element 5 (in particular, in the external chamber 24) in correspondence with the tubular element 21 and acts as an anode. In particular, the hollow element 5 is arranged in correspondence with an intermediate part of the tubular element 21 (ie not in correspondence with one end of the tubular element 21). In other words, the hollow element 5 is arranged along the tubular element 21 (ie not at one end of the tubular element 21) and acts as an anode. In particular, the external element 25 is arranged in contact with an external surface of the tubular element 21.
L’elemento esterno 25 à ̈ conformato in modo tale da essere disposto attorno all’elemento tubolare 21; in particolare, l’elemento esterno 25 presenta un foro attraverso il quale si estende l’elemento tubolare 21. Secondo specifiche forme d’attuazione, l’elemento esterno 25 presenta una forma anulare. The external element 25 is shaped in such a way as to be arranged around the tubular element 21; in particular, the external element 25 has a hole through which the tubular element 21 extends. According to specific embodiments, the external element 25 has an annular shape.
Il dispositivo 2 comprende, inoltre, un gruppo di mantenimento del potenziale 26, il quale à ̈ collegato elettricamente all’elemento esterno 25 per mantenere il potenziale elettrico dell’elemento esterno 25 sostanzialmente a massa. The device 2 also comprises a potential maintenance unit 26, which is electrically connected to the external element 25 to maintain the electric potential of the external element 25 substantially grounded.
In uso, il gruppo d’attivazione 11 impone una differenza di potenziale tra l’elemento cavo 5 e l’elettrodo di attivazione 7 secondo i parametri sopra descritti. In conseguenza di ciò, viene generato del plasma (vale dire una ionizzazione almeno parziale del gas rarefatto) all’interno della cavità 6. In use, the activation unit 11 imposes a potential difference between the hollow element 5 and the activation electrode 7 according to the parameters described above. As a consequence of this, plasma is generated (ie an at least partial ionization of the rarefied gas) inside the cavity 6.
Quando degli elettroni formati all’interno della cavità 6 entrano nell’elemento tubolare 21, la differenza di potenziale, che si à ̈ instaurata con l’elemento esterno 25, permette agli elettroni stessi di essere accelerati lungo l’elemento tubolare 21 verso il bersaglio 3. Questi elettroni, durante, il loro movimento, colpiscono ulteriori molecole di gas e determinano, pertanto, l’emissione di elettroni secondari che, a loro volta, vengono accelerati verso il bersaglio 3. When electrons formed inside the cavity 6 enter the tubular element 21, the potential difference, which is established with the external element 25, allows the electrons themselves to be accelerated along the tubular element 21 towards the target 3. These electrons, during their movement, strike further gas molecules and therefore determine the emission of secondary electrons which, in turn, are accelerated towards the target 3.
Secondo specifiche forme d’attuazione, l’apparato 1 ed il dispositivo 2 (eccezion fatta per quello che concerne la camera esterna 24 ed il suo contenuto) della figura 1 presentano una struttura ed un funzionamento analoghi all’apparato ed al dispositivo descritti nella domanda di brevetto PCTIB2010000644. According to specific embodiments, the apparatus 1 and the device 2 (except for what concerns the external chamber 24 and its contents) of figure 1 have a structure and operation similar to the apparatus and the device described in the patent application PCTIB2010000644.
Secondo alcune non illustrate forme d’attuazione, l’apparato 1 ed il dispositivo 2 presentano una struttura ed un funzionamento analoghi (con un opportuno adattamento dei parametri operativi) agli apparati ed ai dispositivi descritti nella domanda di brevetto secondo la convenzione PCT rivendicante la priorità italiana BO2010A000525 dello stesso richiedente. According to some embodiments not illustrated, the apparatus 1 and the device 2 have a similar structure and operation (with an appropriate adaptation of the operating parameters) to the apparatuses and devices described in the patent application according to the PCT convention claiming the Italian priority BO2010A000525 of the same applicant.
Si noti che gli apparati ed i dispositivi e gli apparati descritti nelle due appena citate domande di brevetto sono particolarmente vantaggiosi in quanto permettono di ottenere ottime efficienze di deposizione. In particolare, à ̈ stato sperimentalmente osservato che alcuni componenti molto duri (più precisamente, zirconia, afnia e Tungsteno) vengono molto difficilmente rimossi e depositati da altri tipi di dispositivi per la generazione di plasma. I dispositivi 2 ed apparati 1 sopra descritti e delle due appena citate domande di brevetto permettono, invece, sorprendentemente di rimuovere quantità rilevanti di questi componenti ed ottenere strati di buona qualità . It should be noted that the apparatuses and devices and apparatuses described in the two aforementioned patent applications are particularly advantageous as they allow to obtain excellent deposition efficiencies. In particular, it has been experimentally observed that some very hard components (more precisely, zirconia, hafnia and tungsten) are very difficult to remove and deposit by other types of plasma generation devices. The devices 2 and apparatuses 1 described above and of the two aforementioned patent applications, on the other hand, surprisingly allow to remove significant quantities of these components and to obtain layers of good quality.
Secondo alcune non illustrate forme d’attuazione, l’apparato 1 ed il dispositivo 2 presentano una struttura ed un funzionamento analoghi (con un opportuno adattamento dei parametri operativi) agli apparati ed ai dispositivi descritti nella domanda di brevetto PCTEP2006003107. According to some embodiments not illustrated, the apparatus 1 and the device 2 have a similar structure and operation (with an appropriate adaptation of the operating parameters) to the apparatuses and devices described in the patent application PCTEP2006003107.
Secondo alcune forme d’attuazione, lo strato comprende un ulteriore materiale. L’ulteriore materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: ceria, itria, titania ed una loro combinazione. According to some embodiments, the layer comprises a further material. The further material is chosen from the group consisting of: ceria, itria, titania and a combination of them.
Secondo specifiche forme d’attuazione, l’ulteriore materiale à ̈ itria. Secondo ulteriori forme d’attuazione, l’ulteriore materiale à ̈ scelto nel gruppo consistente di: ceria, titania ed una loro combinazione. According to specific forms of implementation, the additional material is itria. According to further embodiments, the further material is chosen from the group consisting of: ceria, titania and a combination of them.
Per ottenere lo strato (che contenga più materiali), il materiale e l’ulteriore materiale vengono depositati (sostanzialmente contemporaneamente) mediante deposizione con plasma pulsato. To obtain the layer (which contains more materials), the material and the further material are deposited (substantially simultaneously) by deposition with pulsed plasma.
A scopo esemplificativo, la figura 2 illustra schematicamente un apparato 1 comprendente due dispositivi 2 e 2’ per la generazione di plasma, due bersagli 3 e 3’ di diversa composizione ed un unico substrato 4. P e P’ illustrano schematicamente delle piume che si generano dalle superfici dei bersagli 3 e 3’, rispettivamente. In particolare, il bersaglio 3 comprende (à ̈ costituito da) il componente determinato; il bersaglio 3’ comprende (à ̈ costituito da) l’ulteriore materiale (ceria e/o tiatania e/o itria). By way of example, Figure 2 schematically illustrates an apparatus 1 comprising two devices 2 and 2â € ™ for the generation of plasma, two targets 3 and 3â € ™ of different composition and a single substrate 4. P and Pâ € ™ schematically illustrate some feathers that are generated from the surfaces of targets 3 and 3â € ™, respectively. In particular, target 3 comprises (is made up of) the determined component; target 3â € ™ includes (is made up of) the additional material (ceria and / or tiatania and / or itria).
Si noti che le piume che si producono sui diversi bersagli si combinano sorprendentemente in modo da permettere la miscelazione dei diversi materiale e formare sul substrato 4 il citato strato. In questo modo, à ̈ possibile saltare (o comunque semplificare grandemente) la preparazione del bersaglio 3. È, inoltre, possibile che in questa maniera variando i diversi parametri operativi variare molto facilmente la composizione del primo materiale. It should be noted that the feathers which are produced on the different targets are surprisingly combined in such a way as to allow the mixing of the different materials and form the aforementioned layer on the substrate 4. In this way, it is possible to skip (or at least greatly simplify) the preparation of target 3. It is also possible that in this way, by varying the various operating parameters, the composition of the first material can be very easily changed.
Alternativamente, per ottenere un materiale con più componenti à ̈ possibile utilizzare un bersaglio costituito da una miscela di tali componenti. Tali bersagli sono tuttavia più costosi e difficili da realizzare. Alternatively, to obtain a material with several components, it is possible to use a target consisting of a mixture of these components. However, these targets are more expensive and difficult to make.
In alcuni casi à ̈ utile che il materiale che viene depositato sul substrato 4 sia un materiale multistrato. In questi casi, il dispositivo 1 viene prima utilizzato per l’applicazione del materiale, quindi (dopo avere sostituito il bersaglio 3) per l’applicazione dell’ulteriore componente (o viceversa, prima l’ulteriore componente poi il componente determinato). In some cases it is useful that the material which is deposited on the substrate 4 is a multilayer material. In these cases, the device 1 is first used for the application of the material, then (after having replaced the target 3) for the application of the further component (or vice versa, first the further component then the component determined).
Alternativamente, à ̈ possibile ottenere un materiale multistrato utilizzando l’apparato 1 della figura 2 azionando alternativamente (non contemporaneamente) i dispositivi 1 ed 1’. Questa metodologia permette un risparmi di tempo rispetto alla prima. Alternatively, it is possible to obtain a multilayer material using the apparatus 1 of figure 2 by operating alternatively (not simultaneously) the devices 1 and 1â € ™. This methodology allows time savings compared to the first.
Secondo un aspetto della presente invenzione viene fornito un metodo per la deposizione su un substrato 4 di uno strato comprendente un materiale determinato. In alcuni casi, il materiale determinato à ̈ costituito da un ossido metallico. According to an aspect of the present invention, a method is provided for depositing on a substrate 4 a layer comprising a given material. In some cases, the determined material consists of a metal oxide.
Il materiale determinato viene ottenuto a partire da almeno un componente determinato scelto nel gruppo consistente di: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconio, Afnio, Cerio, Titanio, Ittrio, Ferro, Alluminio, Tungsteno, Tantalio, Molibdeno, Argento, Indio, Platino (e Zinco) ed una loro combinazione. Il metodo comprende una fase di deposizione, la quale viene effettuata mediante deposizione con plasma pulsato (Pulsed Plasma Deposition - PPD) e durante la quale un dispositivo 2 per la generazione di plasma genera il plasma e dirige almeno un flusso di elettroni verso almeno un bersaglio 3 comprendente il componente determinato in modo che almeno parte del componente determinato venga emessa dal bersaglio 3 ed almeno parte del materiale determinato venga depositata su una prima superficie 4’ del substrato 4. The determined material is obtained starting from at least one determined component chosen from the group consisting of: Zirconia (ZrO2), Afnia (HfO2), Ceria, (CeO2), Titania (TiO2), Itria (Y2O3), Fe2O3, Zirconium, Hafnium, Cerium, Titanium, Yttrium, Iron, Aluminum, Tungsten, Tantalum, Molybdenum, Silver, Indium, Platinum (and Zinc) and a combination of them. The method comprises a deposition step, which is carried out by pulsed plasma deposition (PPD) and during which a plasma generation device 2 generates the plasma and directs at least one electron flow towards at least one target 3 comprising the component determined in such a way that at least part of the determined component is emitted by the target 3 and at least part of the determined material is deposited on a first surface 4 'of the substrate 4.
Vantaggiosamente, il metodo viene implementato in accordo con quanto sopra descritto relativamente all’apparato 1. Advantageously, the method is implemented in accordance with what has been described above in relation to apparatus 1.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione viene fornito un substrato 4 con uno strato ottenuto in accordo con il precedente aspetto della presente invenzione. According to a further aspect of the present invention, a substrate 4 is provided with a layer obtained in accordance with the previous aspect of the present invention.
Secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione viene fornito un substrato 4 con uno strato ottenibile in accordo con il precedente aspetto della presente invenzione. According to a further aspect of the present invention, a substrate 4 is provided with a layer obtainable in accordance with the previous aspect of the present invention.
Le metodologie finora sviluppate per la realizzazione di strati sottili contenenti uno dei materiali sopracitati presentano uno o più inconvenienti, tra i quali citiamo: ottenimento di strati non sufficientemente sottili; costi di produzione relativamente alti; incapacità di produrre strati sufficientemente omogenei e/o puri; incapacità di produrre strati adeguatamente lisci e/o privi di imperfezioni (pin holes); incapacità di legarsi in modo sufficientemente stabile ad un substrato. The methodologies developed up to now for the realization of thin layers containing one of the aforementioned materials have one or more drawbacks, among which we mention: obtaining insufficiently thin layers; relatively high production costs; inability to produce sufficiently homogeneous and / or pure layers; inability to produce adequately smooth and / or imperfect-free layers (pin holes); inability to bind sufficiently stably to a substrate.
Sulla base di quanto sopra descritto e delle prove sperimentali effettuate (si veda oltre) si evince che con il metodo della presente invenzione à ̈ possibile realizzare uno strato di spessore molto basso (in alcuni casi anche sostanzialmente cristallino), sostanzialmente privo di imperfezioni (ad esempio, fori passanti - pinholes), con un elevato grado di purezza ed omogeneità , a costi relativamente bassi e con rese relativamente elevate. On the basis of what has been described above and of the experimental tests carried out (see below) it is clear that with the method of the present invention it is possible to create a layer of very low thickness (in some cases even substantially crystalline), substantially free of imperfections (for example for example, through holes - pinholes), with a high degree of purity and homogeneity, at relatively low costs and with relatively high yields.
Questi vantaggi sono ottenibili con uno strato molto sottile e che quindi permette di ridurre gli ingombri e presenta bassi costi di produzione. These advantages are obtainable with a very thin layer which therefore allows to reduce the overall dimensions and has low production costs.
A meno che non sia esplicitamente indicato il contrario, il contenuto dei riferimenti (articoli, libri, domande di brevetto ecc.) citati in questo testo à ̈ qui integralmente richiamato. In particolare i menzionati riferimenti sono qui incorporati per riferimento. Unless the contrary is explicitly indicated, the content of the references (articles, books, patent applications, etc.) cited in this text is referred to here in full. In particular, the aforementioned references are incorporated herein by reference.
Ulteriori caratteristiche della presente invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di due esempi meramente illustrativi e non limitativi. Further characteristics of the present invention will emerge from the following description of two merely illustrative and non-limiting examples.
Esempio 1 Example 1
Preparazione di un bersaglio di ZrO2Preparation of a ZrO2 target
Il bersaglio per la deposizione di strati ZrO2tramite il metodo PPD à ̈ stato preparato tramite la compressione a temperatura ambiente di polvere di ZrO2(Sigma-Aldrich, purezza 99,999 %). Alternativamente, à ̈ posibile preparare il besrsaglio comprimendo con forza di 15 tonnellate della polvere di ZrO2Y-stabilizzata in uno stampo (circolare) di diametro di 32 mm. Le pastiglie di altezza di 5 mm ottenute sono state sottoposte ad un trattamento termico di 1650 °C per 12 ore in atmosfera di ossigeno e poi raffreddate con la velocità di raffreddamento spontanea del forno (forno spento e chiuso, tempo di caduta di temperatura da 1650 °C a 80 °C circa 14 ore). The target for the deposition of ZrO2 layers by the PPD method was prepared by compressing at room temperature ZrO2 powder (Sigma-Aldrich, purity 99.999%). Alternatively, it is possible to prepare the garlic by compressing with a force of 15 tons of the ZrO2Y-stabilized powder in a (circular) mold with a diameter of 32 mm. The 5 mm high tablets obtained were subjected to a heat treatment of 1650 ° C for 12 hours in an oxygen atmosphere and then cooled with the spontaneous cooling rate of the oven (oven off and closed, temperature drop time from 1650 ° C to 80 ° C about 14 hours).
Bersagli di ZrO2Y-stabilizzata possono essere anche acquistati da Sigma Aldrich. ZrO2Y-stabilized targets can also be purchased from Sigma Aldrich.
Esempio 2 Example 2
Deposizione di strati sottili di ZrO2Deposition of thin layers of ZrO2
Il bersaglio di ZrO2à ̈ stato montato su un portabersaglio rotante (con velocità di rotazione 0.1 Hz < f < 5 Hz, più precisamente f=0,5 Hz) e ablaso con il dispositivo 1 sopradescritto. Il voltaggio di accelerazione del fascio di elettroni à ̈ stato scelto tra 8 kV < V < 24 kV, più precisamente à ̈ stato fissato a 22 kV. La frequenza di generazione di pacchetti di elettroni e di plasma à ̈ stata variata tra 3 Hz < f < 30 Hz, in particolare à ̈ stata fissata a 20 Hz. L’atmosfera di ossigeno à ̈ stata adoperata nella camera di deposizione come l’atmosfera di lavoro. La pressione del gas di lavoro à ̈ stata variata tra 5*10-5 mbar < p < 10-2 mbar, in particolare à ̈ stata fissata a 1,5*10-3 mbar. Il substrato scelto tra materiali inorganici (vetro, vetro alcalifree, quarzo, silicio, molibdeno, rame, acciaio inox e altri metali) e materiali organici (Polipropilene ad alto peso molecolare (PPAPM), PP, PET, Mylar, PE, etc.), in particolare PPAM, tagliato nella forma di un rettangolo di dimensioni di 1 x 1 pollice à ̈ stato fissato su un portacampione rotante (la velocità di rotazione 0.5 Hz < f < 5 Hz preferibilmente f=1 Hz). La distanza tra la superficie ablasa del bersaglio e la superficie di deposizione del campione à ̈ stata scelta tra 30 mm < d < 90 mm, à ̈ stata fissata a 70 mm. The ZrO2 target was mounted on a rotating target holder (with rotation speed 0.1 Hz <f <5 Hz, more precisely f = 0.5 Hz) and ablated with the above described device 1. The acceleration voltage of the electron beam has been chosen between 8 kV <V <24 kV, more precisely it has been fixed at 22 kV. The frequency of generation of electron and plasma packets has been varied between 3 Hz <f <30 Hz, in particular it has been set at 20 Hz. The oxygen atmosphere has been used in the deposition chamber as the € ™ working atmosphere. The working gas pressure has been varied between 5 * 10-5 mbar <p <10-2 mbar, in particular it has been set at 1.5 * 10-3 mbar. The substrate chosen from inorganic materials (glass, alkaline glass, quartz, silicon, molybdenum, copper, stainless steel and other metals) and organic materials (high molecular weight polypropylene (PPAPM), PP, PET, Mylar, PE, etc.) , in particular PPAM, cut in the shape of a rectangle with dimensions of 1 x 1 inch was fixed on a rotating sample holder (the rotation speed 0.5 Hz <f <5 Hz preferably f = 1 Hz). The distance between the ablated surface of the target and the deposition surface of the sample was chosen between 30 mm <d <90 mm, it was set at 70 mm.
La temperatura del substrato non ha superato 90 °C durante la deposizione. La velocità di deposizione à ̈ stata controllata “in situ†tramite l’uso del misuratore di spessore a laser verde. La qualità del materiale depositato à ̈ stata ispezionata tramite l’uso del spettrometro ottico (intervallo delle lunghezze d’onda 200 nm < λ < 900 nm. The substrate temperature did not exceed 90 ° C during deposition. The deposition speed was controlled â € œin situâ € by using the green laser thickness gauge. The quality of the deposited material was inspected using the optical spectrometer (wavelength range 200 nm <Î »<900 nm.
Esempio 3 Example 3
Preparazione di un bersaglio di alluminio Preparation of an aluminum target
Il bersaglio di alluminio à ̈ stato ricavato da un blocco del alluminio puro (purezza Al 99,999 %, Alfa Aesar). Tale blocco à ̈ stato tornito nella forma di un cilindro di diametro di 35 mm e altezza di 10 mm. Dopo la tornitura il cilindro di alluminio à ̈ stato lucidato tramite l’uso della carta vetrata di numero 400, 600, 800 e 1200. Prima di montare il target sul porta-target della camera di deposizione PPD à ̈ stato lavato in un bagno ad ultrasuoni in acetone, alcool isopropilico e acqua bidistillata. Prima di deposizione dell’allumina sul substrato il bersaglio à ̈ stato condizionato (ovvero il bersaglio à ̈ stato sottoposto al processo di ablazione per ca. 15 min alle condizioni identiche alla deposizione dello strato sul substrato impedendo alla piuma del target di depositarsi sul substrato tramite l’uso di uno schermo di protezione del campione). The aluminum target was obtained from a block of pure aluminum (purity Al 99.999%, Alfa Aesar). This block was turned into the shape of a cylinder with a diameter of 35 mm and a height of 10 mm. After turning, the aluminum cylinder was polished using sandpaper number 400, 600, 800 and 1200. Before mounting the target on the target holder of the PPD deposition chamber it was washed in a bath ultrasound in acetone, isopropyl alcohol and double distilled water. Before deposition of the alumina on the substrate, the target was conditioned (i.e. the target was subjected to the ablation process for about 15 min under the conditions identical to the deposition of the layer on the substrate, preventing the target feather from settling on the substrate through the use of a sample protection screen).
Esempio 4 Example 4
Deposizione di strati sottili di allumina Deposition of thin layers of alumina
Il bersaglio di alluminio à ̈ stato montato su un porta-target rotante (la velocità di rotazione 0.1 Hz < f < 5 Hz preferibilmente f=0,5 Hz) e ablaso con la sorgente PPD descritta nel (domanda di) brevetto (Cannone a candela). Il voltaggio di accelerazione del fascio di elettroni à ̈ stato scelto tra 12 kV < U < 20 kV, preferibilmente 16 kV. La frequenza di generazione di pacchetti di elettroni e di plasma à ̈ stata variata tra 20 Hz < f < 100 Hz, preferibilmente 50 Hz. L’atmosfera di ossigeno à ̈ stata adoperata nella camera di deposizione come l’atmosfera di lavoro. La pressione del gas di lavoro à ̈ stata variata tra 5*10-4 mbar < p < 10-2 mbar, preferibilmente 1,0*10-3 mbar. Il substrato di Polipropilene ad alto peso molecolare – PPAPM - (altri substrati comprendono i materiali PET, PTFE, PP, grafite, silicio, quarzo, vetro, rame, molibdeno, acciaio inox 304, oro, argento, etc.) nella forma di un rettangolo di dimensioni di 20 x 30 mm à ̈ stato fissato su un portacampione rotante. La distanza tra la superficie ablasa del bersaglio e la superficie di deposizione del campione à ̈ stata scelta tra 27 mm < d < 100 mm, preferibilmente 100 mm per substrati di materiali organici e 35 mm per i substrati di materiali inorganici. La velocità di deposizione à ̈ stata controllata “in situ†tramite l’uso del misuratore di spessore a laser verde. La qualità del materiale in deposizione à ̈ stata ispezionata tramite l’uso del spettrometro ottico (intervallo delle lunghezze d’onda 200 nm < λ < 900 nm). The aluminum target was mounted on a rotating target holder (rotation speed 0.1 Hz <f <5 Hz preferably f = 0.5 Hz) and ablated with the PPD source described in the (patent application) candle). The acceleration voltage of the electron beam was chosen from 12 kV <U <20 kV, preferably 16 kV. The frequency of generation of electron and plasma packets was varied between 20 Hz <f <100 Hz, preferably 50 Hz. The oxygen atmosphere was used in the deposition chamber as the working atmosphere. The working gas pressure was varied between 5 * 10-4 mbar <p <10-2 mbar, preferably 1.0 * 10-3 mbar. The high molecular weight Polypropylene substrate - PPAPM - (other substrates include PET, PTFE, PP, graphite, silicon, quartz, glass, copper, molybdenum, 304 stainless steel, gold, silver, etc.) in the form of a rectangle with dimensions of 20 x 30 mm was fixed on a rotating sample holder. The distance between the ablated surface of the target and the deposition surface of the sample was chosen between 27 mm <d <100 mm, preferably 100 mm for substrates of organic materials and 35 mm for substrates of inorganic materials. The deposition speed was controlled â € œin situâ € by using the green laser thickness gauge. The quality of the deposited material was inspected using the optical spectrometer (wavelength range 200 nm <Î »<900 nm).
Esempio 5 Example 5
Risultati per la deposizione di allumina La velocità di deposizione à ̈ stata studiata tramite la deposizione su substrato di silicio. La crescita dello strato à ̈ non-lineare nel tempo – la deposizione di 30 min. rende lo spessore del strato di 1,2 µm. La deposizione di 60 min. dimostra lo spessore 1,55 µm. Gli spessori degli strati depositati per diversi campioni variano da 20 nm a 3,57 µm. La composizione del materiale misurata tramite il metodo EDS à ̈ documentata dal campione EDS 34 che dimostra 40% at. % Al, 1 -2 at. % C, 60 – 63 at. % O, più trace di Si. La morfologia macroscopica dei strati à ̈ dimostrata su una immagine di microscopia ottica (Fig. 3). La bassa rugosità microscopica e la morfologia dei grani del strato depositato sono dimostrati dalle figure 4 e 5. Results for alumina deposition The deposition rate was studied by deposition on a silicon substrate. The growth of the layer is non-linear over time - the 30 min deposition. makes the layer thickness 1.2 µm. The deposition of 60 min. demonstrates the thickness of 1.55 µm. The thicknesses of the deposited layers for different samples vary from 20 nm to 3.57 µm. The composition of the material measured by the EDS method is documented by the EDS 34 sample which demonstrates 40% at. % Al, 1 -2 at. % C, 60 â € “63 at. % O, more trace than Si. The macroscopic morphology of the layers is demonstrated on an optical microscopy image (Fig. 3). The low microscopic roughness and the grain morphology of the deposited layer are shown in figures 4 and 5.
Esempio 6 Example 6
Sono state effettuate anche deposizioni di ossido di Tantalio, ossido di molibdeno, titania, ossido di Indio, ossido di zinco e deposizioni di platino. Gli spettri ottici delle piume sono illustrati nelle figure da 6 a 11. Tantalum oxide, molybdenum oxide, titania, indium oxide, zinc oxide and platinum depositions were also performed. The optical spectra of the feathers are shown in Figures 6 to 11.
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