179377. lajstromszámú szabadalom • Eljárás infravörös sugárzást csökkentő bevonat készítésére elektromos fényforrásokhoz
5 179377 6 sítják. Ezzel a plazmával segített kémiai gőzfázisú rétegleválasztással a vékonyréteg előállítás alacsonyabb tárgy és gáztér hőmérsékletnél történhet, mintha nem alkalmaztunk volna plazma kisülést. A vázolt alacsony nyomású kémiai gázfázisú rétegleválasztás ipari méretekben is reprodukálhatóan, nagy termelékenységgel képes görbült, üreges üvegtestek felületére vékony rétegeket létrehozni. Eljárásunk lényegének jobb megértéséhez a következőkben megvalósítási példákat mutatunk be. 1. példa A 2. ábra szerinti gázkisülőlámpa készítése a gázkisülőedény falának szilíciumnitrid réteggel történő bevonásával. Elkészítjük az önmagában ismert, nagynyomású gázkisülőlámpa 16 gázkisülőedényt (kvarctestet) célszerűen fémhalogén-lámpához, leszívatlan állapotban. A 16 gázkisülőedényt (kvarctestet) leszívjuk és vákuum alatt leszúrjuk kb. 10 mm-es szívócső csonkot hagyva. Ezután a gázkisülőedényeket (kvarctesteket) megfelelő, célszerűen 25 tárgytartóra (kvarc) helyezzük úgy, hogy a bevonandó felületek között legalább néhány mm nagyságú távolság legyen. (Lásd 3. ábrát.) A 25 tárgytartót a 26 rekaciócső korábban már 800°C-ra felfűtött zónájába toljuk, majd a 27 ajtó zárása után a szivattyúzást beindítjuk. Miután a nyomás elérte az 1 Pa értéket, tiszta N2 -t engedünk a rendszerbe tűszelepen keresztül úgy, hogy a dinamikus nyomás 104 Pa legyen. Egy perces ilyen öblítés után a N2-t elzárjuk és a reakcióteret ismét leszívjuk 1 Pa nyomásra. Ezek után 60 percen keresztül nagytisztaságú NH3-t és SiCl4 gőzét vezetjük a reakciótérbe úgy, hogy az NH3-ból 4,5 • 10~3 mol, a SiCl4-bői 6 • 10~4 mól jusson be percenként. A 30 bevonandó tárgyak környezetében a nyomást 102 Pa értéken tartjuk azáltal, hogy megfelelő mennyiségű N2 gázt vezetünk a szivattyú szívónyílásába (a reakciócsőből elszívott reakciógázokon kívül). Az NH3 és SiCl4 utánpótlást megszüntetve a reakcióteret 1 Pa nyomásra szivattyúzzuk, majd a szivattyú lekapcsolás után tiszta N2 gázzal a reakcióteret külső nyomással megegyező nyomásra töltjük és a 27 ajtó nyitása után a bevont tárgyakat a 26 reakciócsőből kihúzzuk. Az így nyert szüíciumnitriddel bevont 16 gázkisülőedények (kvarctestek) szívócsövének leszúrását levágjuk, a szivattyú által kívánt (60-100 mm) hosszú szívócsövet forrasztunk fel. Ezután a lámpagyártás következő fázisai a szokásosak. A továbbiakban a 16 gázkisülőedényeket (kvarctesteket) a gázkisülőlámpák készítésének bevált eljárásokká lámpa készítéséhez felhasználjuk. Az így készített lámpa hatásfoka jobb, mint a bevonatlan lámpáké, mivel a gázkisülőcsőből kilépő infravörös sugárzást a Si3N4 a gázkisülés irányába visszaveri és nem engedi a lámpából kilépni. Ez a megoldás a megvilágítandó tárgy hőterhelésének csökkentésén kívül lumen/watt nyereséggel is jár. Ez százalékosan annál nagyobb, minél alacsonyabb a lámpa teljesítménye. 400W-os Na-Tl-In-jodid lámpa esetén az elérhető hatásfokjavulás kb. 15%. 2. példa Reflektorburás lámpa készítése (lásd 1. ábrát) A 30 bevonandó tárgyakat 25 tárgytartókra (kvarc) (3. ábra), helyezzük úgy, hogy a bevonandó felületek közelében 10 mm-en belül ne legyen más szilárd anyag. Az így előkészített 25 tárgytartót a 26 reakciócső már korábban 350°C-ra beállított hőzónájába toljuk, és a 27 ajtó zárása után a szivattyúzást beindítjuk. 1 Pa nyomás elérésekor tiszta Ar gázt vezetünk be úgy, hogy a dinamikus nyomás 104 Pa értékű legyen. Egy perces Ar öblítés után az öblítőgázt lezárjuk és ismét 1 Pa nyomást állítunk elő. A reakciótérbe ezután percenként 4,5 • 10"3 mól NH3-t, 4,4 • 10'4 mól SiH4-t és 4,5 • 10'3 mól Ar-t vezetünk be úgy, hogy közben az 50 kHzes rádiófrekvenciás generátor a reakciócsőben 400 W teljesítményt szolgáltatva plazma kisülést tart fenn. A reakciótérben uralkodó nyomást 0,4 • 102 Pa értékben tartjuk a szivattyú bemenetelénél beadagolt Ar mennyiségének szabályozásával. A nitrid réteg leválasztást 40 percig tartjuk fenn, majd az NH3, SiH4 és Ar elzárásával a rendszert 1 Pa nyomásig szivattyúzzuk, majd a szivattyú lekapcsolása után Ar-nál külső nyomással megegyező nyomásig töltjük. A 27 ajtó nyitása és a bevont alkatrészek lehűlése után azokat a reflektorburás lámpák szokásos gyártási eljárásával beforrasztjuk a keményüveg (1) lámpakónuszba. Az így készített lámpa csak kis mértékben bocsát ki infravörös sugárzást, fénye „hideg” lesz. 3. példa „Hidegfényű” reflektorbúrás lámpa (1. ábrához hasonló) készítése, melynek 4 kilépő ablakára infravörös sugárzást visszaverő szilíciumnitrid réteget viszünk fel a 2. példához hasonlóan. Ahhoz, hogy az így elkészített 4 kilépő ablak minél kevésbé reflektálja a látható fényt, tehát minél nagyobb legyen a lumen/watt hatásfoka, a szilíciumnitrid rétegre reflexiót csökkentő szilíciumdioxid réteget hozunk létre az alábbi módon: A bevonandó tárgyat (az előzőekben szilíciumnitrid réteggel bevont 4 kilépő ablakot) célszerűen 25 tárgytartóra helyezzük úgy, hogy a tárgyak egymástól legalább 10 mm távolságban legyenek. Ezután 400 °C-ra felfűtött 26 reakciócsőbe toljuk. A 27 ajtó lezárása után a 26 reakciócsövet 1 Pa nyomásra szivattyúzzuk, majd 2 • 10“3 mól/perc sebességgel SiH4-et 0,1 mól/perccel N2-t és 5 • 10"3 mól/perc sebességgel pedig 02-t vezetünk be. A szivattyú szívónyílásába ezenkívül annyi N2-t vezetünk be, hogy a reakciócsőben a nyomás 100 Pa legyen. Dyen körülmények között 50 percig folytatjuk a rétegleválasztást, aminek eredményeként kb. 100 nm vastag Si02 réteg keletkezik a bevonandó tárgyakon. A reakciógázokat lezárva és a szivattyúzást megszüntetve reakciócsövet N2-el külső nyomással megegyező nyomásra töltjük fel, a 27 ajtó kinyitása után a 25 tárgytartót kihúzzuk és a 4 kilépő ablakokat lehűlés után a soron következő ismert lámpagyártási műveletnél felhasználjuk. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
