DE102019001615A1 - Explosion-based deposition of super-thin layers of hard material within a closed interior - Google Patents

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Abstract

Es wird ein neuartiges plasmagestütztes CVD-Verfahren vorgestellt, bei dem die Energie zur Erzeugung des Plasmas nicht durch elektromagnetische Strahlung in den CVD-Reaktor eingekoppelt wird, sondern durch einen Explosionsvorgang Energie freigesetzt wird, die das Plasma letztendlich erzeugt. Dadurch entsteht innerhalb der Explosionszone ein Plasma mit schichtbildenden und wachstumsfördernden Reaktionsspezies, die mittels der sich von dem Explosionsort ausbreitenden Stoßfront auf die Substratoberfläche auftreffen, wo sich die abzuscheidende Dünnschicht ausbildet.Der Vorteil eines solchen Verfahrens ist eine Schichtabscheidung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne.A novel plasma-assisted CVD method is presented, in which the energy for generating the plasma is not coupled into the CVD reactor by electromagnetic radiation, but rather energy is released by an explosion process, which ultimately generates the plasma. This creates a plasma within the explosion zone with layer-forming and growth-promoting reaction species, which hit the substrate surface by means of the impact front spreading from the explosion site, where the thin layer to be deposited forms. The advantage of such a process is a layer deposition within a very short period of time.

Description

Zusammenfassung:Summary:

Es wird ein neuartiges plasmagestütztes CVD-Verfahren vorgestellt, bei dem die Energie zur Erzeugung des Plasmas nicht durch elektromagnetische Strahlung in den CVD-Reaktor eingekoppelt wird, sondern durch einen Explosionsvorgang Energie freigesetzt wird, die das Plasma letztendlich erzeugt. Dadurch entsteht innerhalb der Explosionszone ein Plasma mit schichtbildenden und wachstumsfördernden Reaktionsspezies, die mittels der sich von dem Explosionsort ausbreitenden Stoßfront auf die Substratoberfläche auftreffen, wo sich die abzuscheidende Dünnschicht ausbildet.
Der Vorteil eines solchen Verfahrens ist eine Schichtabscheidung innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne. A novel plasma-assisted CVD method is presented, in which the energy for generating the plasma is not coupled into the CVD reactor by electromagnetic radiation, but rather energy is released by an explosion process, which ultimately generates the plasma. This creates a plasma within the explosion zone with layer-forming and growth-promoting reaction species, which hit the substrate surface by means of the impact front that spreads from the location of the explosion, where the thin layer to be deposited forms.
The advantage of such a method is layer deposition within a very short period of time.

Einleitung:Introduction:

Der erfindungsgemäße Gegenstand betrifft die Dünnschichttechnologie, genauer die Abscheidung einer superdünnen (wenige Atomlagen dicken) Hartstoffschicht mittels eines Explosionsvorgangs.The subject of the invention relates to thin-film technology, more precisely the deposition of a super-thin (a few atomic layers thick) hard material layer by means of an explosion process.

Stand der Technik:State of the art:

Unter dem Begriff CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition: chemische Gas- oder Dampfphasenabscheidung) versteht man verschiedene Beschichtungsverfahren, bei denen aus der Gas- oder Dampfphase unter Ablauf einer chemischen Reaktion eine dünne Schicht auf ein Substrat abgeschieden werden können.
Unter einem PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition: physikalische Gas- oder Dampfphasenabscheidung) versteht man ein Beschichtungsverfahren, bei dem ohne chemische Reaktion aus der Gas- oder Dampfphase eine Dünnschicht auf ein Substrat abgeschieden wird.
Im Gegensatz zu den PVD-Verfahren muss beim CVD-Prozess zumindest eine chemische Reaktion in der Gas- oder Dampfphase und/oder auf der Substratoberfläche ablaufen. Daher unterscheiden sich beim CVD-Verfahren die Ausgangsstoffe (Precursorgase) von den Endprodukten, während beim PVD-Verfahren die Ausgangsstoffe in ihrer chemischen Zusammensetzung bereits den zu synthetisierenden Materialien entsprechen.
Die CVD- und PVD-Verfahren in ihrer heutigen Form wurden in den 1960er Jahren unabhängig von Wissenschaftlern in den USA und der damaligen UdSSR entwickelt.
Zu den PVD-Verfahren gehören Verdampfen, Sputtern (physikalisches Zerstäuben), das lon-Plating- und das IBAD-(lon Beam Assisted Deposition)-Verfahren.
Bei den CVD-Verfahren unterscheidet man zwischen thermochemischen Verfahren wie Hot-Filement-Verfahren und Flammen-CVD-Verfahren und den Plasma-CVD-Verfahren (PECVD: Plasma-Enhanced CVD) wie ECR-(Electron Cyclotron-Resonance)-Verfahren, Plasmajet, MW-(Microwave)-CVD und HF-(High Frequency)-CVD, CCP-(Capacitive-Coupled-Plasma)-CVD und ICP-(Inductive-Coupled-Plasma)-CVD. Die einzelnen CVD-Verfahren unterscheiden sich hauptsächlich hinsichtlich ihrer externen Energieeinkopplung.
Bei den thermochemischen CVD-Verfahren werden die Precursorgase im Reaktor thermisch zersetzt, während sie bei den Plasma-CVD-Verfahren im Plasma zersetzt werden.
Bis heute sind dem Antragssteller nur wenige CVD-Verfahren bekannt, bei dem die Energieeinkopplung durch einen Explosionsvorgang geschieht.
Theoretisch wäre es auch denkbar, Energie mittels Reibung, akustischen Schallwellen, Radioaktivität u.a. in die Precursorgase einzukoppeln und auf diese Weise ein Plasma zu erzeugen.The term CVD process (Chemical Vapor Deposition: chemical gas or vapor phase deposition) means various coating processes in which a thin layer can be deposited on a substrate from the gas or vapor phase while a chemical reaction is taking place.
A PVD process (Physical Vapor Deposition: physical gas or vapor phase deposition) is a coating process in which a thin layer is deposited on a substrate from the gas or vapor phase without a chemical reaction.
In contrast to the PVD process, at least one chemical reaction in the gas or vapor phase and / or on the substrate surface must take place in the CVD process. Therefore, in the CVD process, the starting materials (precursor gases) differ from the end products, while in the PVD process, the chemical composition of the starting materials already corresponds to the materials to be synthesized.
The CVD and PVD processes in their current form were developed in the 1960s independently of scientists in the United States and the then USSR.
The PVD processes include evaporation, sputtering (physical atomization), the lon plating and the IBAD (lon beam assisted deposition) process.
In the CVD process, a distinction is made between thermochemical processes such as hot filing process and flame CVD process and plasma CVD process (PECVD: Plasma Enhanced CVD) such as ECR (Electron Cyclotron Resonance) process, plasma jet , MW- (Microwave) -CVD and HF- (High Frequency) -CVD, CCP- (Capacitive-Coupled-Plasma) -CVD and ICP- (Inductive-Coupled-Plasma) -CVD. The individual CVD processes differ mainly with regard to their external energy coupling.
In the thermochemical CVD processes, the precursor gases are thermally decomposed in the reactor, while in the plasma CVD processes they are decomposed in the plasma.
To date, only a few CVD processes are known to the applicant, in which the energy is coupled in through an explosion process.
Theoretically, it would also be conceivable to couple energy into the precursor gases by means of friction, acoustic sound waves, radioactivity and the like, and thus generate a plasma.

Hauptanwendungsgebiete der CVD-Verfahren ist das Abscheiden von kohlenstoffhaltigen Schichten wie Diamant oder diamantähnliche Schichten (DLC: Diamond-Like Carbon) oder wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten als Funktional-, Korrosion- und/oder Verschleissschutzschichten [1] - [4] oder Anwendungen in der optischen und Halbleiterindustrie, während mit dem PVD-Verfahren Bornitrid-Schichten wie c-BN oder h-BN [5] - [6] oder Aluminium-Oxid-Schichten [7] oder andere anorganische binäre Schichten wie SixNy, SixCy oder NxCy oder (binäre) Halbleiterschichten (III-V- oder II-VI-Halbleiter) abgeschieden werden. Auch im Bereich der integrierten Optik werden PVD-Verfahren eingesetzt [8] - [16].
In der Patentliteratur findet man die folgenden Druckschriften zu dieser Thematik:

  • Die Druckschriften DE 198 08 830 A1 , US 2012/0238440 A1 und US 2008/0132410 A1 beschäftigen sich mit einer explosionsbasierten Abscheidung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen (carbon nanotubes).
  • Die Druckschriften JP 000S62109959 A und JP 000S57110663 A und [17] behandeln die sogenannte Wire Explosion Spraying Methode sowie ihre Anwendungen.
The main areas of application of the CVD process are the deposition of carbon-containing layers such as diamond or diamond-like layers (DLC: Diamond-Like Carbon) or hydrogen-containing carbon layers as functional, corrosion and / or wear protection layers [1] - [4] or applications in optical and Semiconductor industry, while with the PVD process boron nitride layers such as c-BN or h-BN [5] - [6] or aluminum oxide layers [7] or other inorganic binary layers such as Si x N y , Si x C y or N x C y or (binary) semiconductor layers (III-V or II-VI semiconductors) are deposited. PVD processes are also used in the field of integrated optics [8] - [16].
The following publications on this subject can be found in the patent literature:
  • The pamphlets DE 198 08 830 A1 , US 2012/0238440 A1 and US 2008/0132410 A1 deal with an explosion-based deposition of carbon nanotubes.
  • JP 000S62109959 A and JP 000S57110663 A and [17] treat the so-called wire explosion spraying method and its applications.

Aufgabenstellung:Task:

Es wird ein Verfahren vorgestellt, bei dem innerhalb kürzester Zeit quasi explosionsartig, d.h. mittels einer Explosion, die Oberfläche eines Substrates und/oder die Innenseiten eines im wesentlichen geschlossenen Innenraums mit einer superdünnen Hartstoffschicht beschichtet wird.A method is presented in which within a very short time quasi explosively, i.e. by means of an explosion, the surface of a substrate and / or the inside of an essentially closed interior is coated with a super-thin hard material layer.

Prinzipieller Lösungsweg: Basic solution:

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels eines kurzzeitig andauernden Explosionsvorgangs kurzzeitig (und räumlich eng begrenzt) ein Hochdruck- und Hochtemperaturplasma erzeugt, welches sich weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht befindet. Im Gegensatz zu üblichen CVD/PVD-Verfahren wird das Plasma aber nicht durch Mikrowellen oder Hochfrequenzstrahlung, die entweder kapazitiv oder induktiv eingekoppelt werden, oder mittels ECR oder mittels hot wire erzeugt, sondern durch einen kurzzeitig andauernden Explosionsvorgang.
Innerhalb der Explosionszone können daher schichtbildende und wachstumsfördernde Reaktionsspezies sowie entsprechende Zwischen- und Endprodukte durch chemische Reaktionsvorgänge entstehen, die nur weit außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts ablaufen können. Da sich die Explosion mittels einer Stoßfront wie eine Kugelwelle von einem näherungsweise punktförmigen Explosionsort ausbreitet, breiten sich mit der Stoßfront entsprechend auch diese schichtbildenden und wachstumsfördernden Reaktionsspezies aus. Diese treffen dann nach kurzer Zeit auf die Oberfläche der Innenwandung der Explosionskammer, um dort unter geeigneten Prozessbedingungen (Prozessparameter: Druck und Temperatur, zeitabhängiger und räumlicher Verlauf des Druck- und Temperaturgradienten, Explosionsdauer, Ausgangsprecursor u.a.; weitere Randbedingungen: geometrische Form, Position und Abmessung der Explosionskammer und des Explosionsortes, Material, aus welchem die Explosionskammer und das Abscheidesubstrat besteht u.a.) die gewünschte Dünnschicht zu bilden. Aufgrund der Kürze der Explosion im Milli- oder Mikrosekundenbereich können sich lediglich nur wenige Atomlagen abscheiden, so dass eine superdünne Hartstoffschicht entsteht. Falls notwendig, lässt sich diese Prozedur wiederholen, bis eine Schicht entsteht, die die gewünschte Dicke besitzt.
Wegen des hohen Drucks, der während des Explosionsvorganges entsteht, ist zu erwarten, dass eventuell weiche Schichtkomponenten oder schlecht haftende Schichtkomponenten durch die Explosion schlicht „weggeblasen“ werden, so dass durch einen solch Selektionsprozess nur harte und gut anhaftende Schichtkomponenten übrigbleiben.
Ein Hauptvorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine schnelle Schichtabscheidung in kürzester Zeit und bezogen auf die Prozessdauer mit einer hohen Schichtwachstumsrate.In the method according to the invention, a short-term (and spatially limited) explosion pressure generates a high-pressure and high-temperature plasma, which is far from the thermodynamic equilibrium, by means of a briefly lasting explosion process. In contrast to conventional CVD / PVD processes, the plasma is not generated by microwaves or high-frequency radiation, which are either coupled in capacitively or inductively, or by means of ECR or by means of hot wire, but by a short-term explosion process.
Within the explosion zone, layer-forming and growth-promoting reaction species as well as corresponding intermediate and end products can result from chemical reaction processes that can only take place far outside of the thermodynamic equilibrium. Since the explosion spreads from an approximately point-shaped explosion location like a spherical wave by means of a shock front, these layer-forming and growth-promoting reaction species also spread with the shock front. After a short time, these then hit the surface of the inner wall of the explosion chamber in order to process them under suitable process conditions (process parameters: pressure and temperature, time-dependent and spatial course of the pressure and temperature gradient, explosion duration, exit precursor, etc.; other boundary conditions: geometric shape, position and dimensions the explosion chamber and the explosion location, material from which the explosion chamber and the deposition substrate consist, among other things) to form the desired thin layer. Due to the shortness of the explosion in the millisecond or microsecond range, only a few atomic layers can be deposited, so that a super-thin hard material layer is created. If necessary, this procedure can be repeated until a layer has the desired thickness.
Due to the high pressure that arises during the explosion process, it can be expected that possibly soft layer components or poorly adhering layer components are simply “blown away” by the explosion, so that only hard and well adhering layer components remain through such a selection process.
A main advantage of the method according to the invention is rapid layer deposition in the shortest possible time and in relation to the process duration with a high layer growth rate.

Konkrete Ausführungsbeispiele:Specific examples:

Vorrichtung:Contraption:

Die Vorrichtung 1 besteht aus einer vorzugsweise im Wesentlichen kugelförmigen explosionsfesten Kammer 2 , im Folgenden kurz Explosionskammer 2 genannt. Alternativ kann diese auch eine Zylinderform mit einem kreisförmigen Querschnitt besitzen. Optional kann die Explosionskammer auch eine beliebig andere Form haben, beispielsweise Kastenform, Würfelform oder Quaderform; sie muss nur den bei dem Explosionsvorgang entstehenden Explosionsdruck widerstehen können. Demzufolge muss sie aus einem explosionsfesten Material wie bspw. (Edel)stahl, Beton oder Kompositematerial wie CFK oder GFK mit einer ausreichenden Wandstärke gefertigt werden, eventuell mit entsprechenden Verstärkungen.
Näherungsweise befindet sich der punktförmige Explosionsort im Mittelpunkt der Kugel bzw. des Kreises der Querschnittsform der zylindrischen Explosionskammer.
Die Schichten werden entweder auf den Innenflächen der Explosionskammer 2 oder auf einem ebenen oder gebogenen Substrat abgeschieden, der auf einem Substrathalter 3 innerhalb der Explosionskammer 2 gehaltert wird. Die Positionierung und Fixierung des Substrates auf dem Substrathalter 3 kann mechanisch durch Klemmen, Quetschen, Verriegeln oder mittels mehrerer Stifte o.a. realisiert werden, vorausgesetzt, sie hält dem Explosionsdruck stand.
Die Kammer ist mit mehreren Zuleitungen 4a,b versehen, die zur Zuführung der Precursorgase ausgebildet sind. Je nach Art der Abscheidung handelt es sich hierbei um mindestens eine Zuleitung 4a, es können aber auch zwei oder mehr als zwei Zuleitungen 4a,b sein, die über einen Flow-Controller (in 1 nicht gezeigt) die Zuleitung der einzelnen Precursorgase in die Explosionskammer 2 unabhängig voneinander regeln und somit die Zuführung der einzelnen Precursorgase in die Explosionszone unabhängig voneinander dosieren können.
Bei den Precursorgase kann es sich beispielsweise um die folgenden Gassorten handeln [18]:

  1. 1.) Bei Abscheidung von Diamanten, diamantähnlichen Schichten (DLC) oder allgemein kohlenstoffhaltige Schichten wie Graphit oder Kohlenwasserstoffhaltige Schichten kann die erste Zuleitung 4a Wasserstoff und die zweite Zuleitung 4b einen kohlenstoffhaltigen Precursor wie Methan, Ethin oder Acetylen transportieren und in die Explosionskammer 2 einleiten.
  2. 2.) Bei Abscheidung von kubischen, hexagonalen oder amorphen Bornitridschichten kann die erste Zuleitung 4a Bortrifluorid und die zweite Zuleitung 4b molekularen Stickstoff transportieren und in die Explosionskammer 2 einleiten.
  3. 3.) Bei Abscheidung einer Siliziumnitrid-Schicht kann in der ersten Zuleitung 4a Ammoniak und in der zweiten Zuleitung 4b Dichlorsilan transportiert werden und in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden.
  4. 4.) Bei der Abscheidung von Metallschichten können in der ersten Zuleitung 4a metallorganische Komplexverbindungen transportiert werden und in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden.
  5. 5.) Bei der Abscheidung von Metall/Silizium-Hybriden (Siliciden) kann in der ersten Zuleitung 4a Wolframhexafluorid transportiert werden und in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden.
  6. 6.) Bei der Abscheidung von Titannitridschichten kann in der ersten Zuleitung 4a Tetrakis(dimethylamino)titan transportiert und in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden.
  7. 7.) Bei Abscheidung von Zinnoxid-Schichten kann in der ersten Zuleitung 4a Zinn-Chlorid oder Zinn-organische Verbindungen und in der zweiten Zuleitung 4b Sauerstoff oder Wasserdampf transportiert und in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden.
  8. 8.) Bei der Abscheidung von Siliziumkarbid-Schichten wird in der ersten Zuleitung 4a Methyl-Trichlor-Silan und in der zweiten Zuleitung 4b Wasserstoff transportiert und in die Explosionskammer 2 eingeleitet.
  9. 9.) Bei der Abscheidung von III-V- oder II-VI-Halbleiterschichten können entsprechende organische Komplexverbindungen mit dem Halbleiteratom als Zentralteilchen und passenden organischen Liganden in den Zuleitungen 4 transportiert werden.
  10. 10.) Bei der Fluorierung werden fluorierte Precursorgase wie F2, BF3, NF3, CF4, CnF2n+2, SiF4, SinF2n+2, HF u.a. durch die Zuleitungen 4 in die Explosionskammer 2 geführt. Durch den Explosionsvorgang werden die fluorierten Precursormoleküle defragmentiert und elementares Fluor und/oder fluorhaltige Spezies freigesetzt, welche sehr reaktiv sind. Diese treffen dann auf das auf dem Substrathalter befestigte zu fluorierende Material. Analoges gilt auch für die Chlorierung, iodierung und Bromierung; dann müssen entsprechend chlorierte, iodierte und bromierte Precursormaterialien durch die Zuleitungen 4 in die Explosionskammer 2 eingeleitet werden, wie z.B. Cl2, I2, Br2, BCl3, Bl3, BBr3, CnCl2n+2, CnI2n+2, CnBr2n+2, SinCl2n+2, SinI2n+2, SinBr2n+2, HCl, Hl, HBr etc.

Auch gemischte halogenisierte Precursormaterialien können verwendet werden wie beispielsweise BF2Cl, CnF2nI2 etc. Je nach Anteil der einzelnen Halogene an den Precursormaterialien kann dann eine hybride Halogenisierung des auf dem Substrathalter befestigten und zu halogenisierenden Materials erreicht werden; beispielsweise bei einem Precursormaterial CnFn+1Cln+1 kann gleichzeitig eine Fluorierung und Chlorierung des zu halogenisierenden Materials im Verhältnis 1:1 erreicht werden. Dasselbe kann erreicht werden, wenn man zwei verschiedene Precursormaterialien wie HF und HCl oder CnF2n+2 und CnCl2n+2 im Mengenverhältnis 1:1 durch die Zuleitungen 4 in die Explosionskammer 2 einleitet.The device 1 consists of a preferably substantially spherical, explosion-proof chamber 2nd , in the following briefly the explosion chamber 2nd called. Alternatively, it can also have a cylindrical shape with a circular cross section. Optionally, the explosion chamber can also have any other shape, for example box shape, cube shape or cuboid shape; it only has to be able to withstand the explosion pressure arising during the explosion process. As a result, it must be made of an explosion-proof material such as (stainless steel), concrete or composite material such as CFRP or GFRP with sufficient wall thickness, possibly with appropriate reinforcements.
The point-shaped explosion location is approximately in the center of the sphere or the circle of the cross-sectional shape of the cylindrical explosion chamber.
The layers are either on the inner surfaces of the explosion chamber 2nd or deposited on a flat or curved substrate on a substrate holder 3rd inside the explosion chamber 2nd is held. The positioning and fixing of the substrate on the substrate holder 3rd can be realized mechanically by clamping, squeezing, locking or by means of several pins or the like, provided that it can withstand the explosion pressure.
The chamber has several supply lines 4a , b provided, which are designed to supply the precursor gases. Depending on the type of separation, this is at least one supply line 4a , but it can also be two or more than two leads 4a , b be using a flow controller (in 1 not shown) the supply of the individual precursor gases into the explosion chamber 2nd regulate independently of one another and thus can meter the supply of the individual precursor gases into the explosion zone independently of one another.
The precursor gases can be, for example, the following types of gas [18]:
  1. 1.) When depositing diamonds, diamond-like layers (DLC) or generally carbon-containing layers such as graphite or hydrocarbon-containing layers, the first feed line can be used 4a Hydrogen and the second supply line 4b transport a carbon-containing precursor such as methane, ethyne or acetylene and into the explosion chamber 2nd initiate.
  2. 2.) When depositing cubic, hexagonal or amorphous boron nitride layers, the first feed line can be used 4a Boron trifluoride and the second feed line 4b transport molecular nitrogen and into the explosion chamber 2nd initiate.
  3. 3.) When depositing a silicon nitride layer in the first lead 4a Ammonia and in the second feed line 4b Dichlorosilane are transported and into the explosion chamber 2nd be initiated.
  4. 4.) When depositing metal layers in the first feed line 4a organometallic complex compounds are transported and into the explosion chamber 2nd be initiated.
  5. 5.) When depositing metal / silicon hybrids (silicides) can in the first feed line 4a Tungsten hexafluoride are transported and into the explosion chamber 2nd be initiated.
  6. 6.) When depositing titanium nitride layers in the first lead 4a Tetrakis (dimethylamino) titanium transported and into the explosion chamber 2nd be initiated.
  7. 7.) When depositing tin oxide layers in the first feed line 4a Tin chloride or tin organic compounds and in the second feed line 4b Oxygen or water vapor is transported and into the explosion chamber 2nd be initiated.
  8. 8.) When depositing silicon carbide layers in the first lead 4a Methyl trichloro silane and in the second feed line 4b Hydrogen is transported and into the explosion chamber 2nd initiated.
  9. 9.) When III-V or II-VI semiconductor layers are deposited, corresponding organic complex compounds with the semiconductor atom as central particles and suitable organic ligands in the feed lines can be used 4th be transported.
  10. 10.) During fluorination, fluorinated precursor gases such as F 2 , BF 3 , NF 3 , CF 4 , C n F 2n + 2 , SiF 4 , Si n F 2n + 2 , HF are inter alia through the feed lines 4th into the explosion chamber 2nd guided. The explosion process defragments the fluorinated precursor molecules and releases elemental fluorine and / or fluorine-containing species, which are very reactive. These then hit the material to be fluorinated attached to the substrate holder. The same applies to chlorination, iodination and bromination; then correspondingly chlorinated, iodinated and brominated precursor materials must pass through the feed lines 4th into the explosion chamber 2nd such as Cl 2 , I 2 , Br 2 , BCl 3 , Bl 3 , BBr 3 , C n Cl 2n + 2 , C n I 2n + 2 , CnBr 2n + 2 , Si n Cl 2n + 2 , Si n I 2n + 2 , Si n Br 2n + 2 , HCl, Hl, HBr etc.

Mixed halogenated precursor materials can also be used, for example BF 2 Cl, C n F 2n I 2 etc. Depending on the proportion of the individual halogens in the precursor materials, hybrid halogenation of the material attached to the substrate holder and to be halogenated can then be achieved; for example, in the case of a precursor material C n F n + 1 Cl n + 1 , fluorination and chlorination of the material to be halogenated can be achieved in a ratio of 1: 1. The same can be achieved by passing two different precursor materials such as HF and HCl or C n F 2n + 2 and C n Cl 2n + 2 in a 1: 1 ratio through the feed lines 4th into the explosion chamber 2nd initiates.

Soll die abzuscheidende Schicht mit einem Dotierungsmittel versehen werden, dann kann dieses dadurch realisiert werden, dass entsprechende Verbindungen, beispielsweise Komplexverbindungen mit dem Dotierungsmittel als Zentralteilchen und den dazu passenden Liganden, durch eine zusätzliche Zuleitung 4c (in 1 nicht gezeigt) der Explosionskammer zugeführt wird. Im Allgemeinen halten Komplexverbindungen einen Explosionsvorgang nicht stand, so dass dadurch das Zentralteilchen freigesetzt wird und somit mit in die Schicht eingebaut werden kann.If the layer to be deposited is to be provided with a dopant, this can be achieved in that corresponding compounds, for example complex compounds with the dopant as central particles and the matching ligands, by an additional feed line 4c (in 1 not shown) is supplied to the explosion chamber. In general, complex compounds do not withstand an explosion process, so that the central particle is released and can therefore be incorporated into the layer.

Optional kann man über eine weitere Zuleitung 4d (in 1 nicht gezeigt) auch ein Edelgas wie Helium, Neon, Argon oder Xenon in die Explosionskammer 2 einleiten, um die Plasmaeigenschaften des bei der Explosion entstandenen Plasmas zu verbessern.Optionally, you can use another supply line 4d (in 1 not shown) also an inert gas such as helium, neon, argon or xenon into the explosion chamber 2nd initiate to improve the plasma properties of the plasma formed during the explosion.

Die Precursorgase müssen vor dem Explosionsvorgang in die Kammer 2 eingeleitet werden.The precursor gases must enter the chamber before the explosion process 2nd be initiated.

Auf der anderen Seite der Explosionskammer 2 befindet sich mindestens eine Abführleitung 5, die dazu ausgebildet ist, die entstandenen gasförmigen Explosionsüberreste aus der Kammer abzuleiten. Die Abführleitung kann zu einer Filtereinheit und/oder Kühlfalle bzw. Waschflasche (in 1 nicht gezeigt) führen, um eventuell bei der Explosion entstandene toxische und/oder umweltschädliche Verbindungen herauszufiltern oder heraus zu waschen. Als Pumpen können jegliche Arten von Pumpen wie Membranpumpe oder Drehschieberpumpe eingesetzt werden (in 1 nicht gezeigt).
Zusätzlich kann in der Wand der Explosionskammer ein Druckventil installiert werden, der den während des Explosionsvorgangs entstandenen Überdruck abführen kann (in 1 nicht gezeigt). Optional kann die Abführleitung 5 diese Aufgabe mit übernehmen.On the other side of the explosion chamber 2nd there is at least one discharge line 5 , which is designed to discharge the resulting gaseous explosion remains from the chamber. The discharge line can lead to a filter unit and / or cold trap or wash bottle (in 1 not shown) in order to filter out or wash out any toxic and / or environmentally harmful compounds that may have arisen during the explosion. All types of pumps such as diaphragm pumps or rotary vane pumps can be used as pumps (in 1 Not shown).
In addition, a pressure valve can be installed in the wall of the explosion chamber, which can discharge the excess pressure created during the explosion process (in 1 Not shown). The discharge line can optionally be used 5 take on this task.

Zusätzlich zu den Precursor-Zuleitungen 4 werden noch zwei weitere Zuleitungen 6a und 6b implementiert, die zum Einleiten der die gezielte Explosion auslösenden Gase ausgebildet sind, im Folgenden kurz Explosionsgaszuleitungen 6a,b genannt. Diese beiden Zuleitungen 6a und 6b erstrecken sich von der Wandungsoberfläche der kugelförmigen Explosionskammer 2 hin zu ihrem Mittelpunkt, wobei sie beispielsweise von entgegengesetzten Richtungen kommend aufeinanderstoßen können. Genau an dieser Stelle treffen die beiden offenen Enden der Explosionsgaszuleitungen 6a und 6b aufeinander, so dass nur ein geringer Abstand diese voneinander trennt. Nun können von beiden Seiten die explosionsauslösenden Gase in die Explosionskammer eingeleitet werden, indem diese aus den offenen Enden der beiden Explosionsgaszuleitungen 6a und 6b austreten und dort aufeinandertreffen. Das Auslösen der Explosion kann entweder durch einen Laser oder durch die Exploding Wire Method initiiert werden. Im letzten Fall wird der entsprechende Draht bzw. die Drahtwendel 7 zwischen die beiden Spitzen der Explosionsgaszuleitungen 6a,b so positioniert, dass er direkt im Gasstrom der beiden Explosionsgase liegt, die sich gegenseitig an- oder umströmen. Die Drahtwendel 7 ist mit einer Spannungsversorgung U verbunden. Beim Einschalten der Spannung fließt ein Strom, und es kommt zu einem Zerbersten der aufgeheizten, glühenden Drahtwendel, was letztendlich die gewünschte (Knallgas-)Explosion auslöst. Durch das Zerbersten der Drahtwendel 7 entstehen auch Metallnanopartikel, die eventuell in die abgeschiedene Schicht beispielsweise als Dotierungsmittel mit eingebaut werden können.In addition to the precursor feed lines 4th are two more leads 6a and 6b implemented, which are designed to introduce the gases triggering the targeted explosion, in the following briefly explosion gas supply lines 6a , called b. These two leads 6a and 6b extend from the wall surface of the spherical explosion chamber 2nd towards their center point, where they can meet, for example, coming from opposite directions. This is exactly where the two open ends of the explosion gas supply lines meet 6a and 6b on each other, so that only a short distance separates them. Now the explosion-triggering gases can be introduced into the explosion chamber from both sides by removing them from the open ends of the two explosion gas supply lines 6a and 6b exit and meet there. The triggering of the explosion can be initiated either by a laser or by the Exploding Wire Method. In the latter case, the corresponding wire or wire helix 7 between the two tips of the explosion gas supply lines 6a , b positioned so that it lies directly in the gas flow of the two explosion gases that flow towards or around each other. The wire coil 7 is with a power supply U connected. When the voltage is switched on, a current flows and the heated, glowing wire coil bursts, which ultimately triggers the desired (detonating gas) explosion. By the wire coil bursting 7 Metal nanoparticles also arise, which can possibly be incorporated into the deposited layer, for example as a dopant.

Bei der Explosion kann es sich um eine Knallgasexplosion handeln. In diesem Fall wird durch die eine Explosionsgaszuleitung 6a Wasserstoff und durch die zweite Explosionsgaszuleitung 6b Sauerstoff in die Explosionskammer 2 mit dem richtigen Mengenverhältnis zueinander eingeleitet. Optional kann auch Methan anstelle von oder zusätzlich zu Wasserstoff zugegeben werden, zum einen zum Zwecke der Explosion, zum anderen zum Zwecke als zusätzlicher Precusor (siehe auch folgenden Absatz). Im Falle einer Chlorknallgasreaktion wird anstelle von Sauerstoff molekulares Chlor zugegeben.
In einem weiterführenden gesonderten Ausführungsbeispiel können die Explosionsgase auch als Precursorgase fungieren, oder die Precursorgase oder weitere zusätzliche Precursorgase können zusätzlich oder ausschließlich durch die Explosionsgaszuleitungen 6a,b in die Explosionskammer 2 geleitet werden.
In einer weiteren speziellen Ausführungsform müssen die Zuleitungen 4a,b, die Abführleitungen 5 und die Explosionsgaszuleitungen 6a,b nicht unbedingt bis in die Mitte der Explosionskammer 2 reichen, sondern es genügt, wenn die Zuleitungen 4a,b, die Abführleitungen 5 und die Explosionsgaszuleitungen 6a,b nur als Einlauf ausgestaltet werden, die direkt an der Innenwandung der Explosionskammer 2 enden und so in diese einmünden, ohne überzustehen (2). Dadurch wird das Risiko reduziert, dass diese im Falle der Explosion deformiert werden. Die beiden Zuleitungen 4a,b müssen nicht unbedingt diametral entgegengesetzt angeordnet sein, wie in 1 gezeigt, sondern können auch in einem beliebigen Winkel oder auch parallel mit einem geringen Abstand zueinander angeordnet sein, wie in 2 gezeigt. Man muss aber berücksichtigen, dass dadurch auch der Ort der Explosion verändert wird und damit auch die Ausbreitungsrichtungen und - charakteristik der Stoßwelle. Der Explosionszündungsmechnismus muss dann auch entsprechend umgestaltet werden. Wenn beispielsweise die Form der Explosionskammer 2 ellipsenförmig ist und der Ort der Explosion befindet sich in einem ersten Brennpunkt der Ellipse, so wird die Stoßfront der Explosion auf den anderen, zweiten Brennpunkt der Ellipse fokussiert (3). Wenn der Substrathalter mit dem zu beschichteten Substrat sich in dem zweiten Brennpunkt der Ellipse befindet, dann wird er dort mit der maximalen Konzentration von defragmentierten Precursormolekülen beaufschlagt.
Alternativ kann auch ein Laser als Explosionszündungsvorrichtung verwendet werden. Dabei wird ein Laser mit geeigneter Wellenlänge außerhalb der Explosionskammer 2 positioniert (in 1 nicht gezeigt), so dass durch ein für die Wellenlänge des Lasers transparentes explosionsresistentes Glasfenster, eingebaut in der Wandung der Explosionskammer 2, der Laserstrahl in die Explosionskammer 2 eingekoppelt werden kann. Durch entsprechende Optiken zur Laserstrahlführung und -formung wird der Laserstrahl im Mittelpunkt der Kammer 2 am vorgegebenen Explosionsort fokussiert. Neben dem geeigneten Betriebsmodus (cw- oder Pulsbetrieb) und der geeigneten Wellenlänge sind die richtigen Strahlungsparameter wie Fluenz / Intensität / Laserstrahlleistung, Pulsdauer, Repetitionsrate, gesamte eingekoppelte Energiedosis, absolute Pulszahl etc. zu wählen.
Zur Überwachung des Explosionsvorgangs und des gesamten Abscheidungsprozesses können in der Explosionskammer 2 bzw. in deren Wandung verschiedene Detektoren wie Druck- und Temperatursensoren sowie chemische Gassensoren als auch optische Spektrometer zum Erfassen der Emissionslinien des Plasmas, Massenspektrometer (QMS) und weitere Analyseinstrumente zur Plasmadiagnostik und Schichtcharakterisierung und andere Vorrichtungen wie Videokamera oder Interferenzvorrichtungen zur Bestimmung der Schichtwachstumsgeschwindigkeit u.a. installiert werden. Der Prozess lässt sich somit online überwachen, indem die Prozessparameter erfasst, registriert und dokumentiert werden, um damit die Prozessparameter und letztendlich den Prozess selber zu optimieren.The explosion can be an oxyhydrogen gas explosion. In this case there is an explosion gas supply line 6a Hydrogen and through the second explosion gas supply line 6b Oxygen into the explosion chamber 2nd initiated with the correct proportions to each other. Optionally, methane can also be added instead of or in addition to hydrogen, on the one hand for the purpose of explosion, and on the other hand for the purpose of an additional precusor (see also the following paragraph). In the case of a chlorine oxyhydrogen gas reaction, molecular chlorine is added instead of oxygen.
In a further separate exemplary embodiment, the explosion gases can also function as precursor gases, or the precursor gases or further additional precursor gases can additionally or exclusively through the explosion gas supply lines 6a , b into the explosion chamber 2nd be directed.
In a further special embodiment, the feed lines 4a , b, the discharge lines 5 and the explosion gas supply lines 6a , b not necessarily to the middle of the explosion chamber 2nd suffice, but it suffices if the supply lines 4a , b who have favourited Leakage Lines 5 and the explosion gas supply lines 6a , b can only be designed as an inlet, directly on the inner wall of the explosion chamber 2nd end and flow into it without surviving ( 2nd ). This reduces the risk of them being deformed in the event of an explosion. The two supply lines 4a , b need not necessarily be diametrically opposed, as in 1 shown, but can also be arranged at any angle or parallel to each other with a small distance, as in 2nd shown. However, one must take into account that this also changes the location of the explosion and thus also the directions and characteristics of the shock wave. The explosion ignition mechanism must then also be redesigned accordingly. For example, if the shape of the explosion chamber 2nd is elliptical and the location of the explosion is in a first focal point of the ellipse, the impact front of the explosion is focused on the other, second focal point of the ellipse ( 3rd ). If the substrate holder with the substrate to be coated is in the second focal point of the ellipse, then the maximum concentration of defragmented precursor molecules is applied to it.
Alternatively, a laser can also be used as the explosion ignition device. A laser with a suitable wavelength is placed outside the explosion chamber 2nd positioned (in 1 not shown), so that through an explosion-resistant glass window transparent to the wavelength of the laser, built into the wall of the explosion chamber 2nd , the laser beam into the explosion chamber 2nd can be coupled. Appropriate optics for laser beam guidance and shaping make the laser beam the center of the chamber 2nd focused at the specified explosion location. In addition to the suitable operating mode (cw or pulse mode) and the suitable wavelength, the correct radiation parameters such as fluence / intensity / laser beam power, pulse duration, repetition rate, total energy dose coupled in, absolute pulse number etc. must be selected.
To monitor the explosion process and the entire deposition process, you can use the explosion chamber 2nd or in the wall of which various detectors such as pressure and temperature sensors and chemical gas sensors as well as optical spectrometers for detecting the emission lines of the plasma, mass spectrometer (QMS) and further analysis instruments for plasma diagnostics and layer characterization and other devices such as video cameras or interference devices for determining the layer growth rate, etc. are installed become. The process can thus be monitored online by recording, registering and documenting the process parameters in order to optimize the process parameters and ultimately the process itself.

Verfahren zur Dünnschichtabscheidung:

  • Vor dem Explosionsvorgang wird in die Explosionskammer 2 ein Substrat in den Substrathalter 3 eingeführt, auf das die Dünnschichten abgeschieden werden sollen.
  • Anschließend wird die Explosionskammer 2 durch die Abführleitung 5 evakuiert. Alternativ kann auch die Innenwand der Explosionskammer 2 als Abscheidungsoberfläche dienen.
  • Nach dem Verschließen der Explosionskammer 2 werden durch die Zuleitungen 4a,b die Precursorgase in die Explosionskammer 2 eingeleitet. Dabei können während des Explosionsvorganges die Precursorgase strömend fließen (strömungsdynamischer Modus) oder stehen (statischer Modus). Im Fall des Strömungsflusses der Precursorgase kann dieser entweder gepulst oder kontinuierlich erfolgen, wobei bei einem kontinuierlichen Strömungsfluss dieser quasi-stationär oder nicht quasi-stationär ausgebildet sein kann.
  • Dabei kann die Precursorgaszufuhr entweder konstant oder zeitlich variiert werden. Weitere Prozessparameter neben den Strömungsparametern sind der Druck, die Temperatur, die Konzentration und die Menge (Volumen, Masse) der Precursorgase sowie natürlich deren chemische Struktur, Zusammensetzung und Modifikation.
  • Kurz vor dem Explosionsvorgang werden durch die Explosionsgaszuleitungen 6a,b die Explosionsgase der Explosionskammer 2 zugeführt und dann zur Explosion gebracht. Durch den Explosionsvorgang wird eine ausreichende Menge Energie frei, die die in der Explosionskammer vorhandenen Precursorgase aufheizen und thermisch defragmentieren, so dass eine Explosions- oder Plasmaphase entsteht, in der sich verschiedene schichtbildende I und wachstumsfördernde Reaktionsspezies in ionischer und radikaler Form befinden. Die Plasmaphase ist nur von kurzer Dauer, aber in dieser Zeit herrschen sehr hohe Drücke und Temperaturen. Innerhalb der Plasmaphase während des kurzzeitig andauernden Explosionsvorganges können chemische Reaktionen weit außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts ablaufen. Diese unterliegen daher nur den Gesetzen der (Explosions-)kinetik und sind gemäß den Gesetzen der Thermodynamik eigentlich verboten, weswegen sie nur in einem System weit außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts stattfinden können. Die dabei ablaufenden Reaktionen finden entweder in der Plasmaphase und/oder auf der Oberfläche des Substrates im Substrathalter 3 bzw. auf der Innenseite der Explosionskammer 2 statt. Falls die chemischen Reaktionen innerhalb der Plasmaphase ablaufen, so breiten diese sich räumlich mit der Explosionsstoßfront aus, bis diese auf die Oberfläche des Substrats im Substrathalter 3 oder auf die Oberfläche der Innenseite der Explosionskammer 2 auftrifft. Die während des Explosionsvorganges so entstandenen Endprodukte werden dann auf der Oberfläche des Substrathalters 3 oder auf der Innenseite der Explosionskammer 2 abgeschieden.
  • Es steht dem Fachmann frei, während des Explosionsvorganges die Precursorzufuhr zu unterbrechen oder weiterlaufen zu lassen. Im letzten Fall kann die Precursorzufuhr auch zeitlich verändert werden.
  • Nach Ablauf des Explosionsvorganges können die noch verbliebenen Restgase mittels Pumpen durch die Abführleitung 5 entfernt werden.
Thin film deposition process:
  • Before the explosion process is in the explosion chamber 2nd a substrate in the substrate holder 3rd introduced, on which the thin layers are to be deposited.
  • Then the explosion chamber 2nd through the discharge line 5 evacuated. Alternatively, the inner wall of the explosion chamber 2nd serve as a deposition surface.
  • After closing the explosion chamber 2nd are through the leads 4a , b the precursor gases into the explosion chamber 2nd initiated. During the explosion process, the precursor gases can flow in a flowing manner (fluid dynamic mode) or stand still (static mode). In the case of the flow flow of the precursor gases, this can be either pulsed or continuous, and in the case of a continuous flow flow this can be quasi-stationary or non-quasi-stationary.
  • The precursor gas supply can be varied either constantly or over time. Other process parameters in addition to the flow parameters are the pressure, the temperature, the concentration and the amount (volume, mass) of the precursor gases as well as their chemical structure, composition and modification.
  • Shortly before the explosion process through the explosion gas supply lines 6a , b the explosion gases of the explosion chamber 2nd fed and then detonated. The explosion process releases a sufficient amount of energy, which the precursor gases in the explosion chamber heat up and thermally defragment, creating an explosion or plasma phase in which various layer-forming I and growth-promoting reaction species are in ionic and radical form. The plasma phase is short-lived, but during this time there are very high pressures and temperatures. During the plasma phase during the short-term explosion process, chemical reactions can take place far outside the thermodynamic equilibrium. These are therefore only subject to the laws of (explosion) kinetics and are actually prohibited according to the laws of thermodynamics, which is why they can only take place in a system far outside of the thermodynamic equilibrium. The reactions taking place take place either in the plasma phase and / or on the surface of the substrate in the substrate holder 3rd or on the inside of the explosion chamber 2nd instead of. If the chemical reactions take place within the plasma phase, they spread out spatially with the explosion shock front until it reaches the surface of the substrate in the substrate holder 3rd or on the surface of the inside of the explosion chamber 2nd hits. The end products thus created during the explosion process are then on the surface of the substrate holder 3rd or on the inside of the explosion chamber 2nd deposited.
  • The person skilled in the art is free to interrupt the precursor supply during the explosion process or to let it continue to run. In the latter case, the precursor feed can also be changed over time.
  • After the explosion process, the remaining gases can be pumped through the discharge line 5 be removed.

Ausblick:Outlook:

Das erfindungsgemäße Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung ist nicht nur zur Abscheidung von superdünnen Hartstoffschichten geeignet, sondern das Verfahren bzw. die Vorrichtung kann auch zum Reinigen, Ätzen, Passivieren, Beizen und/oder Modifizieren von verschiedenen Substratoberflächen eingesetzt werden.
Auch Schockhärtung von Substraten (beispielswiese durch die mittels des Explosionsvorgangs induzierte Verwerfung und Versatz der Kristallstruktur) kann ein erwünschter Nebeneffekt sein.
Auch Kombinationen zwischen den einzelnen Anwendungen wie beispielsweise gleichzeitige Dünnschichtabscheidung und Schockhärtung mit gleichzeitiger Reinigung der Oberfläche sind bei geeigneten Prozessparametern denkbar.
Welche Möglichkeiten sich bieten, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtung auch Weichstoffschichten wie amorphe Polymerschichten (Plasmapolymere sowie insbesondere aromatische Polymere mit einem stabilen Ringsystem wie bspw. Polythiophen) zu erzeugen, ist noch Gegenstand weiterer Untersuchungen.
Weiter muss noch geklärt werden, ob die Beschichtung von Hinterschneidungen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung / Verfahren möglich ist. Dabei wird angenommen, dass die Stoßwellenfront an den Wandungen vor der Hinterschneidung reflektiert werden kann.The method according to the invention and the associated device are not only suitable for the deposition of super-thin hard material layers, but the method and the device can also be used for cleaning, etching, passivating, pickling and / or modifying various substrate surfaces.
Shock hardening of substrates (for example due to the warping and displacement of the crystal structure induced by the explosion process) can also be a desired side effect.
Combinations between the individual applications, such as simultaneous thin-film deposition and shock hardening with simultaneous cleaning of the surface, are also conceivable with suitable process parameters.
The possibilities of generating soft material layers such as amorphous polymer layers (plasma polymers and in particular aromatic polymers with a stable ring system such as polythiophene) with the method or device according to the invention are still the subject of further studies.
It must also be clarified whether the coating of undercuts is possible using the device / method according to the invention. It is assumed that the shock wave front can be reflected on the walls before the undercut.

BezugszeichenlisteReference list

11
Vorrichtungcontraption
22nd
ExplosionskammerExplosion chamber
33rd
SubstrathalterSubstrate holder
4a, 4b4a, 4b
Zuleitungen für die PrecursorgaseSupply lines for the precursor gases
55
AbführleitungDischarge line
6a, 6b6a, 6b
ExplosionsgaszuleitungenExplosion gas supply lines
77
DrahtwendelWire helix
UU
SpannungsversorgungPower supply

FigurenlisteFigure list

  • 1: Aufbau eines CVD-Explosionsreaktors zur Abscheidung von harten Dünnschichten mittels eines Explosionsvorganges 1 : Construction of a CVD explosion reactor for the deposition of hard thin layers by means of an explosion process
  • 2: Weitere Ausführungsform des CVD-Explosionsreaktors mit modifiziertem Zu- und Abführleitungen der Precursor- und Explosionsgase 2nd : Another embodiment of the CVD explosion reactor with modified inlet and Leakage lines for the precursor and explosion gases
  • 3: Weitere spezielle Ausführungsform des CVD-Explosionsreaktors mit ellipsenförmigem Querschnitt 3rd : Another special embodiment of the CVD explosion reactor with an elliptical cross section

Literatur:Literature:

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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (2)

Vorrichtung 1 zur explosionsbasierten Abscheidung von superdünnen Hartstoffschichten umfassend: - eine vorzugsweise kugelförmige Explosionskammer 2, - einen sich darin befindlichen Substrathalter 3, - mindestens eine Zuleitung 4a für Precursorgase, - eine Abführleitung 5, - zwei Explosionsgaszuleitungen 6a,b, - zwischen denen als Explosionszündungseinrichtung entweder ein Drahtwendel 7 mitsamt Spannungsversorgung U installiert ist oder als Explosionszündungseinrichtung ein Laser installiert ist, der auf dem Bereich zwischen den beiden Öffnungen der Explosionsgaszuleitungen 6a,b fokussiert ist.Device 1 for the explosion-based deposition of super-thin hard material layers comprising: a preferably spherical explosion chamber 2, a substrate holder 3 located therein, at least one feed line 4a for precursor gases, a discharge line 5, two explosion gas supply lines 6a, b, - Between which either a wire coil 7 together with the voltage supply U is installed as the explosion ignition device or a laser is installed as the explosion ignition device, which is focused on the area between the two openings of the explosion gas supply lines 6a, b. Explosions-CVD-Verfahren zur Abscheidung von superdünnen Hartstoffschichten umfassend die folgenden Arbeitsschritte - Einsetzen eines Substrates in den Substrathalter 3 befindlich in der Explosionskammer 2 - Evakuieren der Explosionskammer 2 mittels der Abführleitung 5 - Einleitung der Precursorgase in die Explosionskammer 2 durch die Zuleitungen 4a,b - Einleitung der Explosionsgase in die Explosionskammer 2 durch die Explosionsgaszuleitungen 6a,b - Zündung der Explosionsgase mittels einer Explosionszündungseinrichtung 7 - Ausbilden eines Explosionsplasmas durch die erfolgte Explosion, in dem schichtbildende und wachstumsfördernde Reaktionsspezies entstehen, - Ausbreiten der Explosionsstoßfront und deren Auftreffen auf die Substratoberfläche im Substrathalter 3 - Abscheidung und Ausbildung der harten Dünnschicht auf der Substratoberfläche - Abfühen der übriggebliebenen Restgase durch die Abführleitung 5Explosion CVD process for the deposition of super-thin hard material layers comprising the following work steps - Inserting a substrate in the substrate holder 3 located in the explosion chamber 2 - Evacuation of the explosion chamber 2 by means of the discharge line 5 - Introduction of the precursor gases into the explosion chamber 2 through the feed lines 4a, b - Introduction of the explosion gases into the explosion chamber 2 through the explosion gas supply lines 6a, b - Ignition of the explosion gases by means of an explosion ignition device 7 - Formation of an explosion plasma due to the explosion in which layer-forming and growth-promoting reaction species arise, - Spreading the explosion shock front and its impact on the substrate surface in the substrate holder 3 - Deposition and formation of the hard thin film on the substrate surface - Removing the remaining gases through the discharge line 5
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