188635. lajstromszámú szabadalom • Berendezés plamzmatronnal történő reaktív rétegfelhordásra
1 188 635 2 A találmány tárgya berendezés plazmatronnal történő reaktív rétegfelhordásra elektromosan vezető céltárgy reakciógázban való porlasztása révén. A berendezés elsősorban bizonyos kémiai vegyületekből, mint például oxídokból vagy karbidokból álló rétegek porlasztásos felviteléhez alkalmazható előnyösen. Adott kémiai vegyületekből álló rétegek előállítása közvetlen elgőzölögtetés vagy porlasztás útján csak néhány speciális anyag esetében lehetséges. Általában ugyanis az elgőzölögtetési vagy porlasztási folyamat következtében a vegyület termikus disszociációja lép fel. Hátrányként jelentkezik továbbá, hogy a vegyül etek elgőzölögtetése vagy porlasztása nagyon kis kondenzációs arányhoz van kötve. A fentiek miatt különféle eljárásokat fejlesztettek ki elektromosan vezető anyagok, főként fémek, reakciógázok jelenlétében történő elgőzölögtetéséhez vagy porlasztásához azzal a céllal, hogy a fémrészecskékből és gázból álló reakcióterméket a kívánt kémiai vegyület formájában kondenzálják. Ennek az úgynevezett reaktív rétegfelhordásnak azonban különféle fogyatékosságai vannak. A reaktív gáz nyomását az elgőzölögtetés vagy porlasztás alatt nem lehet tetszőlegesen növelni, mert különben a vegyi reakciók az elgőzölögtetőn vagy a porlasztóforrás céltárgyán lépnek fel. Ezáltal a reakció hatásfoka nem kielégítő, és nem biztosítja a rétegek elérni kívánt kémiai összetételét. Ebből az egyik kiutat abban látják, hogy csökkentik az elgőzölögtetési ill. porlasztási arányt. Ezáltal viszont romlik a reaktív rétegfelhordás gazdaságossága. Azzal is próbálkoztak, hogy a gázbevezetés speciális kialakításaival a reaktív gáz nagyobb parciális nyomását érték el a bevonandó tárgyon. Azzal is próbálkoztak, hogy járulékos elektromos kisütéssel a reaktív gáz korlátozott nyomása mellett növeljék a reakció hatásfokát. Ez az úgynevezett ARE (activated reactive evaporation - aktivált reaktív elgőzölögtetés) eljárás. Mindkét megoldással azonban csak a reakció hatásfokának csekély mértékű növelését sikerült elérni. A reaktív rétegfelhordást egyenáramú üzemmód mellett porlasztás révén eddig csak nagyon kis kondenzációs arány mellett sikerült megvalósítani. Még a plazmatron típusú, nagy hatásfokú porlasztóforrások alkalmazása esetén is meglehetősen alacsony, 0,01 ... 0,1 «rn/perc tartományba esnek a vegyületek kondenzációs arányának maximális értékei. Célunk a találmánnyal a technika állásához tartozó megoldások hiányosságainak kiküszöbölése és megfelelő berendezés kidolgozása elektromosan vezető céltárgy reakciógázban történő porlasztása általi reaktív rétegfelhordásra. A találmány által megoldandó feladat olyan berendezés létrehozása egyenáramú plazmatronnal történő reaktív rétegfelhordáshoz, amely a reakció hatásfokának, vagyis a vegyi reakció aktiválásának növelése révén kémiai vegyületekből álló rétegek előállítását a plazmatronra jellemző magas kondenzációs arány mellett teszi lehetővé, emellett pedig felépítését tekintve egyszerű kialakítású. A kitűzött feladatot egy plazmatron porlasztóforrással, vele szemben, előnyösen mozgatható módon elrendezett bevonandó tárgyakkal, valamint gázbevezetés segítségével a találmány értelmében azáltal oldjuk meg, hogy a plazmatron porlasztóforrás és a bevonandó tárgyak közötti rétegfelhordási tér elektromosan vezető, a rétegfelhordó berendezés többi részétől elszigetelten elrendezett fallal van körülvéve. A porlasztóforrással szemben a bevonandó tárgyak tartományában egy, a porlasztóforrás céltárgyfelületének legfeljebb háromszorosát kitevő nyílás van kialakítva. A fal és a bevonandó tárgyak illetve azok elektromosan vezető tartóelemei között legalább 5 voltos potenciál-különbség van beállítva, így a bevonandó tárgyak falhoz képesti polaritása pozitív, a fal nyílása pedig a bevonandó tárgyak tartományában olyan kicsi, hogy a negatív töltéshordozók átlagos áramsűrűsége a bevonandó tárgyakon több mint 5 - 1(E3 A/cm2. A találmány szerinti berendezéssel elérhető, hogy a plazmatronos porlasztás általi reaktív rétegfelhordás alatt egyidejűleg kis energiájú negatív töltéshordozók nagyon sűrű árama érje a bevonandó tárgyakat. Ezáltal a plazmatartományban lejátszódó reaktív folyamat aktiválása érhető el a bevonandó tárgyak közelében, főként pedig a bevonandó tárgyak felületén. Az elektronok energiája a potenciálkülönbség növelésével növelhető, ezáltal pedig az elérni kívánt reakció vegyi természetéhez, főleg annak aktiválási energiájához igazítható. Ha nem érjük el a negatív töltéshordozók szükséges áramsűrűségét, akkor az elektromosan vezető fal nyílását a bevonandó tárgyak tartományában fokozatosan addig kell csökkenteni, amíg az átlagos áramsűrűség legalább az 5 • 10“3 A/cm2 értéket el nem éri. A találmány szerinti berendezés egyik célszerű kiviteli alakjánál a bevonandó tárgyak illetve azok elektromosan vezető tartóelemei földelve vannak, amely feszültségforrás pozitív pólusa földelve van. Célszerű lehet azonban olyan megoldás is, ahol az elektromosan vezető fal van földelve, míg a bevonandó tárgyak, illetve azok elektromosan vezető tartóelemei a feszültségforrás pozitív pólusára vannak csatlakoztatva, amely feszültségforrás negatív pólusa földelve van. A találmány szerinti berendezés hatásmechanizmusa alapvetően különbözik a reaktív diódás porlasztástól, ahol a bevonandó tárgyak ugyan szintén pozitívan vannak polarizálva környezetükhöz képest és elektronok felütközéseinek vannak kitéve, ahol azonban az elektronok energiája mintegy két nagyságrenddel nagyobb és ez nem, illetve csak a kisülési teljesítmény változtatásával befolyásolható. A fentiek következtében a reaktív diódás porlasztásnál nem is annyira a reakció aktiválása, mint inkább a bevonandó tárgyak legtöbbször igen zavaró, nagy-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
