WO2007045215A1 - Method and apparatus for evaporating material for coatings - Google Patents

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WO2007045215A1
WO2007045215A1 PCT/DE2006/001785 DE2006001785W WO2007045215A1 WO 2007045215 A1 WO2007045215 A1 WO 2007045215A1 DE 2006001785 W DE2006001785 W DE 2006001785W WO 2007045215 A1 WO2007045215 A1 WO 2007045215A1
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evaporation material
evaporating
solidification
material according
temperature
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PCT/DE2006/001785
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Carsten Deus
Bernd Teichert
Henrik Obst
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Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01BBOILING; BOILING APPARATUS ; EVAPORATION; EVAPORATION APPARATUS
    • B01B1/00Boiling; Boiling apparatus for physical or chemical purposes ; Evaporation in general
    • B01B1/005Evaporation for physical or chemical purposes; Evaporation apparatus therefor, e.g. evaporation of liquids for gas phase reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/24Vacuum evaporation

Definitions

  • the invention relates to a method for evaporating evaporation material which is present in a vessel (crucible) by adjusting by means of suitable energy supply such a temperature of the evaporation material, in which a part of the evaporation material is in the gas phase.
  • the invention relates to a device for carrying out the method, wherein the crucible has a steam outlet and the device is connected to a controllable power generator for heating the evaporation material.
  • EP 0 735 157 discloses a process for evaporating magnesium.
  • a magnesium source is provided in a vessel with a narrow opening and with a reflector plate arranged outside the opening.
  • the vessel is heated to a temperature of 670 0 C to 770 0 C, wherein the magnesium source is melted and the magnesium is evaporated.
  • the magnesium vapor is passed through a heated to at least 500 0 C channel from the outlet of the vessel to a positioned at the channel exit substrate.
  • the amount of steam delivered depends very much on the temperature of the evaporation material. Therefore usual feeding a constant Gere ⁇ apply heating power for evaporating material or its temperature control. A response to setpoint changes, such as the layer thickness, or to disturbances is subject to severe There are limitations due to the available heat output as well as the thermal inertia of the evaporator arrangement. Frequently the temperature is not measured directly in the evaporation material, but in the outer parts of the evaporator to avoid direct contact with the often aggressive evaporation material.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus for evaporating evaporation material, which stabilize the steam Enable electricity at the steam outlet by means of simple, safe and cost-effective control and regulation options.
  • the object is achieved by supplying and / or discharging energy to the evaporation material in such a way that it is simultaneously in gaseous, solid and liquid phases during the stable process phase and the temperature at the surface of the liquid evaporation material approaches approximately Temperature of its triple point corresponds.
  • the variables of the system of vapor pressure and temperature are determined. It is only the relative ratio of the different phases to each other variable. As long as all three phases are approximately in equilibrium, the temperature and thus the saturation vapor pressure of the evaporation material is determined only by its material constant. Changes in the current account, e.g. due to disturbance variables or changes in steam flow rates as a result of valve positioning operations, the change in temperature does not lead to such a change
  • Evaporation material such as liquid and solid phases are present simultaneously. There is a heat exchange between solid and liquid phase, so that the temperature of the liquid phase is maintained at approximately triple point temperature and only further evaporating material melts or solidifies. Thus, the transitions between solid and liquid phases with the required or released heat act as a buffer.
  • This stabilizing effect can also be exploited in the event of a deviation from the saturation vapor pressure above the evaporation material, which sets in when steam is taken off for the coating task.
  • the temperature is stabilized directly on the surface of the evaporation material and a constant steam pressure, so that the control of the evaporation rate takes place indirectly through the control of the phase transitions, which considerably simplifies them.
  • the possible difference according to the invention between the set surface temperature of the evaporation material and its triple point depends on the preferred buffer effect of the phase system and the various factors which influence the bufferability.
  • a large amount of material and a small temperature gradient within the melt have a stabilizing effect.
  • the size of the area of the phase boundary as well as the relative movement between solid and liquid phases has an effect, and such material which does not form a discrete phase boundary and forms individual solid components dispersed in the liquid phase has a good buffering ability.
  • the supply of energy to heat the vaporization material and supply the required heat of fusion can be accomplished by any known method, e.g. via energy radiation by CFC heater, jacket tube heater, heating wire, ceramic radiant heater or similar.
  • the supply via electromagnetic energy for example by means of induction heating or resistance heating in the evaporation material itself or by bombardment with an electron beam is possible.
  • An energy dissipation is required to compensate for excess heat or heat of solidification if the heat output can not be sufficiently reduced, for example, with reduced evaporation rate due to a reduction in the amount of steam flow or interruption of the coating task. It can be done by active or by passive cooling. While in an active cooling of the selected portions of the wall of the crucible are contacted with a coolant in contact for passive cooling for example, a thermal insulation which surrounds the wall of the crucible, from ⁇ sectionally reduced or removed. The type of cooling depends on the one hand on the amount of energy to be derived, which will be greater, for example, in the continuous supply of molten vaporization material. On the other hand, the design of the entire evaporator arrangement has influence, for example, the arrangement of the evaporator in a vacuum chamber or the execution of a movable crucible.
  • the supply of the heating power required for evaporation or the derivative of the excess heating power depending on the degree of melting of the evaporation material is controlled. Consequently, according to a particularly advantageous embodiment of the invention, the energy supply and / or energy dissipation is regulated as a function of the degree of solidification of the evaporation material, which is to be defined as the ratio of the solid content of the evaporation material to the total amount.
  • the control is not critical because of the described material-dependent temperature stabilization at the triple point and must be Let prevent complete melting or complete solidification of the evaporation material.
  • a device which serves to solve the problem a measuring device which determines the degree of solidification of the evaporation material.
  • the solid may be separated from the liquid phase both by an interface, the solidification front, and by a region in which both phases are mixed. Accordingly, the MesS coupled is to be selected, the degree of solidification can also be determined indirectly.
  • the various embodiments of the device according to the invention are suitable for providing the required information about the state of melting.
  • the method according to the invention also includes the variant that, taking into account the energy continuously evacuated by the heat of evaporation and heat conduction, the maintenance of the equilibrium of all three phases according to the invention is also achieved, for example, by means of the regulation of the energy dissipation by active cooling otherwise constant energy supply is possible.
  • an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that for maintaining the phase equilibrium in the undisturbed evaporation process required energy input and / or energy dissipation are calculated and thus carried out substantially continuously and that a cooling of the evaporation material over a portion of the wall of the crucible takes place, which includes the solid phase and almost to the equilibrium phase boundary borders and / or that a heating of the evaporation material over a portion of the wall of the crucible takes place, which surrounds the liquid phase and is almost adjacent to the equilibrium phase boundary.
  • a comparable, alternatively or additionally usable self-adjustment of the evaporation process is also possible by a corresponding heating of the wall, which borders on the liquid phase. If this section of the wall is heated, increases in the degree of solidification and the concomitant increase in the phase boundary occurs an increase in the coupling to the heated wall and the decrease in the phase boundary, a reduction in the coupling.
  • a self-stabilizing evaporation process can be carried out by dimensioning the energy source and dimensioning and arranging the cooling or heating of the crucible wall. This method is applicable either within predetermined limits of the total amount of evaporating material present or when continuously charged with new liquid evaporating material.
  • the energy supply is tracked in the system of discharged steam, the efficiency and the stability of the process can be improved and the control can be facilitated because the solidification front moves less.
  • Another device which serves to carry out the described self-stabilizing evaporation process, is designed such that at undisturbed evaporation process with coexisting gaseous, liquid and solid phase, only that part of the wall adjacent to the solid phase, at least in the boundary between solid and liquid phase approximately adjacent region is coolable and / or only that part of the wall to which the liquid phase adjoins, at least in the area adjacent to the boundary between solid and liquid phase approximately heatable area is heated.
  • the cooling or the heating is designed so that from a predetermined deviation of the degree of solidification, the thermal coupling between the evaporating and cooled or heated wall increases or decreases.
  • the normal value of the degree of solidification is defined by the computationally determined, continuous energy input into the system, which in particular in Dependence on the evaporation material, the required for the coating task evaporation rate and the energy losses of the system is determined.
  • the cooling which serves to dissipate energy from the system, and the locally limited cooling of the wall for self-stabilization.
  • a separation of the cooling at the bottom and on the lateral wall according to the two functions or even a cooling for self-stabilization is possible, which can equally be used for cooling the device, for example, to interrupt the evaporation process.
  • inhomogeneities in the melt of the evaporation material are compensated by stirring.
  • an elevated temperature gradient or melt dispersed solid components are such inhomogeneities that may occur depending on the type of evaporation material.
  • stirring the heat transfer between solid and liquid phase is improved and the surface temperature approaches the triple point.
  • Suitable are various means, according to an embodiment of the device in particular those which electromagnetically or mechanically excite a movement of the melt.
  • the determination of the degree of solidification of the evaporation material is possible in various ways.
  • the determination is carried out for example by means of electromagnetic sensors.
  • the Metallic evaporation material is particularly suitable for the eddy-current method in which eddy currents are induced in the evaporation material.
  • this method provides information on the conductivity of the material, so that the evaluation of the degree of solidification is possible due to the temperature dependence of the conductivity and the frequent increase in the conductivity of metals in the phase transition solid / liquid. This measurement can be done separately or in combination with vortex flow heating and electromagnetic stirring.
  • Ultrasonic methods are suitable for measuring temperature-dependent acoustic material constants and in particular for melts which have a diffuse phase transition solid / liquid with a proportion of solid constituents in the liquid phase. They are also suitable for determining temperature-dependent velocities of the electromagnetically or mechanically moved melt by means of Doppler methods as well as for detecting the position of interfaces between the phases.
  • a temperature measurement on the wall of the crucible can directly detect the position of the phase front or the position and extent of a phase mixture, so that a shift can be detected directly.
  • a heated window e.g., quartz
  • the evaluation of the movement of the melt, which is stirred by one of the methods described, by means of optical or mechanical evaluation is suitable to determine the degree of solidification.
  • the control of the degree of solidification in the self-stabilizing drive advantageous because this method is stable within certain limits and the achievement of this range is observable at startup of the process or may require an intervention when approaching such a limit.
  • various embodiments of the device provide above-described means for determining the degree of solidification.
  • Continuous coating of moving substrates requires the provision of a continuous stream of vapor for which several evaporators are connected in parallel to a coating line and connected one or more in a row to the coating line while the remainder are serviced or charged with new material from the line are separated.
  • a parallel arrangement of a plurality of evaporators is also required for the mixed evaporation in which one of the components to be mixed evaporates in each evaporator and regulates its vapor flow, for example for mixing in the coating apparatus by means of a variable conductivity actuator, which is preferably arranged in the steam outlet becomes.
  • a trough-shaped crucible 1 is closed by a cover plate 2.
  • the interior of the crucible 1 is completely filled with evaporation material, for example magnesium, which is in the solid 3, above in the liquid 4 and above in the gaseous state 5, in the illustrated example, the liquid 4 and gaseous vaporization material together, approximately equal to each other Share more than two-thirds of the total volume.
  • evaporation material for example magnesium, which is in the solid 3, above in the liquid 4 and above in the gaseous state 5, in the illustrated example, the liquid 4 and gaseous vaporization material together, approximately equal to each other Share more than two-thirds of the total volume.
  • the phase boundary between the solid and liquid phases of the evaporation material is formed by a discrete solidification front 6.
  • a stirrer 8 protrudes into the crucible 1 in a sealing and height-adjustable manner through a first opening 7 in the cover plate 2 so that it can homogenize the liquid evaporation material 4.
  • a steam outlet 10 is arranged, in which the derived Dampfström by means of a valve 11 is controllable. Steam outlet 10 and valve 11 are temperature controlled by means not shown heating systems.
  • a radiant heater 12 in the form of an electrical resistance heater is circumferentially arranged.
  • Another radiant heater 12 has the cover plate 2.
  • the wall of the crucible 1 is surrounded in the region of the lower third and the bottom of cooling tubes 13, through which a coolant is passed.
  • temperature sensors 14 are integrated in the lower two thirds.
  • an electromagnetic sensor 15 for detecting the solidification front 6 is furthermore arranged.
  • the crucible 1 is initially equipped with solid evaporation material 3, which By means of the radiant heaters 12 on the cover plate 2 and the wall is heated so far that a part of the material is melted.
  • the already melted part of the evaporation material 4 is continuously stirred with the aid of the stirrer 8.
  • the conductivity of the sensor 15 within the crucible 1 opposite material is continuously measured and thus determined when the solidification front 6 is lowered to the height of the sensor 15 via the eddy current method.
  • a temperature field is measured by means of the temperature sensors 14 and the change in the course of the melting process is monitored by means of the latter.
  • a continuous energy supply is set only by the radiant heater on the cover plate 2, which corresponds to the calculated energy supply for maintaining the set degree of solidification in an undisturbed evaporation process.
  • a constant cooling of the wall of the crucible 1 is set in accordance with the calculated values by keeping the flow of a suitable cooling medium approximately constant.
  • the heating power of the radiant heater 12 on the cover plate 2 also tracked the time-variable energy demand for vaporizing this amount of steam.
  • the evaporation device shown in the figure also supports the execution of an evaporation method, which is based on the regulation of the cooling and heating elements. tion, alternatively one of these two possibilities.
  • the control is carried out as a function of the determined by means of temperature field measurement and electromagnetic sensor 15 solidification of the evaporation material. By controlling the cooling and / or heating power, the solidification front is stabilized in the region above the cooling, wherein this control can be carried out according to the evaluation of the measurements of the electromagnetic sensor 15 and / or the temperature field evaluation or according to mathematically determined specifications.
  • the vapor pressure of the gaseous evaporation material 5 which is established above the liquid evaporation material 4 is stabilized as long as the evaporation material is present simultaneously in all three phases and is controllably supplied via the steam outlet 10 to a coating installation.
  • the device also evaporates other materials such as aluminum, copper, zinc, indium, gallium, cadmium telluride (CdTe) and cadmium sulfide (CdS).

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Abstract

The invention relates to an apparatus and a method for evaporating evaporation material that is in a crucible (1) by heating the evaporation material (3, 4, 5) by means of supplying energy from a controllable power generator (12) to a temperature at which part of the evaporation material (5) is in the gas phase. The invention is based on the object of providing a method and an apparatus for evaporating evaporation material (3, 4, 5) that allow the vapour stream at the vapour outlet (10) to be stabilized by means of simple, reliable and low-cost monitoring and regulating capabilities. This object is achieved by an evaporating method in which energy is supplied to and/or extracted from the evaporation material in such a way that, during the stable phase of the process, it is simultaneously in the gaseous phase (5), solid phase (3) and liquid phase (4) and the temperature at the surface of the liquid evaporation material corresponds approximately to the temperature of its triple point. An apparatus for carrying out the method has a measuring device (14, 15) for determining the degree of solidification and/or a partly heatable (12) and/or coolable (13) wall (1).

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM VERDAMPFEN VON MATERIAL FUR BESCHICHTUNGEN METHOD AND DEVICE FOR EVAPORATING MATERIAL FOR COATINGS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial, welches in einem Gefäß (Tiegel) vorliegt, indem mittels geeigneter Energiezufuhr eine solche Temperatur des Verdampfungsmaterials eingestellt wird, bei welcher sich ein Teil des Verdampfungsmaterials in der Gasphase befindet.The invention relates to a method for evaporating evaporation material which is present in a vessel (crucible) by adjusting by means of suitable energy supply such a temperature of the evaporation material, in which a part of the evaporation material is in the gas phase.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Tiegel einen Dampfaustritt aufweist und die Vorrichtung mit einem regelbaren Leistungserzeuger zur Erhitzung des Verdampfungsmaterials verbunden ist.Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method, wherein the crucible has a steam outlet and the device is connected to a controllable power generator for heating the evaporation material.
Die Verdampfung von Verdampfungsmaterial z. B. zur thermischen Dampfbeschichtung verschiedenster Substrate erfolgt meist aus der flüssigen Phase des Verdampfungsmaterials, indem es in einem Gefäß, einem Tiegel, bis zur vollständigen Schmelze er- hitzt wird. Beispielsweise offenbart die EP 0 735 157 ein Verfahren zum Verdampfen von Magnesium. Verfahrensgemäß wird eine Magnesium-Quelle in einem Gefäß mit einer engen Öffnung und mit einer außerhalb der Öffnung angeordneten Reflektorplatte bereitgestellt. Das Gefäß wird auf eine Temperatur von 670 0C bis 770 0C erwärmt, wobei die Magnesium-Quelle geschmolzen und das Magnesium dabei verdampft wird. Der Magnesium-Dampf wird durch einen auf wenigstens 500 0C erwärmten Kanal von dem Aus- lass des Gefäßes zu einem am Kanalausgang positionierten Substrat geleitet.The evaporation of evaporation material z. For example, for the thermal vapor deposition of a wide variety of substrates usually takes place from the liquid phase of the evaporation material by being heated in a vessel, a crucible, until complete melt. For example, EP 0 735 157 discloses a process for evaporating magnesium. According to the method, a magnesium source is provided in a vessel with a narrow opening and with a reflector plate arranged outside the opening. The vessel is heated to a temperature of 670 0 C to 770 0 C, wherein the magnesium source is melted and the magnesium is evaporated. The magnesium vapor is passed through a heated to at least 500 0 C channel from the outlet of the vessel to a positioned at the channel exit substrate.
In einer solchen Verdampferanordnung ist die abgegebene Dampf- menge sehr stark von der Temperatur des Verdampfungsmaterials abhängig. Üblich ist deshalb die Zuführung einer konstant gere¬ gelten Heizleistung zum Verdampfungsmaterial oder dessen Temperaturregelung. Eine Reaktion auf Sollwertänderungen, wie zum Beispiel die Schichtdicke, oder auf Störgrößen unterliegt star- ken Einschränkungen durch die verfügbare Heizleistung sowie durch die thermische Trägheit der Verdampferanordnung. Die Temperaturmessung erfolgt häufig nicht direkt im Verdampfungs- material, sondern in äußeren Konstruktionsteilen des Verdamp- fers, um einen direkten Kontakt mit dem häufig aggressiven Verdampfungsmaterial zu vermeiden.In such an evaporator arrangement, the amount of steam delivered depends very much on the temperature of the evaporation material. Therefore usual feeding a constant Gere ¬ apply heating power for evaporating material or its temperature control. A response to setpoint changes, such as the layer thickness, or to disturbances is subject to severe There are limitations due to the available heat output as well as the thermal inertia of the evaporator arrangement. Frequently the temperature is not measured directly in the evaporation material, but in the outer parts of the evaporator to avoid direct contact with the often aggressive evaporation material.
Schnellere Änderungen des Dampfstromes können durch Veränderung des Leitwertes des Kanals zwischen dem Verdampfer und dem zu beschichtenden Substrat z. B. mittels verstellbarer Ventile erzeugt werden. Nachteilig ist dabei, dass jede Veränderung des Dampfstromes zu einer Veränderung der Leistungsbilanz am Verdampfungsmaterial führt. Der Ausregelung dieser Schwankungen in der Leistungsbilanz steht die Trägheit des Leistungs- oder Temperaturreglers entgegen. Darüber hinaus ist die Trägheit von weiteren, zeitlichen Faktoren abhängig, z. B. einer Drift infolge der abnehmenden Menge des Verdampfungsmaterials während des Verdampfungsprozesses oder einer diskontinuierliche Bestückung mit neuem Verdampfungsmaterial. Ebenso kann sich im Verlauf der Verdampfung die Kopplung zwischen dem Leistungserzeu- ger zum Erhitzen des Verdampfungsmaterials, z. B. einem Strah- lungs- oder einem Induktionsheizer, und dem Verdampfungsmaterial verändern.Faster changes in the vapor flow can be achieved by changing the conductivity of the channel between the evaporator and the substrate to be coated z. B. be generated by means of adjustable valves. The disadvantage here is that any change in the steam flow leads to a change in the power balance on the evaporation material. The adjustment of these fluctuations in the power balance is opposed by the inertia of the power or temperature controller. In addition, the inertia of other temporal factors depends, z. B. a drift due to the decreasing amount of the evaporation material during the evaporation process or a discontinuous loading with new evaporation material. Likewise, in the course of the evaporation, the coupling between the power generator for heating the evaporation material, for. As a radiation or an induction heater, and change the evaporation material.
Es existieren auch Verfahren zur Messung des Dampfdruckes des Verdampfungsmaterials (z.B. Atomabsorptionsspektrometrie) oder der Schichtdicke (z.B. Röntgenfloureszenzspektroskopie) , welche zur Regelung herangezogen werden könnten. Nachteilig ist jedoch deren finanzieller und materieller Aufwand, deren Zeitkonstanten und Empfindlichkeit gegenüber Störungen. Auch wenn diese Nachteile in Kauf genommen werden, bleibt das Problem bei Ver- dampfungsprozessen, dass eine schnelle und präzise Überwachung und/oder Nachregelung der Verdampfungsrate sehr schwierig ist.There are also methods of measuring the vapor pressure of the vaporization material (e.g., atomic absorption spectrometry) or layer thickness (e.g., X-ray fluorescence spectroscopy) which could be used for control. The disadvantage, however, is their financial and material expense, their time constants and sensitivity to disturbances. Even if these disadvantages are accepted, the problem with evaporation processes remains that rapid and precise monitoring and / or readjustment of the evaporation rate is very difficult.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabenstellung zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial anzugeben, welche die Stabilisierung des Dampf- Stromes am Dampfaustritt mittels einfacher, sicherer und kostengünstiger Kontroll- und Regelungsmöglichkeiten gestatten.Thus, the invention has for its object to provide a method and an apparatus for evaporating evaporation material, which stabilize the steam Enable electricity at the steam outlet by means of simple, safe and cost-effective control and regulation options.
Verfahrensseitig wird die Aufgabe gelöst, indem dem Verdampfungsmaterial in der Weise Energie zugeführt und/oder abgelei- tet wird, dass es während der stabilen Prozessphase gleichzeitig in gasförmiger, in fester und in flüssiger Phase vorliegt und die Temperatur an der Oberfläche des flüssigen Verdampfungsmaterials annähernd der Temperatur seines Tripelpunkts entspricht.In terms of the method, the object is achieved by supplying and / or discharging energy to the evaporation material in such a way that it is simultaneously in gaseous, solid and liquid phases during the stable process phase and the temperature at the surface of the liquid evaporation material approaches approximately Temperature of its triple point corresponds.
Am Tripelpunkt, an welchem sich die feste, flüssige und gasförmige Phase des Verdampfungsmaterials miteinander im Gleichgewicht befinden, sind die Variablen des Systems Dampfdruck und Temperatur festgelegt. Es ist nur das relative Mengenverhältnis der verschiedenen Phasen zueinander variabel. Solange sich alle drei Phasen annähernd im Gleichgewicht befinden, wird die Temperatur und mithin der Sättigungsdampfdruck des Verdampfungsmaterials nur durch dessen Materialkonstante bestimmt. Veränderungen der Leistungsbilanz, z.B. durch Störgrößen oder veränderte Dampfstrommengen infolge von Ventilstelloperationen, führen solange nicht zu einer Veränderung der Temperatur desAt the triple point, where the solid, liquid and gaseous phases of the evaporation material are in equilibrium with each other, the variables of the system of vapor pressure and temperature are determined. It is only the relative ratio of the different phases to each other variable. As long as all three phases are approximately in equilibrium, the temperature and thus the saturation vapor pressure of the evaporation material is determined only by its material constant. Changes in the current account, e.g. due to disturbance variables or changes in steam flow rates as a result of valve positioning operations, the change in temperature does not lead to such a change
Verdampfungsmaterials, wie flüssige und feste Phase gleichzeitig vorhanden sind. Es erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen fester und flüssiger Phase, so dass die Temperatur der flüssigen Phase annähernd auf Tripelpunktstemperatur gehalten wird und lediglich weiteres Verdampfungsmaterial schmilzt oder erstarrt. Somit fungieren die Übergänge zwischen fester und flüssiger Phase mit der dabei erforderlichen oder frei werdenden Wärme als Puffer.Evaporation material, such as liquid and solid phases are present simultaneously. There is a heat exchange between solid and liquid phase, so that the temperature of the liquid phase is maintained at approximately triple point temperature and only further evaporating material melts or solidifies. Thus, the transitions between solid and liquid phases with the required or released heat act as a buffer.
Dieser stabilisierende Effekt kann auch bei einer Abweichung vom Sättigungsdampfdruck über dem Verdampfungsmaterial ausgenutzt werden, welcher sich bei der Entnahme von Dampf für die Beschichtungsaufgabe einstellt. Durch die Einstellung des Tri- pelpunktes ist die Temperatur unmittelbar an der Oberfläche des Verdampfungsmaterials stabilisiert und ein konstanter Dampf- druck gewährleistet, so dass die Kontrolle der Verdampfungsrate mittelbar durch die Kontrolle der Phasenübergänge erfolgt, was sie erheblich vereinfacht.This stabilizing effect can also be exploited in the event of a deviation from the saturation vapor pressure above the evaporation material, which sets in when steam is taken off for the coating task. By setting the triple point the temperature is stabilized directly on the surface of the evaporation material and a constant steam pressure, so that the control of the evaporation rate takes place indirectly through the control of the phase transitions, which considerably simplifies them.
Die erfindungsgemäß mögliche Differenz zwischen der eingestell- ten Oberflächentemperatur des Verdampfungsmaterials und dessen Tripelpunkt hängt von der bevorzugten Pufferwirkung des Phasensystems und den verschiedenen Faktoren ab, welche die Pufferfähigkeit beeinflussen. So wirken sich insbesondere eine große Materialmenge und ein kleiner Temperaturgradient innerhalb der Schmelze stabilisierend aus. Ebenso hat die Größe der Fläche der Phasengrenze sowie die Relativbewegung zwischen fester und flüssiger Phase Einfluss, wobei solches Material, welches keine diskrete Phasengrenze ausbildet und einzelne, in der flüssigen Phase verteilte feste Bestandteile bildet, eine gute Pufferfä- higkeit aufweist.The possible difference according to the invention between the set surface temperature of the evaporation material and its triple point depends on the preferred buffer effect of the phase system and the various factors which influence the bufferability. In particular, a large amount of material and a small temperature gradient within the melt have a stabilizing effect. Also, the size of the area of the phase boundary as well as the relative movement between solid and liquid phases has an effect, and such material which does not form a discrete phase boundary and forms individual solid components dispersed in the liquid phase has a good buffering ability.
Die Energiezufuhr zur Erhitzung des Verdampfungsmaterials und Zufuhr der erforderlichen Schmelzwärme kann mit allen bekannten Methoden erfolgen, wie z.B. über Energiestrahlung mittels CFC- Heizer, Mantelrohrheizer, Heizdraht, keramischen Strahlungshei- zer oder Vergleichbarem. Ebenso ist die Zufuhr über elektromagnetische Energie beispielsweise mittels Induktionsheizung oder Widerstandserwärmung im Verdampfungsmaterial selbst oder über Beschuss mit einem Elektronenstrahl möglich.The supply of energy to heat the vaporization material and supply the required heat of fusion can be accomplished by any known method, e.g. via energy radiation by CFC heater, jacket tube heater, heating wire, ceramic radiant heater or similar. Likewise, the supply via electromagnetic energy, for example by means of induction heating or resistance heating in the evaporation material itself or by bombardment with an electron beam is possible.
Eine Energieableitung ist zur Kompensation überschüssiger Heiz- leistung oder Erstarrungswärme erforderlich, wenn die Heizleistung nicht ausreichend reduziert werden kann, beispielsweise bei verringerter Verdampfungsrate infolge einer Verringerung der Dampfstrommenge oder Unterbrechung der Beschichtungsaufga- be. Sie kann durch aktive oder durch passive Kühlung erfolgen. Während bei einer aktiven Kühlung die ausgewählten Abschnitte der Wandung des Tiegels mit einem Kühlmittel in Kontakt gebracht werden, wird zur passiven Kühlung beispielsweise eine Wärmedämmung, welche die Wandung des Tiegels umgibt, ab¬ schnittsweise verringert oder entfernt. Die Art der Kühlung hängt zum einen von der abzuleitenden Energiemenge ab, die z.B. bei der kontinuierlichen Zufuhr geschmolzenen Verdampfungsmaterials größer sein wird. Zum anderen hat auch die Ausgestaltung der gesamten Verdampferanordnung Einfluss, z.B. die Anordnung des Verdampfers in einer Vakuumkammer oder die Ausführung eines beweglichen Tiegels .An energy dissipation is required to compensate for excess heat or heat of solidification if the heat output can not be sufficiently reduced, for example, with reduced evaporation rate due to a reduction in the amount of steam flow or interruption of the coating task. It can be done by active or by passive cooling. While in an active cooling of the selected portions of the wall of the crucible are contacted with a coolant in contact for passive cooling for example, a thermal insulation which surrounds the wall of the crucible, from ¬ sectionally reduced or removed. The type of cooling depends on the one hand on the amount of energy to be derived, which will be greater, for example, in the continuous supply of molten vaporization material. On the other hand, the design of the entire evaporator arrangement has influence, for example, the arrangement of the evaporator in a vacuum chamber or the execution of a movable crucible.
Einen wesentlichen Einfluss auf die Energiebilanz des Systems und somit auf die Regelung der Energiezufuhr und gegebenenfalls der Energieableitung hat die Bestückung des Tiegels mit neuem Verdampfungsmaterial. Der Ersatz des verbrauchten, verdampften Materials mit neuem erfolgt auf verschiedene Weise. So kommt die Bestückung mit festem Material, insbesondere chargiert, ebenso in Betracht, wie die kontinuierliche Zufuhr von bereits geschmolzenem Verdampfungsmaterial. Während mit der kontinuier- liehen Zufuhr geschmolzenen Materials ein kontinuierlicher Energieeintrag verbunden ist, muss bei chargierter Bestückung mit festem Material durch zeitweise erhöhte Energiezufuhr das Phasengleichgewicht stets wieder neu hergestellt werden.A significant influence on the energy balance of the system and thus on the regulation of the energy supply and, where appropriate, the energy dissipation has the fitting of the crucible with new evaporation material. The replacement of the spent, evaporated material with new is done in various ways. Thus, the assembly of solid material, in particular charged, as well as the continuous supply of already molten evaporation material. While a continuous input of energy is associated with the continuous supply of molten material, the phase equilibrium must always be re-established in the case of charged loading with solid material due to temporarily increased energy input.
Um den Verdampfer während des Prozesses ständig in einem Zu- stand zu halten, in dem die Pufferwirkung sowohl für den Fall einer positiven Leistungsbilanz, bei welcher die Summe aus der zugeführten Heizleistung, den Leistungsverlusten an die Umgebung infolge Wärmestrahlung und Wärmeleitung sowie der umgesetzten Verdampfungsleistung positiv ist, als auch für den Fall einer negativen Leistungsbilanz gegeben ist, wird die Zuführung der zur Verdampfung erforderlichen Heizleistung oder die Ableitung der überschüssigen Heizleistung in Abhängigkeit vom Grad des Aufschmelzens des Verdampfungsmaterials gesteuert. Folglich wird, entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungs- form der Erfindung, die Energiezufuhr und/oder Energieableitung in Abhängigkeit vom Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials geregelt, welches als das Verhältnis des festen Anteils des Verdampfungsmaterials zur Gesamtmenge definiert sein soll. Die Regelung ist wegen der beschriebenen materialabhängigen Tempe- raturstabilisierung am Tripelpunkt unkritisch und muss ledig- lieh ein vollständiges Schmelzen oder ein vollständiges Erstarren des Verdampfungsmaterials verhindern.To keep the vaporizer constantly in the process in which the buffering effect is positive both in the case of a positive power balance in which the sum of the supplied heating power, the power losses to the environment due to heat radiation and heat conduction, and the vaporization power converted is given, as well as in the case of a negative power balance, the supply of the heating power required for evaporation or the derivative of the excess heating power depending on the degree of melting of the evaporation material is controlled. Consequently, according to a particularly advantageous embodiment of the invention, the energy supply and / or energy dissipation is regulated as a function of the degree of solidification of the evaporation material, which is to be defined as the ratio of the solid content of the evaporation material to the total amount. The control is not critical because of the described material-dependent temperature stabilization at the triple point and must be Let prevent complete melting or complete solidification of the evaporation material.
Da zur Stabilisierung der Temperatur und des Dampfdruckes die Aufrechterhaltung des Gleichgewichts aller drei Phasen zu ge- währleisten ist, genügt in der Regel eine grobe Ermittlung des Erstarrungsgrades, wobei beispielsweise eine rechnerische Dimensionierung der Energiebilanz und die Berechnung eines für die Stabilität des Verfahrens bevorzugten Erstarrungsgrades vorab erfolgen kann. Sofern sich dieser zur flüssigen oder zur festen Phase hin verschiebt, kann auf eine abweichende Leistungsbilanz geschlossen und diese durch Energiezufuhr oder Energieableitung ausgeregelt werden.Since the equilibrium of all three phases must be maintained to stabilize the temperature and the vapor pressure, a coarse determination of the degree of solidification is generally sufficient. For example, an arithmetic dimensioning of the energy balance and the calculation of a preferred degree of solidification for the stability of the process can be done. If this shifts to the liquid phase or to the solid phase, a different power balance can be deduced and these can be compensated by supplying energy or dissipating energy.
Zu diesem Zweck weist eine Vorrichtung, die der Lösung der Aufgabenstellung dient, eine Messeinrichtung auf, welche den Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials ermittelt. In Abhängigkeit vom Verdampfungsmaterial und auch vom Temperaturregime kann die feste von der flüssigen Phase sowohl durch eine Grenzfläche, die Erstarrungsfront, als auch durch einen Bereich getrennt sein, in welchem beide Phasen gemischt vorliegen. Dementsprechend ist die MesSeinrichtung auszuwählen, wobei der Erstarrungsgrad auch indirekt ermittelt werden kann. Die verschiedenen Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind geeignet, die erforderlichen Informationen über den Schmelzzustand zu liefern.For this purpose, a device which serves to solve the problem, a measuring device which determines the degree of solidification of the evaporation material. Depending on the evaporation material and also on the temperature regime, the solid may be separated from the liquid phase both by an interface, the solidification front, and by a region in which both phases are mixed. Accordingly, the MesSeinrichtung is to be selected, the degree of solidification can also be determined indirectly. The various embodiments of the device according to the invention are suitable for providing the required information about the state of melting.
Das erfindungsgemäße Verfahren schließt auch die Variante ein, dass unter Berücksichtigung der dem Prozess durch die ständig aufzubringende Verdampfungswärme sowie durch Wärmestrahlung und Wärmeleitung stetig entzogenen Energie, die erfindungsgemäße Aufrechterhaltung des Gleichgewichts aller drei Phasen bei- spielsweise auch mittels der Regelung der Energieableitung durch aktive Kühlung bei sonst konstanter Energiezufuhr möglich ist.The method according to the invention also includes the variant that, taking into account the energy continuously evacuated by the heat of evaporation and heat conduction, the maintenance of the equilibrium of all three phases according to the invention is also achieved, for example, by means of the regulation of the energy dissipation by active cooling otherwise constant energy supply is possible.
Davon ausgehend sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dass die zur Aufrechterhaltung des Phasengleichgewichts im ungestörten Verdampfungsprozess erforderliche Energiezufuhr und/oder Energieableitung rechnerisch ermittelt werden und dementsprechend im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt und dass eine Kühlung des Verdampfungs- materials über einen Abschnitt der Wandung des Tiegels erfolgt, welcher die feste Phase einfasst und nahezu an die im Gleichgewicht befindliche Phasengrenze grenzt und/oder dass eine Erhitzung des Verdampfungsmaterials über einen Abschnitt der Wandung des Tiegels erfolgt, welcher die flüssige Phase einfasst und nahezu an die im Gleichgewicht befindliche Phasengrenze grenzt.Based on this, an advantageous embodiment of the method according to the invention provides that for maintaining the phase equilibrium in the undisturbed evaporation process required energy input and / or energy dissipation are calculated and thus carried out substantially continuously and that a cooling of the evaporation material over a portion of the wall of the crucible takes place, which includes the solid phase and almost to the equilibrium phase boundary borders and / or that a heating of the evaporation material over a portion of the wall of the crucible takes place, which surrounds the liquid phase and is almost adjacent to the equilibrium phase boundary.
Bei einer positiven Leistungsbilanz würde fortlaufend mehr Verdampfungsmaterial geschmolzen werden, als verdampft wird, so dass der Erstarrungsgrad und folglich die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase, die sich bei der rechnerisch ermittel- ten Energiezufuhr und Kühlung des ungestörten Systems einstellt, sinkt. Sofern diese unter ein Limit sinkt, welche beispielsweise durch die entsprechend bemessene und bezogen auf dieses Limit lokal begrenzte Kühlung definiert ist, wird die überschüssige Energie durch eine gesteigerte Kühlung abgeführt. Durch die lokal definierte Kühlung der Schmelze in der Nähe der Phasengrenze nimmt so bei einer Verringerung des Erstarrungsgrades die thermische Kopplung zwischen dem flüssigen Verdampfungsmaterial und gekühlter Wandung überproportional zu. Im umgekehrten Fall werden durch eine steigende Erstarrung des Materials die Energieverluste durch eine verminderte Kühlung verringert .With a positive power balance, more vaporization material would be continuously melted than vaporized, thus decreasing the degree of solidification, and hence the boundary between the solid and liquid phases, which occurs during the calculated energy supply and cooling of the undisturbed system. If this falls below a limit which, for example, is defined by the correspondingly dimensioned and locally limited cooling with respect to this limit, the excess energy is dissipated by increased cooling. As a result of the locally defined cooling of the melt in the vicinity of the phase boundary, the thermal coupling between the liquid evaporation material and the cooled wall increases disproportionately when the degree of solidification is reduced. In the opposite case, an increasing solidification of the material reduces the energy losses due to reduced cooling.
Eine vergleichbare, alternativ oder zusätzlich einsetzbare Selbstjustierung des Verdampfungsprozesses ist auch durch eine entsprechende Erhitzung der Wandung möglich, die an die flüssi- ge Phase grenzt. Sofern dieser Abschnitt der Wandung erhitzt wird, tritt bei einer Erhöhung des Erstarrungsgrades und dem damit einhergehenden Ansteigen der Phasengrenze eine Erhöhung der Kopplung an die erhitzte Wandung und bei dem Absinken der Phasengrenze eine Verringerung der Kopplung ein. Mit diesen verschiedenen Möglichkeiten ist stets eine schnelle Ausregelung der Leistungsbilanz unmittelbar und in beide Richtungen mög- lieh. Die Energieableitung erfolgt, ebenso wie die Energiezufuhr unmittelbar, so dass auf die verschiedensten Störgrößen kurzfristig reagiert werden kann.A comparable, alternatively or additionally usable self-adjustment of the evaporation process is also possible by a corresponding heating of the wall, which borders on the liquid phase. If this section of the wall is heated, increases in the degree of solidification and the concomitant increase in the phase boundary occurs an increase in the coupling to the heated wall and the decrease in the phase boundary, a reduction in the coupling. With these various options, a quick balancing of the current account is always possible directly and in both directions. borrowed. The energy dissipation takes place, as well as the energy supply directly, so that can be responded to a variety of disturbances in the short term.
Da wie oben dargestellt die Kontrolle der Verdampfungsrate darauf reduziert werden kann, dass das gleichzeitige Vorliegen von fester, flüssiger und gasförmiger Phase gewährleistet ist, kann über die Dimensionierung der Energiequelle sowie die Dimensionierung und Anordnung der Kühlung oder Erhitzung der Tiegelwandung ein selbststabilisierendes Verdampfungsverfahren durchgeführt werden. Dieses Verfahren ist entweder im Rahmen vorbestimmter Grenzen der Gesamtmenge des vorhandenen Verdampfungsmaterials oder bei kontinuierlicher Beschickung mit neuem, flüssigem Verdampfungsmaterial anwendbar.Since, as shown above, the control of the evaporation rate can be reduced to ensure the simultaneous presence of solid, liquid and gaseous phases, a self-stabilizing evaporation process can be carried out by dimensioning the energy source and dimensioning and arranging the cooling or heating of the crucible wall. This method is applicable either within predetermined limits of the total amount of evaporating material present or when continuously charged with new liquid evaporating material.
Sofern entsprechend einer besonderen Ausgestaltung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens die Energiezufuhr in das System der abgeführten Dampfmenge nachgeführt wird, kann der Wirkungsgrad und die Stabilität des Prozesses verbessert und die Kontrolle erleichtert werden, da sich die Erstarrungsfront weniger bewegt .If according to a particular embodiment of the inventive method, the energy supply is tracked in the system of discharged steam, the efficiency and the stability of the process can be improved and the control can be facilitated because the solidification front moves less.
Eine weitere Vorrichtung, die der Durchführung des beschriebenen selbststabilisierenden Verdampfungsverfahrens dient, ist derart ausgestaltet, dass bei ungestörtem Verdampfungsprozess mit gleichzeitig vorhandener gasförmiger, flüssiger und fester Phase nur jener Teil der Wandung, an welchen die feste Phase grenzt, zumindest im an die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase ungefähr anschließenden Bereich kühlbar ist und/oder nur jener Teil der Wandung, an welchen die flüssige Phase grenzt, zumindest im an die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase ungefähr anschließenden Bereich erhitzbar ist. Die Kühlung oder die Heizung wird so ausgelegt, dass ab einer vorbestimmten Abweichung des Erstarrungsgrades die thermische Kopplung zwischen Verdampfungsgut und gekühlter oder erhitzter Wandung zu- oder abnimmt. Der Normalwert des Erstarrungsgrades ist dabei durch die rechnerisch ermittelte, kontinuierliche Energiezufuhr in das System definiert, die insbesondere in Abhängigkeit vom Verdampfungsmaterial, der für die Beschich- tungsaufgabe erforderlichen Verdampfungsrate und der Energieverluste des Systems bestimmt wird.Another device, which serves to carry out the described self-stabilizing evaporation process, is designed such that at undisturbed evaporation process with coexisting gaseous, liquid and solid phase, only that part of the wall adjacent to the solid phase, at least in the boundary between solid and liquid phase approximately adjacent region is coolable and / or only that part of the wall to which the liquid phase adjoins, at least in the area adjacent to the boundary between solid and liquid phase approximately heatable area is heated. The cooling or the heating is designed so that from a predetermined deviation of the degree of solidification, the thermal coupling between the evaporating and cooled or heated wall increases or decreases. The normal value of the degree of solidification is defined by the computationally determined, continuous energy input into the system, which in particular in Dependence on the evaporation material, the required for the coating task evaporation rate and the energy losses of the system is determined.
Hierbei ist es insbesondere von den Prozessparametern und der Prozessgestaltung, der Art der Bestückung mit neuem Verdampfungsmaterial, der Ausgestaltung des Tiegels und der Energiezufuhr in das System zur Verflüssigung des Verdampfungsmaterials abhängig, ob die Erhitzung der Wandung des Tiegels zur Selbststabilisierung durch diese Energiequelle mit realisiert wird oder eine gesonderte Energiequelle vorgesehen ist. Ebenso verhält es sich auch mit der Kühlung, die zur Energieableitung aus dem System dient und der lokal begrenzten Kühlung der Wandung zur Selbststabilisierung. So ist beispielsweise eine Trennung der Kühlung am Boden und an der seitlichen Wandung entsprechend der beiden Funktionen oder auch nur eine Kühlung zur Selbststabilisierung möglich, die gleichermaßen zur Abkühlung der Vorrichtung beispielsweise zur Unterbrechung des Verdampfungsprozesses genutzt werden kann.In this case, it depends in particular on the process parameters and the process design, the type of assembly with new evaporation material, the design of the crucible and the energy supply in the system for liquefaction of the evaporation material, whether the heating of the wall of the crucible for self-stabilization is realized by this energy source or a separate energy source is provided. The same applies to the cooling, which serves to dissipate energy from the system, and the locally limited cooling of the wall for self-stabilization. Thus, for example, a separation of the cooling at the bottom and on the lateral wall according to the two functions or even a cooling for self-stabilization is possible, which can equally be used for cooling the device, for example, to interrupt the evaporation process.
Unabhängig davon, ob das erfindungsgemäße Verfahren selbst- stabilisierend ausgeführt wird oder nicht, erweist es sich vonIrrespective of whether the process according to the invention is carried out in a self-stabilizing manner or not, it proves to be of
Vorteil, wenn Inhomogenitäten in der Schmelze des Verdampfungsmaterials durch Rühren ausgeglichen werden. Insbesondere stellen ein erhöhter Temperaturgradient oder in der Schmelze verteilte feste Bestandteile solche Inhomogenitäten dar, die in Abhängigkeit von der Art des Verdampfungsmaterials auftreten können. Durch das Rühren wird der Wärmeübergang zwischen fester und flüssiger Phase verbessert und die Oberflächentemperatur dem Tripelpunkt angenähert. Geeignet sind verschiedene Mittel, entsprechend einer Ausgestaltung der Vorrichtung insbesondere solche, welche eine Bewegung der Schmelze elektromagnetisch oder mechanisch anregen.Advantage, when inhomogeneities in the melt of the evaporation material are compensated by stirring. In particular, an elevated temperature gradient or melt dispersed solid components are such inhomogeneities that may occur depending on the type of evaporation material. By stirring, the heat transfer between solid and liquid phase is improved and the surface temperature approaches the triple point. Suitable are various means, according to an embodiment of the device in particular those which electromagnetically or mechanically excite a movement of the melt.
Die Ermittlung des Erstarrungsgrades des Verdampfungsmaterials ist auf verschiedene Weise möglich. So erfolgt die Ermittlung beispielsweise mittels elektromagnetischer Sensoren. Für das metallische Verdampfungsmaterial eignet sich insbesondere das Wirbelstromverfahren, bei welchen im Verdampfungsmaterial Wirbelströme induziert werden. Dieses Verfahren liefert unter anderem Aussagen zur Leitfähigkeit des Materials, so dass wegen der Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit und des bei Metallen häufig vorhandenen Sprungs der Leitfähigkeit beim Phasenübergang fest/flüssig die Auswertung des Erstarrungsgrades möglich ist. Diese Messung kann separat oder kombiniert mit WirbelStromheizung und elektromagnetischem Rühren erfolgen.The determination of the degree of solidification of the evaporation material is possible in various ways. Thus, the determination is carried out for example by means of electromagnetic sensors. For the Metallic evaporation material is particularly suitable for the eddy-current method in which eddy currents are induced in the evaporation material. Among other things, this method provides information on the conductivity of the material, so that the evaluation of the degree of solidification is possible due to the temperature dependence of the conductivity and the frequent increase in the conductivity of metals in the phase transition solid / liquid. This measurement can be done separately or in combination with vortex flow heating and electromagnetic stirring.
Ultraschallverfahren sind geeignet zur Messung temperaturabhängiger akustischer Materialkonstanten und insbesondere für Schmelzen, welche einen diffusen Phasenübergang fest/flüssig mit einem Anteil fester Bestandteile in der flüssigen Phase aufweisen. Sie eignen sich ebenso zur Bestimmung von tempera- turabhängigen Geschwindigkeiten der elektromagnetisch oder mechanisch bewegten Schmelze mittels Dopplerverfahren sowie zur Detektion der Lage von Grenzflächen zwischen den Phasen.Ultrasonic methods are suitable for measuring temperature-dependent acoustic material constants and in particular for melts which have a diffuse phase transition solid / liquid with a proportion of solid constituents in the liquid phase. They are also suitable for determining temperature-dependent velocities of the electromagnetically or mechanically moved melt by means of Doppler methods as well as for detecting the position of interfaces between the phases.
Eine Temperaturmessung an der Wandung des Tiegels, entsprechend einer weiteren Ausgestaltung mittels eines Temperatursensoren- feldes, kann direkt die Lage der Phasenfront oder die Lage und Ausdehnung eines Phasengemisches detektieren, so dass eine Verschiebung unmittelbar festzustellen ist.A temperature measurement on the wall of the crucible, according to a further embodiment by means of a temperature sensor field, can directly detect the position of the phase front or the position and extent of a phase mixture, so that a shift can be detected directly.
Dienlich ist ebenfalls eine visuelle Beurteilung des Erstarrungsgrades, wobei der Einblick in den Tiegel mit einer Kamera durch ein beheiztes Fenster (z.B. Quarz) erfolgen kann und die Auswertung über eine automatisierte Bildverarbeitung. Auch die Auswertung der Bewegung der Schmelze, die mit einer der beschriebenen Verfahren gerührt wird, mittels optischer oder mechanischer Auswertung ist geeignet, den Erstarrungsgrad zu ermitteln.Also useful is a visual assessment of the degree of solidification, which can be viewed in the crucible with a camera through a heated window (e.g., quartz) and evaluated by automated image processing. The evaluation of the movement of the melt, which is stirred by one of the methods described, by means of optical or mechanical evaluation is suitable to determine the degree of solidification.
Neben der Auswertung und Nutzung des Erstarrungsgrades für die Regelung der Energiezufuhr und Energieableitung ist auch die Kontrolle des Erstarrungsgrades im selbststabilisierenden Ver- fahren vorteilhaft, da dieses Verfahren innerhalb gewisser Grenzen stabil ist und das Erreichen dieses Bereichs beim Anfahren des Prozesses beobachtbar ist oder bei der Annäherung an solch eine Grenze einen Eingriff erforderlich machen kann. Zu diesem Zweck sehen verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung oben beschriebene Mittel zur Ermittlung des Erstarrungsgrades vor.In addition to the evaluation and use of the degree of solidification for the regulation of energy supply and energy dissipation, the control of the degree of solidification in the self-stabilizing drive advantageous because this method is stable within certain limits and the achievement of this range is observable at startup of the process or may require an intervention when approaching such a limit. For this purpose, various embodiments of the device provide above-described means for determining the degree of solidification.
Für eine kontinuierliche Beschichtung von bewegten Substraten ist die Bereitstellung eines kontinuierlichen Dampfstromes erforderlich, wofür mehrere Verdampfer parallel an eine Be- schichtungsanlage angeschlossen sind und einzeln oder mehrere nacheinander mit der Beschichtungsanläge verbunden werden, während die übrigen zur Wartung oder Beschickung mit neuem Material von der Anlage getrennt sind.Continuous coating of moving substrates requires the provision of a continuous stream of vapor for which several evaporators are connected in parallel to a coating line and connected one or more in a row to the coating line while the remainder are serviced or charged with new material from the line are separated.
Eine parallele Anordnung von mehreren Verdampfern ist auch für die Mischverdampfung erforderlich, bei der in jedem Verdampfer eine der zu mischenden Komponenten verdampft und deren Dampfstrom beispielsweise zur Mischung in der Beschichtungsanläge mittels eines Stellglieds mit variablem Leitwert, welcher vor- zugsweise im Dampfaustritt angeordnet ist, reguliert wird.A parallel arrangement of a plurality of evaporators is also required for the mixed evaporation in which one of the components to be mixed evaporates in each evaporator and regulates its vapor flow, for example for mixing in the coating apparatus by means of a variable conductivity actuator, which is preferably arranged in the steam outlet becomes.
Bei der Verbindung oder Trennung einzelner Verdampfer mittels Ventilen, die vorzugsweise am Dampfaustritt jedes einzelnen Verdampfers angeordnet sind, treten regelmäßig große Schwankungen im Dampfström und somit in der Verdampfungsrate auf. Diese können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung weitestgehend ausgeglichen werden, wobei es sich als vorteilhaft erweist, wenn auch die Bauteile des Dampfaustritts und der Regulierung des Dampfstromes auf eine Temperatur beheizt werden, bei welcher eine Kondensation von Dampf auf diesen Bauteilen vermieden wird. Auf diese Weise werden Ablagerungen von erstarrtem Verdampfungsmaterial an diesen Bauteilen und somit Beeinträchtigungen ihrer Funktion sowie eine negative Beeinflussung des Gleichgewichtssystems und der Energiebilanz vermieden. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt die Zeichnungsfigur den Vertikalschnitt einer erfindungsgemäßen VerdampfungsVorrichtung.When connecting or disconnecting individual evaporators by means of valves, which are preferably arranged at the steam outlet of each individual evaporator, large fluctuations occur regularly in the steam flow and thus in the evaporation rate. These can be largely compensated with the device according to the invention, wherein it proves to be advantageous if the components of the steam outlet and the regulation of the steam flow are heated to a temperature at which a condensation of steam on these components is avoided. In this way, deposits of solidified evaporation material on these components and thus impairments of their function as well as a negative influence on the equilibrium system and the energy balance are avoided. The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. In the accompanying drawing, the drawing figure shows the vertical section of an evaporation device according to the invention.
Ein trogförmiger Tiegel 1 ist mit einer Abdeckplatte 2 verschlossen. Das Innere des Tiegels 1 ist vollständig mit Verdampfungsmaterial, beispielsweise Magnesium, ausgefüllt, welches sich im festen 3, darüber im flüssigen 4 und darüber im gasförmigen 5 Zustand befindet, wobei im dargestellten Beispiel das flüssige 4 und gasförmige 5 Verdampfungsmaterial zusammen, jeweils zu ungefähr gleichen Teilen, mehr als zwei Drittel des Gesamtvolumens ausfüllen. Die Phasengrenze zwischen der festen und flüssigen Phase des Verdampfungsmaterials wird durch eine diskrete Erstarrungsfront 6 gebildet.A trough-shaped crucible 1 is closed by a cover plate 2. The interior of the crucible 1 is completely filled with evaporation material, for example magnesium, which is in the solid 3, above in the liquid 4 and above in the gaseous state 5, in the illustrated example, the liquid 4 and gaseous vaporization material together, approximately equal to each other Share more than two-thirds of the total volume. The phase boundary between the solid and liquid phases of the evaporation material is formed by a discrete solidification front 6.
Durch eine erste Öffnung 7 in der Abdeckplatte 2 ragt dichtend und höhenverstellbar ein Rührer 8 soweit in den Tiegel 1, dass er das flüssige Verdampfungsmaterial 4 homogenisieren kann. Durch eine zweite Öffnung 9 in der Abdeckplatte 2 ist, ebenfalls dichtend, ein Dampfaustritt 10 angeordnet, in welchem der abgeleitete Dampfström mittels eines Ventils 11 regelbar ist. Dampfaustritt 10 und Ventil 11 sind mittels nicht näher dargestellter Heizsysteme temperierbar. Im Bereich des oberen Drittels der Wandung des Tiegels 1 ist umfänglich eine Strahlungsheizung 12 in Form eines elektrischen Widerstandheizers ange- ordnet. Eine weitere Strahlungsheizung 12 weist die Abdeckplatte 2 auf. Die Wandung des Tiegels 1 ist im Bereich des unteren Drittels und des Bodens von Kühlrohren 13 umgeben, durch welche ein Kühlmittel geleitet wird.A stirrer 8 protrudes into the crucible 1 in a sealing and height-adjustable manner through a first opening 7 in the cover plate 2 so that it can homogenize the liquid evaporation material 4. By a second opening 9 in the cover plate 2, also a sealing, a steam outlet 10 is arranged, in which the derived Dampfström by means of a valve 11 is controllable. Steam outlet 10 and valve 11 are temperature controlled by means not shown heating systems. In the area of the upper third of the wall of the crucible 1, a radiant heater 12 in the form of an electrical resistance heater is circumferentially arranged. Another radiant heater 12 has the cover plate 2. The wall of the crucible 1 is surrounded in the region of the lower third and the bottom of cooling tubes 13, through which a coolant is passed.
In der Wandung des Tiegels 1 sind im Bereich der unteren zwei Drittel Temperatursensoren 14 integriert. Im Bereich der dargestellten Phasengrenze zwischen dem festen 3 und flüssigen 4 Verdampfungsmaterial ist darüber hinaus ein elektromagnetischer Sensor 15 zur Detektion der Erstarrungsfront 6 angeordnet.In the wall of the crucible 1 temperature sensors 14 are integrated in the lower two thirds. In the area of the illustrated phase boundary between the solid 3 and liquid 4 evaporation material, an electromagnetic sensor 15 for detecting the solidification front 6 is furthermore arranged.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Tiegel 1 anfäng- lieh mit festem Verdampfungsmaterial 3 bestückt, welches mit- tels der Strahlungsheizungen 12 an der Abdeckplatte 2 und der Wandung soweit erhitzt wird, dass ein Teil des Materials geschmolzen ist. Dabei wir der bereits geschmolzene Teil des Verdampfungsmaterials 4 mit Hilfe des Rührers 8 stetig gerührt. Mittels des elektromagnetischen Sensors 15 wird über das Wirbelstromverfahren die Leitfähigkeit des dem Sensor 15 innerhalb des Tiegels 1 gegenüber liegenden Materials fortlaufend gemessen und somit festgestellt, wann die Erstarrungsfront 6 bis auf die Höhe des Sensors 15 abgesenkt ist. Parallel oder auch al- ternativ wird mittels der Temperatursensoren 14 ein Temperaturfeld gemessen und über dessen Änderung der Verlauf des Schmelzvorganges beobachtet .In the described embodiment, the crucible 1 is initially equipped with solid evaporation material 3, which By means of the radiant heaters 12 on the cover plate 2 and the wall is heated so far that a part of the material is melted. In the process, the already melted part of the evaporation material 4 is continuously stirred with the aid of the stirrer 8. By means of the electromagnetic sensor 15, the conductivity of the sensor 15 within the crucible 1 opposite material is continuously measured and thus determined when the solidification front 6 is lowered to the height of the sensor 15 via the eddy current method. Parallel or alternatively, a temperature field is measured by means of the temperature sensors 14 and the change in the course of the melting process is monitored by means of the latter.
Sofern die Erstarrungsfront 6 ungefähr bis auf die Höhe des elektromagnetischen Sensors 15 abgesunken ist, wird eine konti- nuierliche Energiezufuhr nur durch den Strahlungsheizer auf der Abdeckplatte 2 eingestellt, die der rechnerisch ermittelten Energiezufuhr für die Aufrechterhaltung des eingestellten Erstarrungsgrades in einem ungestörten Verdampfungsprozess entspricht. Gleichzeitig wird auch eine konstante Kühlung der Wandung des Tiegels 1 entsprechend den rechnerisch ermittelten Werten eingestellt, indem der Strom eines geeigneten Kühlmediums annähernd konstant gehalten wird. Entsprechend der zur Beschichtung abgeführten zeitlich variablen Dampfmenge wird im Ausführungsbeispiel die Heizleistung der Strahlungsheizung 12 auf der Abdeckplatte 2 dem ebenfalls zeitlich variablen Energiebedarf zum Verdampfen dieser Dampfmenge nachgeführt.If the solidification front 6 has fallen approximately to the level of the electromagnetic sensor 15, a continuous energy supply is set only by the radiant heater on the cover plate 2, which corresponds to the calculated energy supply for maintaining the set degree of solidification in an undisturbed evaporation process. At the same time, a constant cooling of the wall of the crucible 1 is set in accordance with the calculated values by keeping the flow of a suitable cooling medium approximately constant. According to the dissipated for coating time variable amount of steam in the embodiment, the heating power of the radiant heater 12 on the cover plate 2 also tracked the time-variable energy demand for vaporizing this amount of steam.
Sinkt die Erstarrungsfront 6 im Verlaufe des Verdampfungsprozesses beispielsweise durch eine Verringerung der Dampfstrommenge ab, steigt die thermische Kopplung zwischen dem flüssigen Verdampfungsmaterial und der Kühlung, was zu einer erhöhten Energieableitung führt bis sich von selbst bei einer veränderten Lage der Erstarrungsfront 6 ein neues Gleichgewicht zwischen Energiezufuhr und Energieableitung einstelltDecreases the solidification front 6 in the course of the evaporation process, for example, by reducing the amount of steam flow, the thermal coupling between the liquid evaporation material and the cooling increases, which leads to increased energy dissipation until a new balance between energy supply by itself with a changed position of the solidification front and energy dissipation
Die in der Figur dargestellte Verdampfungsvorrichtung unter- stützt darüber hinaus die Durchführung eines VerdampfungsVerfahrens, welches auf der Regelung der Kühl- und der Heizleis- tung beruht, alternativ eine dieser beiden Möglichkeiten. Die Regelung erfolgt in Abhängigkeit von dem mittels Temperaturfeldmessung und elektromagnetischem Sensor 15 ermittelten Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials . Durch die Regelung der Kühl- und/oder Heizleistung wird die Erstarrungsfront im Bereich oberhalb der Kühlung stabilisiert, wobei diese Regelung entsprechend der Auswertung der Messungen des elektromagnetischen Sensors 15 und/oder der Temperaturfeldauswertung oder entsprechend mathematisch ermittelter Vorgaben erfolgen kann.The evaporation device shown in the figure also supports the execution of an evaporation method, which is based on the regulation of the cooling and heating elements. tion, alternatively one of these two possibilities. The control is carried out as a function of the determined by means of temperature field measurement and electromagnetic sensor 15 solidification of the evaporation material. By controlling the cooling and / or heating power, the solidification front is stabilized in the region above the cooling, wherein this control can be carried out according to the evaluation of the measurements of the electromagnetic sensor 15 and / or the temperature field evaluation or according to mathematically determined specifications.
Der sich über dem flüssigen Verdampfungsmaterial 4 einstellende Dampfdruck des gasförmigen Verdampfungsmaterials 5 ist stabilisiert, solange das Verdampfungsmaterial in allen drei Phasen gleichzeitig vorliegt und wird über den Dampfaustritt 10 einer Beschichtungsanlage regelbar zugeführt. Mit der Vorrichtung sind auch weitere Materialien verdampfbar, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer, Zink, Indium, Gallium, Cadmium-Tellurid (CdTe) und Cadmium-Sulfid (CdS) . The vapor pressure of the gaseous evaporation material 5 which is established above the liquid evaporation material 4 is stabilized as long as the evaporation material is present simultaneously in all three phases and is controllably supplied via the steam outlet 10 to a coating installation. The device also evaporates other materials such as aluminum, copper, zinc, indium, gallium, cadmium telluride (CdTe) and cadmium sulfide (CdS).
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Tiegel1 crucible
2 Abdeckplatte2 cover plate
3 festes Verdampfungsmaterial3 solid evaporation material
4 flüssiges Verdampfungsmaterial, Schmelze4 liquid evaporation material, melt
5 gasförmiges Verdampfungsmaterial5 gaseous evaporation material
6 Erstarrungsfront6 solidification front
7 erste Öffnung7 first opening
8 Rührer8 stirrer
9 zweite Öffnung9 second opening
10 Dampfaustritt10 steam outlet
11 Ventil, Düse, Düsensystem11 valve, nozzle, nozzle system
12 Strahlungsheizung12 radiant heating
13 Kühlrohre13 cooling tubes
14 Temperatursensor14 temperature sensor
15 elektromagnetischer Sensor 15 electromagnetic sensor

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial , welches in einem Gefäß (Tiegel) vorliegt, indem mittels geeigneter Energiezufuhr eine solche Temperatur des Verdampfungsmaterials eingestellt wird, bei welcher sich ein Teil des Verdampfungsmaterials in der Gasphase befindet, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verdampfungsmaterial in der Weise Energie zugeführt und/oder abgeleitet wird, dass es während der stabilen Prozessphase gleichzeitig in gasförmiger, in fester und in flüssiger Phase vorliegt und die Temperatur an der Oberfläche des flüssigen Verdampfungsma- terials annähernd der Temperatur seines Tripelpunkts entspricht .A process for evaporating evaporation material which is present in a vessel (crucible) by adjusting, by means of a suitable supply of energy, a temperature of the evaporation material at which a part of the evaporation material is in the gas phase, characterized in that the evaporation material in that way Energy is supplied and / or derived that it is present during the stable process phase simultaneously in the gaseous, solid and liquid phase and the temperature at the surface of the liquid evaporation material approximately corresponds to the temperature of its triple point.
2. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regulierung der Energiezufuhr und/oder Energieableitung in Abhängigkeit vom Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials erfolgt, wobei der Erstarrungsgrad als Verhältnis der Menge des festen Verdampfungsmaterials (3) zu dessen Gesamtmenge definiert sein soll.2. A method for evaporating evaporation material according to claim 1, characterized in that the regulation of the energy supply and / or energy dissipation depending on the degree of solidification of the evaporation material, wherein the degree of solidification should be defined as the ratio of the amount of the solid evaporation material (3) to the total amount ,
3. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufrechterhaltung des Phasengleichgewichts im ungestörten Verdampfungsprozess erforderliche Energiezufuhr und/oder Energieableitung rechnerisch ermittelt werden und dementsprechend im Wesentlichen kontinuierlich erfolgt und dass eine Kühlung des Verdampfungsmaterials über einen Abschnitt der Wandung des Tiegels (1) erfolgt, welcher die feste Phase einfasst und nahezu an die im Gleichgewicht be- findliche Phasengrenze grenzt und/oder dass eine Erhitzung des Verdampfungsmaterials über einen Abschnitt der Wandung des Tiegels (1) erfolgt, welcher die flüssige Phase ein- fasst und nahezu an die im Gleichgewicht befindliche Pha- sengrenze grenzt.3. A method for evaporating evaporation material according to claim 1, characterized in that for maintaining the phase balance in the undisturbed evaporation process required energy supply and / or energy dissipation are determined by calculation and accordingly takes place substantially continuously and that a cooling of the evaporation material over a portion of the wall of the Crucible (1), which encloses the solid phase and almost reaches the equilibrium adjacent the sensitive phase boundary and / or that a heating of the evaporation material over a portion of the wall of the crucible (1) takes place, which encloses the liquid phase and almost borders on the equilibrium phase boundary.
4. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiezufuhr der abgeführten Dampfmenge nachgeführt wird.4. A method for evaporating evaporation material according to claim 3, characterized in that the energy supply of the discharged steam quantity is tracked.
5. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Inhomogenitäten in der Schmelze (4) des Verdampfungsmaterials durch Rühren ausgeglichen werden.5. A method for evaporating evaporation material according to any one of claims 1 to 4, characterized in that inhomogeneities in the melt (4) of the evaporation material are compensated by stirring.
6. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass der Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials mittels elektromagnetischer Sensoren (15) ermittelt wird.6. A method for evaporating evaporation material according to any one of claims 1 to 5, characterized marked, that the solidification of the evaporation material by means of electromagnetic sensors (15) is determined.
7. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials bestimmt wird, indem die Erstarrungsfront (6) mittels Temperatursensoren (14) ermittelt wird.7. A method for evaporating evaporation material according to one of claims 1 to 5, characterized in that the solidification degree of the evaporation material is determined by the solidification front (6) by means of temperature sensors (14) is determined.
8. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Er- starrungsgrad des Verdampfungsmaterials bestimmt wird, in- dem ein Temperaturfeld der WandungsOberfläche des Tiegels (1) ermittelt und aus dessen Änderung auf eine Verschiebung der Erstarrungsfront (6) geschlossen wird.8. A method for evaporating evaporation material according to claim 7, characterized in that the degree of solidification of the evaporation material is determined by determining a temperature field of the wall surface of the crucible (1) and from its change to a displacement of the solidification front (6) becomes.
9. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass der Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials mittels Ultraschallmessung bestimmt wird.9. A method for evaporating evaporation material according to any one of claims 1 to 5, marked thereby, that the solidification degree of the evaporation material is determined by means of ultrasonic measurement.
10. Verfahren zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass der Erstarrungsgrad des Verdampfungsmaterials durch mechanische oder elektromagnetische Anregung der Schmelze (4) und optische, mechanische oder Ultraschallaus- Wertung der Bewegung der Schmelze (4) ermittelt wird.10. A method for evaporating evaporation material according to any one of claims 1 to 5, characterized net, that the degree of solidification of the evaporation material by mechanical or electromagnetic excitation of the melt (4) and optical, mechanical or Ultraschallaus- evaluation of the movement of the melt (4) is determined.
11. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial, bestehend aus einem Gefäß (Tiegel) mit einem Dampfaustritt und verbunden mit einem regelbaren Leistungserzeuger zur Erhitzung des Verdampfungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Ermittlung des Erstarrungsgrades des Verdampfungsmaterials umfasst.11. A device for evaporating evaporation material, consisting of a vessel (crucible) with a steam outlet and connected to a controllable power generator for heating the evaporation material, characterized in that the device comprises a measuring device for determining the degree of solidification of the evaporation material.
12. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial, bestehend aus einem Gefäß (Tiegel) mit einem Dampfaustritt und verbunden mit einem regelbaren Leistungserzeuger zur Erhitzung des Verdampfungsmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass " bei ungestörtem Verdampfungsprozess mit gleichzeitig vorhandener gasförmiger, flüssiger und fester Phase jener Teil der Wandung, an welchen die feste Phase grenzt zumindest im an die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase ungefähr anschließenden Bereich kühlbar ist und/oder jener Teil der Wandung, an welchen die flüssige Phase grenzt, zumindest im an die Grenze zwischen fester und flüssiger Phase ungefähr anschließenden Bereich erhitzbar ist.12. A device for evaporating evaporation material, consisting of a vessel (crucible) with a steam outlet and connected to a controllable power generator for heating the evaporation material, characterized in that "in undisturbed evaporation process with coexisting gaseous, liquid and solid phase of that part of the wall to which the solid phase borders, at least in the region approximately adjacent to the boundary between the solid and liquid phases, and / or that part of the wall to which the liquid phase adjoins, at least in the region approximately adjacent to the boundary between solid and liquid phases is heatable.
13. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Messeinrichtung zur Ermittlung des Erstarrungsgrades des Verdampfungsmaterials umfasst.13. A device for evaporating evaporation material according to claim 12, characterized in that the device comprises a measuring device for determining the degree of solidification of the evaporation material.
14. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur elektromagnetischen oder mechanischen Bewegungsanregung der Schmelze (4) angeordnet sind.14. A device for evaporating evaporation material according to any one of claims 11 to 13, characterized in that means for electromagnetic or mechanical movement excitation of the melt (4) are arranged.
15. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 11 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die MesSeinrichtung einen elektromagnetischen Sensor (15) zur Detektion der Erstarrungsfront (6) umfasst.15. Device for evaporating evaporation material according to claim 11 or 14, characterized in that the measuring device comprises an electromagnetic sensor (15). for detecting the solidification front (6).
16. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 11, 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen Temperatur- sensor (14) zur Detektion der Erstarrungsfront (6) umfasst.16. A device for evaporating evaporation material according to any one of claims 11, 13 or 14, characterized in that the measuring device comprises a temperature sensor (14) for detecting the solidification front (6).
17. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Temperatursensoren (14) auf der Wandung des Tiegels (1) derart angeordnet sind, dass ein begrenztes Temperaturfeld der Oberflächentemperatur der Wandung zu ermitteln ist.17, apparatus for evaporating evaporation material according to claim 16, characterized in that a plurality of temperature sensors (14) on the wall of the crucible (1) are arranged such that a limited temperature field of the surface temperature of the wall is to be determined.
18. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 11 , 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung Mittel zur optischen und/oder mechanischen oder zur Ultraschallauswertung der Bewegung der Schmelze (4) umfasst.18. A device for evaporating evaporation material according to any one of claims 11, 13 or 14, characterized in that the measuring device comprises means for optical and / or mechanical or ultrasonic evaluation of the movement of the melt (4).
19. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 11 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Dampfaustritt (10) abgeleitete Dampfström regulierbar ist.19. A device for evaporating evaporation material according to one of claims 11 to 18, characterized in that the steam outlet (10) derived Dampfström is adjustable.
20. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, dass zur Regulierung des Dampfstroms ein Stellglied mit variablem Leitwert am Dampfaustritt (10) angeordnet ist.20. A device for evaporating evaporation material according to claim 19, characterized in that an actuator with variable conductance at the steam outlet (10) is arranged to regulate the steam flow.
21. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach Anspruch 19 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zur21. Apparatus for evaporating evaporating material according to claim 19, wherein said evaporator material evaporates according to claim 19
Einstellung der Verteilung des Dampfstroms eine Düse oder ein Düsensystem (11) am Dampfaustritt (10) angeordnet ist.Setting the distribution of the steam flow, a nozzle or a nozzle system (11) on the steam outlet (10) is arranged.
22. Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial nach einem der Ansprüche 19 bis 21 dadurch gekennzeich- net, dass die Bauteile des Dampfaustritts (10) und/oder die Bauteile zur Regulierung des Dampfstroms auf eine Temperatur gleich oder höher als die Schmelztemperatur des Verdampfungsmaterials temperiert ist, bei welcher eine Kon- densation von Dampf auf diesen Bauteilen vermieden wird. 22. A device for evaporating evaporation material according to one of claims 19 to 21, characterized in that the components of the steam outlet (10) and / or the components for regulating the steam flow to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the evaporation material is tempered, in which a con- condensation of steam on these components is avoided.
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