KR20140019796A - 탄소 스파크 증발 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법에 관한 것이다. 스파크는 커패시터에 의해 공급된다. 펄스 사이에는 차단 시간 간격이 주어지고, 상기 시간 간격 동안 스파크 전류가 흐르지 않는다. 펄스 내에서, 즉 접속 시간 간격 동안 차지(charge) 공급은 전류 임계값에 도달 시 중단되고 다시 시작되므로, 펄스 내에 서브 펄스가 생성된다. 시간 간격과 서브 펄스는 본 발명에 따라, 커패시터의 재접속 시 스파크 방전이 즉시 재점화하도록 선택된다.

Description

탄소 스파크 증발{CARBON SPARK EVAPORATION}

본 발명은 탄소층 또는 층을 제조하기 위한 탄소 타깃 또는 많은 양의 탄소를 함유한 타깃의 캐소드 스파크 증발을 위한 방법에 관한 것이다.

특히 본 발명은 수소를 포함하지 않거나 또는 소량만을 포함하고 넓은 범위에서 변경될 수 있는 경도를 갖는 경질 탄소층의 제조에 관한 것이다.

본 발명에 따라 낮은 전압에서 전기적인 방법으로, 즉 기계적인 점화 콘택을 이용하지 않고 높은 반복 주파수에 따라 스파크를 점화하는 것을 가능하게 하는 장치가 제안된다.

또한, 상기 장치는 진공 상태에서 재현 가능한 코팅을 보장하기 위해, 더 작은 표면의 탄소 타깃에서 약간의 자계 지원을 통해 또는 자계 지원 없이 스파크를 확실하게 일으킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 코팅 시 여러 번 충전된 탄소 이온의 양을 조절하고 코팅 속도를 변경하는 것을 가능하게 하는 장치 및 방법이 설명된다.

방법과 장치 사이의 바람직한 조합은, 스파크 증발 시 발생하는 스플래시가 증착된 층 내로 혼입되는 것을 감소시키거나 또는 방지하기 위해 이용된다.

또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 공개된 장치를 이용하여 제조되고, 넓은 범위 걸쳐 변경될 수 있는 경도와 표면 거칠기를 갖고, 코팅된 바디와 각각의 대응 바디로 이루어진 트리볼로지컬 시스템(tribological system)을 의도대로 최적화할 수 있는, 수소를 포함하지 않는 탄소층에 관한 것이다.

층의 주요 실시예는 다른 요소들, 특히 금속과 가스를 이용한 도핑이고, 그러나 이때 더 많은 양의 수소가 혼입되지 않는다.

탄소의 캐소드 스파크 증발은 수년 전에 공지된 방법으로, 공구와 부품들의 코팅을 위해 이용된다. 이러한 방법에서 타깃은 증발될 탄소로 이루어지고, 스파크 방전 시 캐소드로서 작동된다.

선행기술은 펄스식 스파크 전류로 탄소의 캐소드 스파크 증발을 실행하는 것이다. 직류 작동은 타킷의 위치에서 스파크의 "시징(seizing)"을 야기한다. 그 이유는 추측컨대, 흑연은 일반적인 금속 전도체와 달리 더 높은 온도에서 더 낮은 비저항을 갖고, 따라서 타깃의 이미 뜨거운 위치에서 전압이 낮을 경우에 스파크 작동이 촉진되는 것에 있다. 스파크 전류의 펄스는 스파크를 편향시키고, 일정한 지점에서 상기 스파크 전류가 머무르는 것과 그에 따른 타깃 내부의 연소를 방지한다.

기본적으로, 펄스식 스파크 전류를 제공하는 방법은 두 가지이다. 제 1 방법은(하기에서 방법 A라고 함), 연속 스파크 전류 IKD에 추가 전류 펄스 IKP를 중첩하는 것이다. 이는 도 1에 개략적으로 도시된다. 제 2 방법은(하기에서 방법 B라고 함, 도 2), 전류 펄스 IKP를 스파크 전류에 대해 나란히 배치하는 것으로, 이 경우 전류 펄스 사이에서 전류는 항상 다시 차단되므로, 스파크의 펄스마다 다시 재점화되어야 하고, 즉 불연속 스파크 전류로 처리된다.

두 방법은 장점과 단점을 갖는다. Grimm의 간행물 EP_00666335_A1호에 기술된 방법 A는, 연속 스파크 전류 IKD의 점화를 위해 하나의 점화 과정만을 필요로 하는 장점을 갖는다. 전류 펄스 IKP는 이러한 연속 스파크 전류에 중첩되고, 따라서 특수한 점화를 필요로 하지 않고, 이는 전류 펄스가 높은 주파수를 갖는 경우에 특히 바람직하다. 즉, 연속 스파크 전류는 코팅 공정의 시작 시에만 점화되면 되기 때문에, 캐소드와 애노드 사이의 단시간의 저저항의 기계적인 접촉에 의해 안정적이고 일반적으로 제조된 점화 장치 의해 처리될 수 있다. 직류 전원장치에서 공급되는 연속 전류 IKD와 펄스 전류 IKP의 중첩은 병렬 접속된 커패시터 방전에 의해 이루어질 수 있거나, 또는 병렬 접속된 단극성 전압 공급부에 의해 이루어진다. 그러나 시중에서 구매할 수 있는 소정의 범위에서 펄스 파라미터(주파수, 펄스 높이, 펄스 폭, 펄스 경사)의 조절을 허용하는 펄스 전류 공급부(예를 들어 이것은 펄스 용접으로 개발되었다)가 사용될 수도 있다.

상응하게 간행물 WO2009/059807(Ramm 저 외)에 특히 ta-C층의 제조를 위한 펄스 방법이 기술되어 있다. 이 경우 베이스 전류를 일으키는 DC 전압은 전압 펄스와 중첩되고, 상기 전압 펄스는 스파크 기본점의 "시징", 즉 스파크 기본점이 타킷 표면의 매우 작은 영역에 더 오래 머무르는 것이 저지되도록 전자 방출 특성에 영향을 미친다. DC-전류 공급부는 베이스 전류로 실행되므로, 플라즈마 방전은 중단되지 않고 유지된다.

방법 A에서 필수적인 연속 전류 흐름은, 상기 방법이 경질 탄소층의 제조를 위해 이용되는 경우에 두 가지 단점을 갖는다. 첫 번째 단점은 층이 빠른 속도로, 즉 연속 스파크 전류에 의한 증발에 의해 제공되는 위험에 있다. 너무 높은 코팅 속도는 탄소의 다이아몬드상의 sp3-결합을 감소시키는 것이 공지되어 있고, 이는 논문 "A theory for the formation of tetrahedral amorphous carbon including deposition rate effects"(Yin 저 외, Thin Solid Films(1996) 95-100 페이지)에 기술되어 있다.

증착된 층들이 연질화되고, 이는 상기 층들이 마모 방지층으로 사용되어야 하는 경우에 바람직하지 않다. 가능한 해결책은, 코팅을 다소 충분한 시간 간격 동안 중단하는 것이다. 그러나 이것은, 매번 다시 재점화되어야 하므로 이로 인해 펄스 전류와 연속 스파크 전류의 조합 시 오직 한 번의 점화라는 장점을 부분적으로 잃게 된다. 이 방법의 다른 단점은, 연속 스파크 시 더 많이 충전되는 탄소 이온의 양이 감소하는 것이다.

다른 방법, 즉 방법 B는 전류 펄스로 처리되고, 상기 전류 펄스 사이에서 스파크 전류는 각각 다시 0으로 되돌아간다. 그러므로, 각각의 전류 펄스도 다시 재점화 되어야 한다. 이러한 점화 과정을 실행하기 위한 여러 방법이 있다. 이러한 방법들은 예를 들어 간행물 "'Triggerless' triggering of vacuum arcs"(Anders 저 외, J.Phys D:Appl. Phys, 31, (1998), 584-587 페이지)에 기술되어 있다. 이러한 모든 방법은 공통적으로, 처음에는 캐소드 또는 애도느에서 플라즈마를 발생시키고, 그 후에 상기 플라즈마는 상기 2개의 전극 사이의 경로를 스파크 방전을 위해 충분히 도전성으로 만든 후에, 상기 스파크 방전은 방전 전압이 낮을 경우에 안정적인 상태에서 진행된다. 점화 장치의 신뢰성은 상이하다. 이것은 최대 펄스 개수에도 관련되고, 상기 최대 펄스 개수는 특수한 점화 장치에 의해, 상기 장치가 다시 점검되어야하기 전에 달성될 수 있다. 이는, 대규모의 유지 보수 작업이 실행되어야 한다는 것을 의미한다. 최상의 경우에는 대략 100,000 펄스는 이러한 검사 없이 달성된다. 이것은 30시간의 작동 시간 후에(1 Hz의 펄스 주파수에서) 상기와 같은 검사가 적합하다는 것을 의미할 수 있다. 그러나 더 높은 주파수로, 예를 들어 1 kHZ 펄스 주파수로 작업하는 경우, 공정은 대략 2분도 채 안돼서 중단될 것이다. 더 높은 주파수는 기존의 점화 장치로는 실행이 더 불가능하다. 현재 10 Hz이상의 주파수는 적어도 제조 시 코팅 공정에는 거의 사용되지 않는다. 그 이유는 펄스의 반복률은 커패시터의 충전 시간에 의해 제한되기 때문이다. 일반적으로 펄스의 지속시간(길이)은 방법 B에서 커패시터 방전의 특성값에 의해 또는 스파크 전류 공급시 펄스 지속시간 차단에 의해 설정된다.

요약하면, 방법 A와 B는 서로 비교해 보면 장점과 단점을 갖는다. 방법 A의 경우에는 초기 점화만을 필요로 하고, 이후에는 연속 스파크 전류와 매우 높은 주파수의 전류가 중첩될 수 있다. 그러나 DC 전류 성분은 최저 증발 속도를 결정할 수 있고, 이러한 속도는 층 특성에 매우 나쁜 영향을 미치는 것이 단점일 수 있다. 또한, 펄스식 스파크 전압은 단시간이지만 제어하기 어려운 전압 오버슛(overshoot)을 야기하는 것도 단점이고, 이러한 전압 오버슛은 DC 스파크 방전의 낮은 임피던스에 의해 결정된다. 이는 경우에 따라서 여러 번 충전되는 탄소 이온의 생성을 제한한다.

방법 B의 장점은, 스파크의 점화 시 비교적 높은 전압과(여러 번 충전되는 C-이온의 생성에 긍정적인 작용) 스파크(예를 들어 타깃 중앙에서 점화 시)가 타깃 가장자리에 도달하고 다른 물질들로 튀기 전에 중단되도록 스파크 지속 시간을 설정할 수 있다는 것이다. 펄스의 주파수는 특히 점화 장치의 속도에 의해 제한된다. 그러나 대부분의 점화 방법은 전술한 바와 같이, 높은 주파수에서 긴 프로세스 지속 시간에 걸쳐 불확실하고 및/또는 비교적 높은 비용을 야기한다.

지금까지 언급한 바에 따르면, DC 전류 성분 없이 또는 적은 DC 전류 성분으로 실행되고, 펄스 방식의 높은 연소 전압을 포함하는 방법이 바람직하고, 또한 이러한 방법에서 높은 주파수로 처리될 수 있고, 펄스 점화는 확실하게 그리고 적은 비용으로 실행된다.

탄소 타깃에서 캐소드 스파크의 점화와 작동을 위한 다양한 방법의 단점들은 하기와 같이 요약된다: 스파크 증발 시 기존의 방법은 펄스와 중첩된 DC 스파크 전류에 기초하거나 또는 추가 점화 장치에 의해 작동되는 불연속 스파크에 기초한다. 방법 A의 펄스 중첩은 펄스 증가 시 스파크 방전의 작은 전압 오버슛만을 일으키고 이와 관련해서 여러 번 충전되는 이온의 비교적 더 적은 생성을 야기한다. 또한, 커패시터의 필수 충전 시간은 펄스 성분의 "듀티 사이클"을 제한한다. 방법 B의 순수 펄스 작동 시 빈번한 점화는 코팅 공정의 신뢰성을 감소시키고 및/또는 매우 고비용의 해결 방법에 의해서만 구현될 수 있다.

본 발명의 과제는, 방법 A(지속적으로 중첩되는 직류)와 방법 B(펄스마다 점화)을 제한할 필요 없이, 점화 시퀀스가 매우 높은 주파수와 짧은 펄스 지속시간으로 구현될 수 있는 탄소의 캐소드 스파크 증발 방법을 제시하는 것이다.

바람직하게 이러한 점화 방법은 방법 A에서 이용될 수 있는 것과 같은 "느린" 초기 점화와 조합될 수 있지만, Adners 저 외의 간행물에 기술된 바와 같은 불연속 펄스 작동의 기계적인 접촉에 근거하지 않는 "신속한" 점화 방법과 조합될 수도 있다.

본 발명은 불연속 펄스 작동을 가능하게 하고, 이때 초기 점화 후에, 추가의 외부 소스 점화 장치를 필요로 하지 않는다.

본 발명의 주요 양상은, 펄스에 대한 방전 전압의 크기를 설정할 수 있고, 이로 인해 탄소 증기의 이온화 정도에 의도대로 영향을 미칠 수 있는 것이다.

본 발명의 다른 과제는, 탄소층의 제조를 위한 코팅 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 스파크 코팅 시 가변 펄스-휴지 비가 기판에서 최적의 코팅 속도 조절을 달성할 수 있게 한다.

또한, 본 발명에 따른 방법에 의해 짧은 펄스 시간의 단일 펄스들의 고속 시퀀스로 이루어진 중복 펄스와 조합하여 종래의 직류 전압 스파크 방전 시 방전 전압에 비해 스파크 방전의 방전 전압을 현저히 감소시킬 수 있는, 방법 A의 개선이 이루어진다.

상기 과제는, 캐소드 스파크 증발 시 스파크 방전이 적어도 하나의 커패시터의 방전에 의해 실행되고, 해당하는 방전 전류는 일반적으로 커패시터의 주기적인 접속 및 차단에 의해 제어됨으로써 해결되고, 이 경우 본 발명에 따라 접속된 시간 간격 내에서 방전 전류는 사전에 설정된 값에 도달 시 단시간 중단된다. 이는 펄스 내에서 다른 펄스를 야기하고, 이는 하기에서 서브 펄스라고 한다.

놀랍게도, 서브 펄스를 발생시키기 위해 직류 전압 성분을 필요로 하지 않는다. 즉, 펄스 내에서 스파크 방전은 전압의 차단 후에 즉시 재시작될 수 있다. 외부에서 유발되는 점화는 필요 없다. 또한, 직류 전압 성분에 의한 스파크의 유지도 거의 필요 없다.

더 놀라운 사실은, 서브 펄스에 의해 고유 펄스의 종료 후, 커패시터의 중단 후 및 휴지 간격의 종료 후에 커패시터의 접속은 스파크 방전의 재시작을 지체없이 야기하고, 즉 외부에서 유발되는 점화가 불필요하다는 것이다. 따라서 펄스 사이에 베이스 전류도 필요 없다. 선행기술과 달리 스파크 작동은 본 발명에 따라 필수적으로 중단되면서 실행된다.

이는 한편으로는, 접속된 시간 간격 내에서 서브 펄스에 의해 증발된 입자의 이온화가 현저하게 증가하는 장점을 제공한다. 다른 한편으로는 휴지 간격 이후에 방전 전압의 접속에 의해서만 스파크를 다시 점화할 수 있는 가능성은 코팅 속도가 문제없이 제한될 수 있는 장점을 제공하고, 또한, 이로써 많은 sp3-성분을 갖는 경질 탄소층이 구현될 수 있다.

어떤 이유로 서브 펄스에서 재점화와 휴지 간격 후에 재점화가 즉시 가능한지 아직 완전히 규명되지 않고 있다. 그러나, 발명자는 증발된 입자의 증가한 이온화 정도로 인해, 스파크를 재점화하는 것이 낮은 전압으로 충분할 정도로 점화 임계값이 낮아지는 것으로 추측된다. 또한, 이것은 이온화된 입자의 관성으로 인해 특히 휴지 간격의 종료 후에도 계속해서 적용되는 것으로 추측된다. 펄스 사이의 휴지 간격이 얼마나 긴지에 대한 문제는 펄스 지속 시간 및 서브 펄스의 개수에 의존해서 선택될 수 있고, 직접적으로는 사용된 스파크 증발 장치의 실제 조건에 의존할 수 있다. 어느 정도의 휴지 간격에서 스파크가 더 이상 점화되지 않는지 당업자는 간단한 실험으로 검출할 수 있다.

본 발명은 실시예 및 도면을 참고로 상세히 설명되고, 이는 본 발명의 일반적인 사상을 제한하지 않는다.

도 1은 방법 A(선행기술)의 개략도.
도 2는 방법 B(선행기술)의 개략도.
도 3은 진공 코팅 장치 및 전원장치를 포함하는 회로를 도시한 도면.
도 4는 펄스 길이로서 100 μs의 시간이 사전 설정된, 500 Hz의 펄스 주파수로 선행기술에 따른 방법 A에 의한 스파크 방전의 작동 시 UKA와 IKP의 시간에 따른 변화를 도시한 도면.
도 5는 500 Hz의 펄스 주파수로 선행기술에 따른 방법 A에 의한 스파크 방전의 작동 시, 더 나은 해상도의 단일 펄스에 대한 UKA 와 IKP의 시간에 따른 변화를 도시한 도면으로서, 전류 증가는 사전 설정된 펄스 시간 동안 이루어지고, 이 경우 전류는 이미 100 μs 전에 자유롭게 선택 가능한, 대략 720 A의 전류 한계치에 도달하고, 이는 대략 40 μs후에 전압 차단을 야기한다.
도 6은 펄스식 스파크 방전 시 작동을 도시한 도면(개선된 방법 A)으로서, 직류 공급부(5)는 30 A의 IKD를 공급한다(도시되지 않음). 이러한 직류 방전에 펄스 전류 공급부(6)의 펄스가 중첩되었다. 펄스 전류 IKP는 도면에 도시된다. 펄스 길이는 이러한 경우에 800μs로 정해졌었다(트리거신호 제공됨). 펄스 사이에서 1200 μs의 펄스 휴지가 설정되었다. 전류 차단은 각각 대략 700 A에서 이루어졌다. 이러한 조건에서, 6개의 서브 펄스로 이루어진 사전 설정된 펄스의 길이에 걸쳐 펄스 번들의 발생이 관찰된다.
도 7은 도 6의 곡선의 더 양호한 시간 해상도를 도시한 도면으로서, 사전 설정된 펄스 길이는 대략 700 A에서 전류 제한이 이루어지는 800μs이다. 이러한 펄스 길이에서 전류 제한에 의해 6개의 서브 펄스가 생성되고, 이 경우 각각의 서브 펄스에서 전압은 대략 40 μs에 걸쳐 더 높은 레벨에서 안정화된다.
도 8은 펄스식 스파크 방전의 본 발명에 따른 작동으로서, 차단된(불연속 펄스로만 작동에 해당함) 직류 공급부(5)의 경우에 IKP와 UKA의 시간에 따른 변화를 도시한 도면. 펄스 길이는 1000 μs로 사전 설정되었고, 펄스 휴지도 1000 μs로 사전 설정되었다.
도 9는 도 8의 더 양호한 시간 해상도로서, 7개의 서브 펄스를 가진 단일 펄스가 도시된다. 곡선으로부터 대략 60 V의 점화 전압은, 단일 펄스 내에서 서브 펄스들이 새로이 점화하기 위해 충분하고, 이때 추가 점화 장치는 필요 없다. 놀랍게도 상기 전압은 1000 μs후에 단일 펄스를 다시 점화하기에도 충분하다.
도 10은 900 μs의 사전 설정된 펄스 지속 시간 동안 UKA와 IKP(본 발명에 따라 직류 중첩을 포함하지 않음)의 시간에 따른 변화를 도시한 도면. 펄스 휴지로서 1100μs의 시간이 선택되었다. 이러한 경우에 순수 불연속 펄스에 의한 점화 작동은 간신히 이루어질 수 있었다. 이러한 실험 구성에서 더 작은 펄스 길이와 더 킨 펄스 휴지 동안 점화는 확실하게 보장될 수 없었다.

도 4 내지 도 6에 각각의 곡선들이 도시된다. 최상단 곡선은 전류 변화에 해당한다. 따라서 우측 측이 관련된다. 가운데 곡선은 전압 변화에 해당한다. 따라서 좌측 축이 관련된다. 최하단 곡선은 펄스 지속시간만을 나타낸다. 상기 펄스 지속시간의 진폭은 임의의 단위로 선택된다.

실험은 OC Oerlikon Balzers AG사의 Innova 모델의 진공 코팅 장치에서 실시되었다. 다른 진공 코팅 장치에서 방법의 전용 가능성에 대해 당업자는 상세한 설명을 통해 알 수 있다.

진공 코팅 장치는 도 3에 개략적으로 도시되고, 진공화될 수 있는 챔버(1)를 포함하고, 상기 챔버 내에 코팅될 기판을 수용하기 위한 회전 가능한 기판 홀더(4)가 배치된다. 모든 실험에서 진공화된 챔버 내로 200 sccm 유량의 아르곤 가스가 주입되었고, 이 경우 챔버 내의 전체 압력은 0.6 Pa로 설정되었다. 아르곤 가스의 압력 범위는 더 넓은 범위에서 변경될 수 있고, 다른 가스, 예컨대 질소가 사용될 수도 있다.

또한, 이러한 진공화될 수 있는 챔버 내에 스파크 증발원이 배치되고, 상기 상기 스파크 증발원은 탄소로 이루어진 증발될 타깃(2)을 포함한다. 타깃(2)은 적절하게 기계적으로 고정되고, 접지에 배치된 챔버(1)와 절연되어 설치된다. 타깃은 스파크 방전의 캐소드로서 접속된다. 또한, 챔버 내에 애노드(3)가 배치되고, 상기 애노드는 바람직하게 캐소드로 작동되는 타깃(2) 근처에 설치된다. 애노드(3)가 타킷(2)에 공간적으로 근접하는 것은 스파크 작동, 특히 "고유 점화 장치"에 의해 또는 추가 외부 점화장치 없이 불연속 펄스 시퀀스에서 점화 과정을 용이하게 한다. 애노드(3)의 중앙 배치도 스파크의 안정성에 기여하는데, 그 이유는 이러한 배치는 특히 타깃 중앙에서 점화 과정을 촉진하고, 스파크가 타깃 가장자리로 이동하는 것을 저지하기 때문이다. 스파크 전류의 펄스는 스파크 방전의 안정화에도 기여한다. 그 이유는 한편으로는, 타깃의 일정 지점에서 스파크가 머무르는 것을 저지하기 때문이고, 다른 한편으로는 특히 불연속 스파크 작동 시 타킷(2)에 대해서 애노드(3)가 중앙에 배치됨으로써 타깃 중앙에서 스파크 점화가 촉진되고, 스파크가 타깃 가장자리에 도달할 수 있기 전에 스파크 전류가 중단될 수 있기 때문이다(펄스 길이의 조절에 의해). 타깃(2)의 캐소드 스파크 증발을 위해 2개의 전원장치가 사용되고, 상기 전원장치들의 기능은 물론 하나의 전원장치 내에 형성될 수도 있다. 직류 공급부(5)는 일반적으로 100 V의 무부하 전압을 갖는 전류 공급 장치이다. 스파크 작동 시 상기 전압은 스파크 방전의 낮은 임피던스로 인해 50 V 아래의 전압으로, 일반적으로 탄소 타깃에서는 대략 20 V의 전압으로 설정된다. 이러한 전류 공급 장치에서 전형적으로 전류는 대략 1000 A 까지 설정될 수 있다. 그러나 전술한 실험에서는 바람직하게 대략 100 A 및 그보다 작은 전류 범위만 사용되는데, 그 이유는 전술한 바와 같이 너무 높은 코팅 속도는 탄소층의 경도를 감소시키기 때문이다. 실질적으로 커패시터 방전을 스위칭하는 펄스식 전원장치(6)의 전자 소자들은, 높은 방전 전류를 스위칭할 수 있도록 설계된다. 따라서 전자 소자들(예를 들어 IGBT)은, 요구되는 방전 전류와 스위칭 주파수 사이의 최적의 상태를 찾을 수 있도록 설계된다. 커패시터의 크기는, 커패시터에 충전 전압이 제공될 때 캐소드 스파크를 제공하거나 또는 다시 말해서 적절한 캐소드 물질(이 경우 탄소)을 증발시키기에 충분한 에너지 (Q=CU)를 저장할 수 있도록 선택된다. 펄스식 전원장치의 설계는, 즉 펄스 전류, 펄스 주파수, 충전 전압 및 책정된 커패시터 용량 사이의 타협이다. 스위치(7, 8)에 의해 스파크 방전 작동을 위한 전원장치들이 타깃에 접속될 수 있다.

또한, 초기 점화 후에 스파크 방전이 펄스식 전원장치에 의해서만 전류를 공급받아 작동되는, 즉 펄스 전류 IKP로만 작동되는 것은 본 발명의 부분으로서 신규하다. 전체 스파크 전류 IKA는 IKP와 일치한다. 스파크 방전의 방전 전압 UKA은 캐소드(타깃:2)와 애노드(3) 사이에서 도 3에 도시된 것처럼 측정된다. 스파크 방전을 펄스식 전원장치로만 작동하고자 한다면, 기존의 선행기술에서 펄스마다 항상 다시 재점화되어야만 했다. 본 발명에 따른 방법에 의해 이러한 재점화는 불필요하다.

전원장치들은 다이오드(10)에 의해 보호되고, 상기 다이오드는 하나의 전원장치로부터 공급된 전류가 다른 전원장치에 공급되고 이로 인해 결함이 발생하는 것을 저지한다. 일반적으로 전원장치의 플러스 출력부들은 접지에, 즉 챔버가 배치된 전위에 인가된다. 그러나, 스파크 방전이 플로팅(무전위) 방식으로 작동되는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해 스위치(9)가 개방된다. 스위치 위치에 따라 애노드는 무전위로 또는 접지 전위로(챔버와 동일한 전위) 작동된다. 스파크 방전의 초기 점화를 위해 실험에서 기계적 점화 콘택(11)이 사용되었고, 상기 점화 콘택은 낮은 임피던스 저항을 통해 단시간에 애노드와 접촉을 형성하고, 이로써 타깃 물질의 초기 증발이 야기되고, 상기 타깃 물질은 전원장치(5 및/또는 6)가 타깃 물질의 증발을 위한 스파크 공급을 담당하도록, 즉 상기 전원장치가 작은 전압에서 작동되도록, 캐소드-애노드 경로를 전도성으로 만든다. 초기 점화 후에 본 발명에 따른 직류 전압 공급부(5)는 예를 들어 스위치(7)에 의해 차단된다. 스파크는 직류 성분을 포함하지 않는 펄스식 전원장치(6)에 의해서만 전류를 공급받는다.

문헌에 불연속 펄스 작동(방법 B)에 대해, 펄스 시작 시 전류의 오버슛은 증발되는 타깃 물질의 중복 이온화된 이온의 양을 증가시키는데 기여한다고 제시되어 있다(Paperny 저 외, "Ion acceleration at different stages of a pulsed vaccum arc", J.Phys. D: Appl. Phys. 42(2009) 155201). 그러나 유감스럽게도 이 실험에서 전압 변화는 이와 관련되지 않았다. 추측컨대 펄스 시작시 전류의 오버슛 원인은 더 높은 전압의 단시간 인가에 있다. 즉, 아마도 전압 오버슛은 증가한 이온화에 대한 기본적인 원인으로 판단되고, 전류 증가는 부차적인 효과일 뿐이다.

방법 B에서 증가한 스파크 전압은, 스파크가 캐소드와 애도느 사이에 높은 무부하 전압이 인가되는 전제 하에서 점화됨으로써 구현된다. 이는 예컨대, 펄스 방전을 위해 사용되는 커패시터가 고전압으로 충전되고, 커패시터의 이러한 높은 무부하 전압으로부터 물질의 단시간 추가 증발에 의해 스파크가 점화됨으로써 이루어질 수 있다. 점화 후에 커패시터는, 스파크를 유지하기 위해 충분히 충전된 경우에 한해서 방전한다. 점화 직후에(일반적으로 최초 50 μs내에) 스파크 방전은 증가한 전압에서 진행된 후에, 다시 더 낮은 전압값으로 감소하고, 상기 전압값은 일반적으로 각각의 직류 스파크 방전의 임피던스에 의해 주어진다.

더 높은 충전 상태의 이온의 생성은 현재의 자료에서는(Paperny 저 외) 전류 펄스의 시작 시 실행된 후에 약화되므로, 200μs의 펄스 길이에서 최초 50μs후에 직류 스파크 방전의 경우에 일반적인 충전 상태만이 야기된다. 더 높은 충전 상태를 야기하기 위해, 100 μs 보다 작은, 바람직하게 50 μs보다 작은 규모의 짧은 전류 펄스를 형성하는 것이 중요하다. 1 kHz의 일반적인 펄스 주파수에서 이것은 "듀티 사이클(duty cycle)"의 현저한 감소를 의미할 수 있고, 매우 낮은 코팅 속도를 야기할 수 있다. 물질 증발에 의한 신속한 스파크 점화 장치는 사용될 커패시터(점화를 위한 물질 플라즈마가 생성되도록 커패시터의 용량은 충분히 커야 한다)의 충전 거동에 관련되고, 충전 시간 1 ms일 때, 즉 주파수가 1 kHz일 때 바람직하다(Anders 저 외). 더 높은 주파수의 펄스 시퀀스를 얻기 위해, 복잡하더라도 다수의 점화 커패시터들을 시간적으로 차례로 결합하는 것이 고려될 수 있다. 그러나, 이것은 번거롭고 비용이 많이 들고, 발명자가 아는 범위에서는 지금까지 실행되지 않고 있다. 특히 짧은 펄스 동안 그리고 불연속 작동 시 펄스 주파수를 높이는 것은 다른 양상으로서 본 발명에 의해 해결된다.

방법 B의 경우에 펄스 시작 시 전류 증가는 비교적 간단하게 구현될 수 있고 점화 장치의 높은 전압에 의해서만은 복잡할 수 있는 한편, 방법 A의 경우에 높은 스파크 전압은 더 어렵게 구현될 수 있다. 당업자에게 직류 스파크 방전 시 점차적인 전압 증가는 "무제한" 전류 상승을 야기하고, 이때 명백한 전압 오버슛은 설정되지 않는 것이 공지되어 있다. 매우 급격한 펄스에 의한 직류의 중첩만이 방법 A에서 스파크 방전 전압을 높인다. 이러한 전압 오버슛을 더 긴 시간에 걸쳐 안정화하는 것은 어려운데, 그 이유는 전류는 신속하게 증가하고, 이와 관련한 커패시터 자체의 전압 강하로 커패시터의 신속한 방전이 이루어지기 때문이다. 이는 특히 중첩된 직류의 경우에도 적용되는데, 그 이유는 직류 스파크 방전은 대략 0.1 옴의 범위의 작은 임피던스만을 갖기 때문이다.

본 발명에 따른 방법은 탄소의 캐소드 스파크 증발의 다른 양상을 기초로 한다. Horikoshi 저 외의 연구, "Vaccum Arc Deposition of Homogeneous Amorphous Carbon Films at High Growth Rates"(New Diamond and Frontier Carbon Technology, 제 16 권, 5번(2006), 267-277)에서, 커패시터의 방전 전압과 커패시터 방전 시 충전의 정도는 캐소드 스파크 증발 시 스플래시 빈도에 영향을 미치는 것으로, 즉 방전 시 방전 전압이 높을수록 그리고 충전량이 많을수록 스플래시 회수는 작아지는 것으로 결론 내렸다. 이것은 방법 B에 따른 개별 전류 펄스에서 입증되었다. 기록된 펄스 형태(도 4, Horikoshi 저 외)는 커패시터 방전에 대한 전형적인 전류-시간-변화를 나타낸다. 즉, 처음에는 일반적으로 최초 100 μs 내에서 달성되는 최대치까지 급격한 전류 상승 후에 완만한 전류 감소를 나타낸다. 펄스 길이는 방전의 임피던스와 용량에 의존한다. 방전 전압과 충전도 펄스 형태에 영향을 미친다.

여기에 기술된 실험들은 펄스식 전원장치(6)로 실행되었고, 상기 전원장치는 제어되는 켜패시터 방전에 기초하고, 이러한 특수한 경우에 1000 A의 최대 방전 전류에서 2 kHz까지의 펄스 주파수를 허용하였다. 커패시터는 8 mF의 용량을 갖고, 1000 V까지의 전압이 커패시터의 충전에 이용될 수 있었다. 커패시터의 확장은 즉시 2000 A의 전류 또는 그 이상도 가능하고, 예를 들어 2000 V까지의 충전 전압이 이용될 수도 있다. 커패시터의 충전 시간은 R과 C의 적수에 비례하고, 이때 R은 충전 회로 내의 옴 저항이고, C는 커패시터의 용량이다. 커패시터를 대용량 C로 충전하고자 하면, 긴 충전 시간을 감수해야 하거나, 또는 짧은 충전 시간에 커패시터의 동일한 충전량을 달성하기 위해 높은 충전 전압을 이용해야 한다. 더 높은 충전 전압은 전자 소자의 호환성 한계에 부딪히고, 더 긴 충전 시간은 펄스 주파수를 제한한다(Anders 저 외). 또한, 더 높은 충전 전압의 이용은 커패시터의 충전에 이용되는 직류 전압 공급부의 전류 제한에 의해 제한된다(상기 전원장치는 전원장치(6)에 통합되거나 또는 외부 전원장치로서 (6)에 접속되고, 도면에 별도로 도시되지 않는다). 지금까지, 이러한 모든 사실로 인해 더 긴 펄스 시간에 걸쳐 증가한 스파크 전압에서 그리고 더 높은 주파수에서 물질 증발을 위한, 특히 탄소 증발을 위한 캐소드 스파크 방전이 실행될 수 있는 것이 저지되었다.

먼저 방법 A를 개선하는 방법이 설명된다. Grimm의 간행물 EP_00666335_A1에 기술되어 있는 상기 방법에서 직류 스파크 방전은 기계적인 점화 핑거(애노드)와 타깃의 단시간 접촉에 의해 점화된 후에, 상기 스파크 방전은 전원장치(5)에 의해 게속 유지된다. 또한, 이러한 직류 방전에 커패시터 방전으로(전원장치(6))의 전류 펄스가 중첩된다. 상기 펄스의 시간에 따른 전류 변화는 Horikoshi 저 외에서 언급된 펄스와 확연히 구분되지 않는다. 처음에 전류 펄스의 상승 후에 커패시터의 방전으로 인한 그리고 각각의 임피던스에 따라 감소. 이는 0.1 Ohm 크기에서 직류 중첩의 경우이고, 즉 커패시터는 신속하게 방전된다(시간 상수 RxC).

이러한 작동에 대한 전압 UKA과 전류 IKP의 시간에 따른 변화는 도 4에 도시된다. 전류 IKD(도시되지 않음)는 전원장치(5)에 의해 30 A로 사전 설정되었다. 일반적으로 상기 전류는 전원장치(6)의 펄스 동안 감소하는데, 그 이유는 다이오드가 전류 IKD를 차단하기 때문이다. 500 Hz의 주파수로 펄스가 발생 되었고, 100μs의 주파수 길이와 1900μs의 펄스 사이에서 휴지가 사전 설정되었다. 펄스 변화 시 전압 및 전류 오버슛이 나타나고, 이는 100μs로 사전 설정된 펄스의 경우에 도 5에 개선된 시간 해상도로 더 명확하게 도시된다. 그로부터 펄스 시작 시 전압은 직류인 경우에 전원장치(5)에 의해 설정된 전압, -20 V에서 대략 -50 V로 변경된 후에 대략 -40 V에서 안정화되는 것을 알 수 있다. 이러한 규모의 전압 증가의 결과는 급격한 전류 상승이다. 방법 A(Grimm의 간행물 EP_00666335_A)의 기존의 작동 방식에 따라 진행하고, 커패시터 방전에 공회전을 허용한다면, 전류는 더 증가할 것이고, 커패시터는 신속하게 방전될 것이며, 전류 증가에 따라 전압은 감소할 것이다(커패시터로부터 전하 방출). 따라서 전압은 시간에 따라 급격하게 변경될 것이다.

따라서 더 높은 방전 전압을 안정화하기 위해, 스파크 전류의 크기는 커패시터의 전압이 너무 급격하게 감소하기 전에 제한된다. 이것은 도 5를 참고로 설명된다. 전원장치(6)에 방전 시간을 제한하는 펄스 길이가 설정될 수 있고, 이러한 경우에 상기 펄스 길이는 100μs로 선택되었다. 이해를 돕기 위해 펄스에 대한 트리거 신호가 도 5에 도시된다(최하단 곡선). 펄스 전류에 대해 720 A의 상한값이 사전 설정되었다(도면에서 1.4 V는 대략 1000 A에 해당함). 전류의 제한은, 스파크 방전의 전압이 시간에 따라 정해진 한계에서 안정적으로 유지될 수 있거나, 또는 다시 말해서 전압이 아직 확연하게 감소하지 않은 전류 값에서 전류 차단이 이루어지도록 실행되었다. 이것은 각각의 실험 조건들(즉 예를 들어 케이블 인덕턴스), 사용된 전원장치(6)의 기술 자료 및 직류 스파크 방전의 특성에 의존한다. 실험으로 이러한 전류 제한은 시간에 따른 전류- 및 전압 변화를 나타내는 오실리스코프에 의해 간단히 측정될 수 있다.

도 5는 특히 전류가(도 5의 최상단 곡선) 100μs의 펄스 주기 전에 이미 상기 한계값에 도달하고, 전압 강하 전에 사전 전류 차단의 상기 방법에 의해 대략 40μs에 걸쳐 더 높은 전압 UKA이 캐소드 물질의 더 높은 충전 상태를 만드는 범위에서 안정화될 수 있는 것을 도시한다.

전압 오버슛은 커패시터의 충전 전압(이 경우 300 V가 사용됨), 즉 충전되어야 하는 커패시터의 크기(이 경우 8 mF)에 의존하는 것으로 밝혀졌다. 이 실험에서 최대 전류가 30 A로 제한되고 500 Hz의 펄스 주파수로 작동되는 커패시터의 충전을 위해 직류 전압 공급부가 이용됨으로써, 펄스 사이의 용량은 다시 완전히 충전될 수 없다. 그 이유는 이러한 제한 하에서만 방법이 이용될 수 있는 것으로 입증되었기 때문이다.

도 6은 펄스식 스파크 방전 시 작동을 도시한다. 이러한 경우에도 30 A의 IKD를 공급하는 직류 공급부(5)로 작동된다. 이러한 직류 방전에 펄스 전류 공급부(6)에 의한 펄스가 중첩된다. 펄스 전류 IKP는 도 6에 도시된다. 펄스 길이는 이러한 경우에 800μs로 정해졌다(트리거 신호 지정). 펄스 사이에 1200μs의 펄스 휴지가 설정되었다. 전류 차단을 위해 최대 전류는 대략 700 A로 제한되었다. 이러한 조건에서 6개의 서브 펄스로 이루어진 사전 설정된 펄스의 길이에 걸쳐 펄스 번들의 발생이 관찰된다. 명확함을 위해 도 7에 개선된 시간 해상도가 선택되었다. 그것으로부터 알 수 있듯이, 다시 전류를 제한하여 작동하는 경우에, 서브 펄스의 생성은 도 5의 조건에서와 유사하게 방전 전압을 대략 40μs에 걸쳐, 즉 하나의 서브 펄스의 지속 시간 동안 대략 -40 V의 값으로 설정할 수 있다. 서브 펄스의 재접속을 위한 시간 상수는 대략 100 μs이다. 이것은 보호 다이오드의 정류 거동에 기인하고, 고속 다이오드에 의해 단축될 수 있다. 도 7에는 800μs의 사전 설정된 펄스에서 그리고 700 A의 전류 한계에서 원래의 전원장치에 의해 가능한 것보다 더 큰 서브 펄스 시퀀스에 의해 6개의 서브 펄스가 생성될 수 있는 것이 도시된다(이 경우 대략 팩터 7.5만큼 더 큼). 동시에 800μs 길이의 펄스에서 6개의 서브 펄스의 생성에 의해 6 x 40μs의 시간에 걸쳐, 즉 전체적으로 240μs에 걸쳐 전압이 안정화될 수 있다.

방법 A의 경우에 이러한 방법에 의해 펄스 주파수가 확장될 뿐만 아니라, 스파크 방전도 더 높은 전압에서 안정화될 수 있다. 그러나 특히 중요한 것은, 이러한 방법에 의해 직류 성분 대 펄스 전류 성분의 비가 펄스 전류에 유리하게 넓은 범위에 걸쳐 설정될 수 있다는 점이다. 도 4에서는 30 A의 IKD로 및 12 A의 IKP의 시간에 따른 평균으로 처리된다. 그와 달리 도 6에서는 동일한 직류 성분에서 70 A의 시간에 따라 평균화된 IKP로 작업이 이루어진다.

방법 B에서 서브 펄스 번들의 생성이 바람직하다. 이로써 직류 성분은 완전히 저지될 수 있다. 불연속 펄스에 기인하는 이러한 방법에서, 펄스마다 점화의 문제 및 개별 서브 펄스의 훨씬 더 높은 시퀀스에서 실행될 점화의 문제에 직면한다. 현재의 선행기술의 점화 장치로는 이러한 문제가 해결될 수 없다.

따라서, 그렇게 생성된 서브 펄스에서 스파크 전류 제한, 증가한 방전 전압및 더 높은 시퀀스의 조합이 기계적 점화 핑거(11)와 함께 5에 의한 한 번의 최초 점화만을 제외하고, 스파크 점화를 포기할 정도로 충분한지 그리고 충분히 긴 전도성 플라즈마를 생성할 수 있는지 여부가 조사되었다.

이를 위해 아래와 같이 실행되었다. 제 1 단계에서 점화 핑거(11)와 타깃(2) 사이의 단시간 접촉에 의해 40 A의 전류 IKD로 직류 스파크 방전이 점화되었다. 그리고 나서 방법 A와 유사하게 펄스식 전원장치가 연결되고, 펄스 전류 IKP가 직류 IKD에 중첩되었다. 다음 단계로서 직류 공급부(5)가 차단되었다. 도 8에는 직류 공급부(5)가 차단된 경우에(불연속 펄스로만 작동에 해당함) IKP와 UKA의 시간에 따른 변화가 도시된다. 1000 μs의 펄스 길이와 1000μs의 펄스 휴지가 사전 설정되었다. 놀랍게도 이러한 작동 방식으로, 펄스 번들 내에서 서브 펄스 사이에 재점화가 불필요하고, 더 놀라운 것은 단일 펄스 사이에도 재점화가 불필요한 것이 보장될 수 있었다. 7개의 서브 펄스를 갖는 단일 펄스를 더 양호한 시간 해상도에 도시한 도 9에서 알 수 있듯이, 단일 펄스 내에서 서브 펄스를 새로이 재점화하기 위해 60 V의 점화 전압으로 충분하고, 이 경우 추가 점화 장치를 필요로 하지 않는다. 놀랍게도 이러한 전압은 1000 μs 후에 단일 펄스를 재점화하기에도 충분하다. 따라서, 본 방법은 추가 점화 장치를 이용하지 않고 불연속 펄스 작동이 구현될 수 있는 방법을 제공한다. 또한, 단일 펄스 내의 서브 펄스의 시퀀스도 이 경우 대략 7 kHz로 증가할 수 있다.

신속한 만큼 간단한 이러한 스파크 점화 방법이 가능한 이유는 완전히 규명되지 않고 있다. 아르곤 가스와 증발된 탄소의 혼합이 펄스 작동에 의한 강력한 이온화와 함께 충분히 길게 양호한 도전성 플라즈마를 형성하기에 충분하고, 상기 플라즈마에서 스파크 방전은 전압이 낮은 경우에 다시 점화될 수 있다고 가정된다. 이러한 실험에 사용된 장치와 특수한 프로세스 파라미터에 대해 간신히 실행될 수 있는 점화에 대한 한계를 예측하기 위해, 단일 펄스는 더 짧게 그리고 펄스 휴지는 더 길게 설정되었다. 도 10에 900μs 지속 시간의 펄스가 도시되고, 상기 펄스의 변화에서 6개의 서브 펄스가 생성된다. 펄스 휴지로서 1100μs의 시간이 선택되었다. 이러한 경우에 순수 불연속 펄스에 의한 점화 작동은 간신히 실행될 수 있었다. 더 작은 펄스 길이 및 더 긴 펄스 휴지에 대해 점화는 더 이상 확실히 보장될 수 없었다. 당업자에게 명백한 사실은, 변경된 용량, 다른 전류 차단 레벨, 다양한 가스 유동(또는 비유동), 커패시터의 다른 전압 등은 자동 점화의 상기 한계에 영향을 미칠 수 있고, 각각의 실험 요구에 대해 간단하게 조절될 수 있다는 것이다.

본 발명에 따른 방법은 탄소의 캐소드 스파크 증발에 대해 기술하였는데, 그 이유는 상기 물질의 경우 캐소드 스파크를 작동하는 것, 즉 타깃 위치에서 "시징"을 저지하는 것이 특히 어렵기 때문이다. 본 방법은 또한 다른 물질을 위해 바람직하게 이용될 수 있다. 상기 물질은 원소 금속 타깃일 수 있거나, 또는 예를 들어 분말금속으로 제조된 타깃처럼 다수의 물질로 이루어진 타깃일 수 있다. 낮은 용융점을 갖는 물질을 위한 방법은 특수한 장점을 제공하는데, 그 이유는 이 경우에도 펄스 작동은 스플래시 형성을 감소시키기 때문이다. 또한, 가스 내의 반응 과정을 위해 산소, 질소 또는 탄소를 포함할 수 있고, 이러한 방법은 바람직하게 이온화 증가 및 스플래시 형성의 감소를 위해 이용될 수 있다.

특히 불연속 작동 시 타깃에 대해 중앙에 배치된 애노드와 스파크 전류의 펄스에 의해 안정적인 스파크 방전이 보장될 수 있다.

불연속 펄스 작동은 50 at.% 까지 금속 성분을 포함하는 탄소 타깃의 캐소드 증발을 가능하게 한다.

더 높은 시퀀스 및 더 긴 시간에 걸친 서브 펄스들의 번들로 단일 펄스의 분배 방법은 좁은 간격의 서브 펄스들 사이 및 단일 펄스들 사이에 추가 점화 장치를 이용하지 않고 불연속 펄스 작동을 가능하게 한다.

캐소드 스파크 방전 시 증발된 물질의 더 많이 충전되는 이온 생성을 위해 커패시터(전원장치(6))의 전압은 넓은 한계 내에서 변경될 수 있다.

더 높은 방전 전압은 신속하지만 전류 제한된 방전과 조합하여 합성된 탄소 - 또는 탄소 함유 층 내의 스플래시 빈도를 감소시킨다.

본 방법은 스파크 방전의 불연속 펄스 작동이고, 이 경우 재점화되지 않아도 된다.

본 방법에 따라 스파크 방전을 위한 DC 유지 전류가 필요 없게 된다.

이러한 설명과 관련해서 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법은 공개된 바와 같이 적어도 하나의 커패시터의 방전에 의해 실행되고, 커패시터의 주기적인 접속과 차단에 의해 적절한 방전 전류가 제어되고, 이 경우 커패시터의 차단 시 차단된 시간 간격 동안 전원장치로부터 전류가 공급되지 않고, 접속된 시간 간격 내에 방전 전류는 사전에 정해진 값에 도달 시 단시간 중단되고, 이는 펄스 내에서 서브 펄스를 야기한다.

바람직하게 제 1 다수의 차단된 시간 간격은, 상기 시간 간격의 경과 후에 커패시터의 접속이 즉시 스파크 방전의 재점화를 야기하도록 짧게 선택된다.

바람직하게 스파크 방전의 제 1 점화는 점화 장치에 의해, 특히 바람직하게 DC-직류 전압원에 의해 실행되고, 스파크의 점화 후에 커패시터는 최초로 접속된다. 커패시터는 바람직하게 최초 접속 시점에 충전 수단에 의해 제 1 충전 상태가 되고, 후속해서 스파크 방전은 DC-직류 전압원의 차단 시 계속 작동된다.

제 2 다수의 차단된 시간 간격은 적어도 하나의 커패시터의 충전 수단에 의존해서, 제 2 다수의 차단된 시간 간격의 경과 후에 커패시터가 실질적으로 제 1 충전 상태에 도달했을 정도로 길게 선택될 수 있다.

전술한 스파크 방전은 캐소드 스파크 증발의 작동을 위해 이용될 수 있다.

기판의 코팅 방법이 설명되고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:

- 기판을 제공하는 단계

- 진공 챔버에 기판을 삽입하는 단계

- 진공 챔버를 펌프 아웃하는 단계

- 전술한 방식의 캐소드 스파크 증발을 실행하는 단계

이러한 코팅 방법에 의해 수소를 포함하지 않고 및/또는 수소를 포함하는 및/또는 금속을 포함하지 않고 및/또는 금속을 포함하는 탄소층이 제조될 수 있다.

1 챔버
2 타깃(캐소드)
3 애노드(바람직하게, 그러나 필수는 아니지만 타깃 중심에)
4 기판 홀더(회전식)
5 직류(스파크)전원
6 펄스(스파크)전원
7 IKD의 접속을 위한 스위치
8 IKP의 접속을 위한 스위치
9 애노드를 접지 또는 플로팅 전위에 접속시키기 위한 스위치
10 보호 다이오드
11 기계적 점화 핑거
12 점화 핑거와 애노드 사이의 전류 제한을 위한 저항

Claims (7)

1. 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법으로서, 상기 스파크 방전은 적어도 하나의 커패시터의 방전에 의해 실행되고, 적절한 방전 전류는 커패시터의 주기적인 접속과 차단에 의해 제어되고, 커패시터의 차단 시 차단된 시간 간격 동안 전원장치로부터 전류가 공급되지 않는 방법에 있어서,
   접속된 시간 간격 내에서 방전 전류는 사전에 정해진 값에 도달 시 단시간 중단되고, 이는 펄스 내에서 서브 펄스를 야기하는 것을 특징으로 하는 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 제 1 다수의 차단된 시간 간격은, 상기 시간 간격의 경과 후에 커패시터의 접속이 즉시 스파크 방전의 재점화를 야기하는 것을 특징으로 하는 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법.
3. 제 1 항 및 제 2 항에 있어서, 스파크 방전의 제 1 점화는 점화 장치에 의해, 바람직하게는 DC-직류 전압원에 의해 실행되고, 스파크의 점화 후에 커패시터는 최초로 접속되고, 상기 커패시터는 최초 접속 시점에 충전 수단에 의해 제 1 충전 상태가 되고, 후속해서 스파크 방전은 DC-직류 전압원의 차단 시 계속 작동되는 것을 특징으로 하는 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 제 2 다수의 차단된 시간 간격은 적어도 하나의 커패시터의 충전 수단에 의존해서, 상기 제 2 다수의 차단된 시간 간격의 경과 후에 커패시터가 실질적으로 제 1 충전 상태에 도달했을 정도로 길게 선택되는 것을 특징으로 하는 펄스식 불연속 스파크 방전을 작동하기 위한 작동 방법.
5. 캐소드 스파크 증발의 작동 방법에 있어서,
   상기 스파크 증발은 제 1항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 스파크 방전에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 캐소드 스파크 증발의 작동 방법.
6. 기판의 코팅 방법으로서, 상기 방법은 하기 단계,
   - 기판을 제공하는 단계
   - 진공 챔버에 기판을 삽입하는 단계
   - 진공 챔버를 펌프 아웃하는 단계
   - 제 5 항에 따른 캐소드 스파크 증발을 실행하는 단계를 포함하는 코팅 방법.
7. 제 6 항에 있어서, 수소를 포함하지 않고 및/또는 수소를 포함하는 및/또는 금속을 포함하지 않고 및/또는 금속을 포함하는 탄소층이 제조되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.

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