DE1521262B2

DE1521262B2 - Verfahren zum aufbringen einer metallschicht auf diamant

Info

Publication number: DE1521262B2
Application number: DE1965G0043663
Authority: DE
Inventors: Thomas Aquinas Scotia N.Y. Vanderslice (V.StA.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-05-28
Filing date: 1965-05-21
Publication date: 1977-04-07
Also published as: DE1521262A1; GB1100447A; US3351543A; FR1481918A; BE683508A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Metallschicht auf Diamant mittels einer in einer verdünnten Gasatmosphäre vor sich gehenden elektrischen Entladung, bei dem Diamant durch Kathodenzerstäubung gereinigt und durch Abscheiden von durch Kathodenzerstäubung zerstäubtem Metall metallisiert wird.

Solche Verfahren sind bereits bekannt (DT-AS 11 43 374), wobei während der Reinigungsbehandlung der Halbleiterkristall als Kathode geschaltet ist. Nach Beendigung der Reinigungsbehandlung wird der Halbleiterkristall als Anode geschaltet und eine dem Halbleiter gegenüberliegende Elektrode, die während der Reinigungsbehandlung als Anode geschaltet war, auf Kathodenpotential umgepolt, so daß nunmehr an dieser Elektrode Kathodenzerstäubung auftritt und das zerstäubte Metall auf die Oberfläche des Halbleiterkristalls niedergeschlagen wird. Die Abtragung der Oberfläche des Halbleiterkristalls sowie die anschließende Metallisierung des Halbleiterkristalls wird im Hochvakuum oder in verdünnter Gasatmosphäre durchgeführt.

Aus der DT-PS 7 36 130 ist eine Vorrichtung zum Metallisieren von Gegenständen mittels Kathodenzerstäubung bekannt, bei der zur Beseitigung der Verunreinigungen des Füllgases innerhalb der Kathodenzerstäubungskammer neben der zur Metallisierung dienenden Kathode eine weitere Kathode in die Entladungsstrecke geschaltet ist, die aus einem Verunreinigungen des Füllgases bindenden Werkstoff besteht.

Aus »Journal of Applied Physics«, Bd. 33, Nr. 10, Oktober 1962, Seiten 2991 —2992, ist es bereits bekannt, daß Diamant mittels Kathodenzerstäubung unter Verwendung von Hochfrequenzfeldern zerstäubt werden kann.

Diamant wird wegen seiner großen Härte in großem Umfange in Werkzeugen zur Bearbeitung von harten Werkstoffen eingesetzt. Dazu wird Diamant auf einer geeigneten Unterlage befestigt, die am Diamant gut haften muß, damit der Diamant unter den bei Bearbeitung eines Werkstoffes auftretenden Beanspruchungen nicht ausbricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein

Verfahren der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß sich auf Diamant eine außerordentlich gut haftende Metallschicht ohne nachteilige Graphitisierung des j

Diamanten aufbringen läßt. Diese Aufgabe wird j

erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathodenzer- |

stäubung zum Reinigen von Diamant auch noch j während des Metallisierungsvorganges fortgesetzt wird j und dabei mehr Metall auf die Diamantoberfläche

[o niedergeschlagen als abgetragen wird.

Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine besonders innige Bindung zwischen Diamant und Metallschicht erzielt, so daß letztere außerordentlich gut auf dem Diamant haftet. Außerdem läßt sich dadurch das Auftreten von eine Graphitisierung bewirkenden Temperaturen vermeiden, so daß der Diamant seine wertvollen Eigenschaften behält. Vorteile ergeben sich auch, wenn mit fortschreitender Metallisierung stetig weniger Metall abgetragen und gleichzeitig mehr Metall niedergeschlagen wird, weil sich dadurch eine besonders dicke Metallschicht erzielen läßt. Im übrigen ist es zweckmäßig, wenn zur Metallisierung des Diamanten vorzugsweise Molybdän verwendet wird, da dieses eine besonders harte und feste Metallschicht ergibt. Es können jedoch auch noch andere leicht zerstäubbare Metalle wie Wolfram, Tantal oder Aluminium verwendet werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens,

F i g. 2 eine scherr.atische Darstellung einer Vorrichtung zur Prüfung der Diamant-Metall-Bindung bei nach dem beschriebenen Verfahren metallisierten Diamanten und

F i g. 2a eine vergrößerte Ansicht eines Prüfmusters für die Vorrichtung nach F i g. 2.

Bei Durchführung des beschriebenen Verfahrens werden ein oder mehrere Diamanten in einem Behälter innerhalb der Gasentladungsvorrichtung 10 auf einer Metallplatte 11 angeordnet, die in dem gezeigten Stromkreis als Kathode geschaltet ist. Die Glocke 12 wird, nachdem sie in dichtende Verbindung mit der Oberfläche der Auflage 13 gebracht ist, über das Rohr / 14 durch eine Vakuumpumpe (nicht gezeigt) auf einen Druck von ungefähr ΙΟ-⁵ mm Hg evakuiert. Nach der Evakuierung wird ein Gas, wie Argon (oder Helium oder Krypton), das vorzugsweise nicht durch die Oberflächen des Materials innerhalb der Glocke 12 adsorbiert wird, durch das Rohr 16 eingelassen, um als Haupt-Glimmentladungsgas verwendet zu werden. Es könnten andere Gase, wie z. B. Stickstoff, verwendet werden, wenn sie im Versuch durch die jeweiligen Materialien nicht merklich adsorbiert werden.

Es wird so viel Argon in die Glocke 12 eingelassen, daß ein Druck von ungefähr 3 χ 10~² mm Hg ausgeübt wird. Bei diesem Druck wird durch die Gleichstromversorgung 18 ein Spannungsunterschied von 2000 V zwischen der Anode 17 und der Kathode 11 angelegt. Mit dieser 2000-V-Kathoden-Anoden-Spannung werden Gasentladungsströme von ungefähr 60 mA erzeugt, wodurch die Kathode 11 mit Ionen sehr hoher kinetischer Energie bombardiert wird. Der spezielle Wert der kinetischen Energie hängt von der gegebenen Kathode, dem Gasdruck usw. ab, aber bei normalen Metallkathoden liegt die kinetische Energie in der Größenordnung von mehreren hundert Volt. Diese

Hochgeschwindigkeits-Ionen schlagen auf das im Behälter 19 befindliche und auf der Kathode 11 ruhende Diamantmaterial auf, wobei sie von der Oberfläche des Diamantmaterials alle dort adsorbierten Gasteilchen oder jede darauf vorhandene Oxydschicht entfernen, da diese Ionen gegen die Oberfläche der Kathode gerichtet sind. Demgemäß können, obgleich Diamant ein verhältnismäßig schlechter elektrischer Leiter ist, die bombardierenden Ionen wegen der Ausrichtung der Elektroden und der Oberflächenleitung des Diamanten gegen den Diamanten gerichtet werden.

Die Anzahl der das Diamantmaterial bombardierenden Ionen und ihre Geschwindigkeit werden durch das Potential bestimmt, das die Diamantoberfläche infolge des Sekundäremissions-Verhältnisses einnimmt. Wenn eine größere Anzahl von Elektronen als der Anzahl der abprallenden Ionen von der Oberfläche des Diamäntmaterials entfernt wird, wird demgemäß eine resultierende positive .Ladung auf der Oberfläche des Diamantmateriais aufgebaut. Die Bombardierungsionen werden, wenn sie sich der positiv geladenen Oberfläche nähern, umso mehr gebremst, je größer diese positive Ladung ist.

Wenn keine Oberflächenleitung vorhanden ist, wird die Anzahl der auf dem Diamantmaterial ankommenden Ionen gleich der Anzahl der ankommenden Elektronen sein. Da das Diamantmaterial auf einer leitenden Metallplatte 11 angeordnet ist, nimmt, wenn die Oberflächenleitung zunimmt, auch die Anzahl der auf den Diamanten aufschlagenden Ionen zu.

Im Gegensatz zum Elektronenbombardement durch Elektronenaussendung erfordert oder erzeugt Ionenbombardement durch Glimmentladung keine hohen Betriebstemperaturen, wenn die Stromdichte niedrig gehalten ist. Im vorliegenden Verfahren kann deshalb das zu beschichtende Material auf verhältnismäßig niedrigen Temperaturen gehalten werden. Die Triebkraft der die Oberfläche bombardierenden Ionen ist auch viele Male größer als es die Triebkraft von Elektronen sein würde. Demgemäß wird sogar eine festverbundene Oxydschicht leicht von der Oberfläche eines Diamantkristalls entfernt, ohne Graphitierung zu verursachen.

Während des Verfahrens des Ionenbombardements durch Glimmentladung ist es vorteilhaft, für den Fall, daß die Beschichtung der ganzen Oberfläche der Diamantkristalle erwünscht ist, die Kathode 11 zu bewegen. Dadurch wird gesichert, daß die ganze Oberfläche des Diamantmaterials für eine genügend lange Zeitdauer dem Ionenbombardement ausgesetzt ist, um ihre vollständige Reinigung zu bewirken.

Sobald die Oberfläche des Diamantmaterials im Behälter 19 und der Kathode 11 von adsorbiertem Gas und anderen Materialien gereinigt wurde, ist das Diamantmaterial dazu bereit, daß das Beschichtungsmaterial, in diesem Fall ein Metallfilm, aufgebracht werden kann.

Das diesen Film oder diese Schicht bildende Metall kann in der Glocke 12 entweder durch das gutbekannte Verfahren der Evaporation oder durch Aussprühen von Metallteilchen durch Ionenbombardement von der Hilfselektrode 20 geliefert werden. Das durch eines der obengenannten* Verfahren innerhalb der Glocke 12 freigesetzte Metall schlägt sich über alle Oberflächen innerhalb der Umgrenzung einschließlich des Diamantmaterials nieder, an welchem das Metall gemäß der großen Reinheit des Diamanten anhaftet.

Das Metall für diese Metallschicht wird vorzugsweise durch Sprühen geliefert. Wie das Beschichtungsmaterial auch immer innerhalb der Glocke 12 geliefert wird, ist ein wichtiges Merkmal des beschriebenen Verfahrens die Beobachtung, daß das Bombardement des Untergrundmaterials mit Ionen während dem Metallisierungsvorgang fortgesetzt werden muß, um die Oberfläche zur Verhinderung der Verunreinigung der Oberfläche durch innerhalb der Glocke 12 vorhandenes Gas fortgesetzt zu reinigen.

Wenn der Druck des Hintergrund-Verunreinigungsgases sehr niedrig ist (geringer als 10~⁸ mm Hg), dann ist es einfach, von der Oberfläche der Kathode adsorbiertes Gas durch gründliches Ionenbombardement zu entfernen, wonach die Oberfläche so lange rein bleibt, wie das Bombardement andauert. Normalerweise ist jedoch beim Beschichten von Diamantmaterial der Restgasdruck und/oder der Verunreinigungspegel in dem eingeführten inerten Gas hoch genug, daß die gereinigte Oberfläche des Diamantmaterials sehr schnell mit einer Schicht von adsorbiertem Gas bedeckt wird. Bei einem Verunreinigungs-Hintergrund-Gasdruck von IO-⁵ mm Hg treffen z. B. pro Sekunde annähernd 10 monomolekulare Schichten von Gas auf die Oberfläche auf. Deshalb würde in weniger als einer Sekunde jede ungeschützte, gereinigte Oberfläche bei Fehlen eines stetigen Ionenbombardements verunreinigt werden. Wenn das Ionenbombardement während der Metallisierungsstufe fortgesetzt wird, dann ist, wie durch hierin erläuterte Versuchsergebnisse dargestellt, die Bindung zwischen der Metallbeschichtung und der Oberfläche des Diamantmaterials von vorzüglicher Qualität. Wenn im Gegensatz dazu das Bombardement des Diamantmaterials sofort nach dem Reinigungsvorgang unterbrochen wird, während das Metall auf die Oberfläche gesprüht wird, versagt die Bindung des abgelagerten Materials zu der Oberfläche des Diamantmaterials, obgleich sich um jeden Kristall eine Schicht ablagert. Es ist jedoch nur eine einfache Angelegenheit, diese Metallnachbildung der Diamantoberfläche von ihr zu trennen, weil die Bindung sehr schwach ist.

Bei jedem angegebenen Arbeitsvorgang ist es jedoch bloß eine einfache Angelegenheit, das Potential der Hilfs- oder Sprühelektrode 20 bezüglich der Kathode 11 durch den Regelwiderstand 21 einzustellen, wodurch die Größe des Ionenbombardements des Diamantmaterials hoch genug gehalten wird, die adsorbierten Gasmoleküle von der Oberfläche zu entfernen, während der durch das Aussprühen der Hilfselektrode 20 bewirkte Metallisierungsvorgang in einem größeren Maß fortgeführt wird. Auf diese Art und Weise kann die Ankunftsrate von Metallatomen oder Teilchen auf die Oberfläche des Diamantmaterials auf eine größeren Wert als die Entfernungsrate des Metalls von dort, die durch das Reinigungsbombardement durch von der Glimmentladung zwischen der Anode 17 und der Kathode 11 gelieferte Ionen verursacht ist, gebracht werden.

Bei einem typischen Metallisierungsvorgang, unter Verwendung der Anordnung der in der F i g. 1 dargestellten Vorrichtung wird innerhalb einer Glocke 12 ein Argondruck von etwa 3 χ 10~² mm Hg erzeugt, und die Kathoden-Anoden-Spannung beträgt ungefähr 2000 V, wobei sie Gasentladungsströme von ungefähr 60 mA erzeugt Nch einer Reinigungsperiode von ungefähr einer Stunde wird der Schalter 22 geschlossen, wobei er die Sprühelektrode 20 in dem Stromkreis des Kathodenpotentials schaltet Nach dem Einschalten in den Stromkreis baut sich eine Glimmentladung

zwischen der Anode 17 und der Elektrode 20 auf, und bewirkt das Aufschlagen von Ionen auf die Oberfläche der Elektrode 20. Dieses Ionenbombardement der Elektrode 20 bewirkt das Aussprühen oder wörtlich »Herausschlagen« sehr kleiner Metallteilchen aus der Oberfläche der Elektrode 20. Diese Metallteilchen lagern sich auf der Oberfläche des Diamantmaterials ab, haften dort fest und beschichten diese. Das Verhältnis zwischen der Ablagerungsrate von durch das Sprühen der Oberfläche der Elektrode 20 entfernten Metalls zu der Entfernungsrate von Metall von der Diamantoberfläche durch die stetige Ionenbombardierung des Diamantmaterials kann dadurch eingestellt werden, daß die Kathode 11 geringfügig positiver als das Potential der Hilfselektrode 20 gemacht wird, um einen Netzaufbau von Metall auf der Oberfläche des Diamantmaterials zu sichern. Während des Metallisierungsvorganges sollte die Kathode 11 geschüttelt oder ausreichend bewegt werden, damit die Teilchen des Diamantmaterials andere Lagen einnehmen können, so daß die ganze Oberfläche des Diamantmaterials der Metallablagerung ausgesetzt ist. Wenn der Metallisierungsvorgang fortschreitet, kann die Kathode 11 einfach durch Verstellen des Regelwiderstandes 21 sogar stetig mehr positiv gemacht werden, wodurch die Entfernungsrate von der Oberfläche des Diamantmaterials ausgesprühten Metalls abnimmt und gleichzeitig das Aussprühen von Metall von der Elektrode 20 zunimmt und dadurch die Ablagerungsrate von Metall auf der Oberfläche des Diamantmaterials zunimmt. Eine solche Einwirkung ergibt den Aufbau eines dickeren Metallfilms oder einer dickeren Schicht. Es ist leicht zu erkennen, daß der Veränderungsgrad der Einstellung des Regelwiderstandes, wenn es gewünscht wird, automatisiert oder programmiert werden kann.

Mit einem gut bindenden Metall beschichtete Diamantteilchen können, besonders wenn durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens aufgebracht, mit üblichen Lot- und Einbettungsverfahren auf einer Unterlage befestigt bzw. in einer Matrix eingebettet, d. h. durch die Anwendung von Schmelz- oder Löttechniken von gewöhnlich verhältnismäßig niedriger Temperatur zu einer konglomeraten Masse zusammengefügt werden, wobei besonders mit der auf die Diamantteilchen aufgebrachten Metallschicht vereinigbare Metalle oder Legierungen verwendet werden.

Obwohl der vorherstehende Text nur die Aufbringung einer einzigen Materialschicht auf ein Untergrundmaterial beschreibt, ist es erkennbar, daß es vorteilhaft sein kann, eine erste metallische Schicht mit einer zweiten Schicht zu beschriften, d. h. einer Schicht aus Lötmetall, um den Kontakt des Lötmetalls mit der Anfangsschicht zu fördern. Im Fall von Diamanten kann z. B. eine Anfangsschicht aus Molybdän über dem Diamantmaterial mit Kupfer in der vorerwähnten Art und Weise überzogen werden. Danach ist der Lötvorgang verhältnismäßig einfach, d. h. eine Anzahl von doppelt beschichteten Diamanten kann gleichzeitig auf einen Druck von ungefähr 5000 Atmosphären zusammengedrückt und in einer gesteuerten Umgebung aufgeheizt werden, um das Sintern oder Schmelzen des Kupfers zu fördern.

Die Vollständigkeit der Diamant-Metall-Bindung wurde sowohl durch mikroskopische Untersuchung als durch praktischen Versuch bewiesen. Die Dicke des Films oder der Schicht wurde durch Ritzen durch den Metallfilm und Beobachten der Spektrums-Verschiebung über die Anritzung in einem Interferenzmikroskop gemessen. Gewöhnlich wurde weißes Licht verwendet und ergab einen Spektrums-Abstand von 0,3 μ = 300 Ä = 299,72 χ 10~⁶ mm. Mit den vorhandenen Einrichtungen waren normalerweise Bandverschiebungen von '/io des Bandes von 300 A beobachtbar, vorausgesetzt, daß die Hintergrundoberfläche poliert war. In jenen Fällen, in denen die Sprühspannung nicht beeinflußt wurde, um die Aufbringung eines dickeren Metallfilms zu ermöglichen, wurde die Metalldicke zu

weniger als 300 A bestimmt. Solche Filme sind nahezu unsichtbar, und man kann durch den Film in den Diamanten sehen. Bei jenen Beschichtungsvorgängen, bei denen Stromsteuerung auf die Aussprühelektrode 21 angwendet wurde, wurden bei Schichtdickemessungen

Größenordnungen von ungefähr 580 A bis ungefähr 2000 A Dicke gefunden.

Obgleich die Temperatur in der Glocke 12 allgemein als unterhalb von 800⁰C angegeben wurde, kann die Temperatur auch auf einem niedrigeren Wert gehalten werden, indem mit einer geringeren Stromdichte gearbeitet wird. So kann die Temperatur in irgendeinem erwünschten Temperaturbereich aufrechterhalten werden, der davon abhängt, wie kritisch das Aussetzen der enthaltenen Materialien der Temperatur ist. Temperatüren unterhalb der Umgebungstemperatur erfordern Kühlung von außen (nicht gezeigt) mit Wasser, flüssigem Stickstoff oder dergleichen, die von außen zu dem Probenhalter zugeleitet werden.

Die Drucke innerhalb der Glocke 12 können sich zwischen 10~³ mm Hg bis ungefähr 0,3 mm Hg ändern, solange die Stromdichte darauf geeignet eingestellt wird. Demgemäß würde am oberen Ende dieses Druckbereichs eine höhere Stromdichte erforderlich sein als bei Drucken am unteren Ende dieses Bereichs.

Wie oben erwähnt, schlagen pro Sekunde auf die Diamantoberfläche bei einem gegebenen Hintergrund-Druck eine entsprechende Anzahl von monomolekularen Schichten von Gas auf. Solange die Stromdichte auf einem solchen Wert gehalten wird, daß die Anzahl der auf irgendeinen Anteil des Oberflächenbereiches auftreffenden Bombardementsionen ungefähr zehnmal größer ist als die Anzahl der diesen gleichen Anteilsbereich erreichenden Gasmoleküle (bestimmbar aus der Kenntnis des Hintergrunddruckes in der Glocke 12), wird die Reinigung wirksam sein. Die zwischen der Anode 17 und der Kathode 11 während des Reinigens oder zwischen der Anode 17 und der Kathode 20 während des Sprühens angelegte Spannung hat eine obere Grenze in dem Wert, bei dem eine Bogenentladung zwischen den Elektroden erfolgen würde.

Die Zeit des Aussetzens wird sich natürlich mit dem Untergrundmaterial, dem Beschichtungsmaterial, der erwünschten Schichtdicke und den Betriebsparametern ändern. In einigen Fällen werden einige Minuten des Aussetzens genügen, jedoch kann bei mit größerer Schwierigkeit zu beschichtendem Material eine Gesamtzeit des Aussetzens von mehreren Stunden erforderlich sein.

Die Anwesenheit von Verunreinigungen kann dadurch auf ein Mindestmaß beschränkt werden, daß ein Glimmentladungsgas von geringem Verunreinigungsgehalt verwendet wird. Ein solches Gas, das leicht im Handel erhältlich ist, könnte zum Schweißen geeignetes Argon sein. Dieses Gas hat einen Verunreinigungsgrad f>5 von weniger als 1 %.

Das vorliegende Verfahren wurde so beschrieben, daß Evakuierung der Glocke 12 auf einen niedrigeren Druck erforderlich ist. Eine andere Methode zum

Herabsetzen des Verunreinigungsgehaltes in ihr besteht jedoch darin, das Innere der Glocke 12 ständig bei ungefähr dem Betriebsdruck mit einem Gas geringer Verunreinigung zu spülen.

Im falle eines dünnen, auf Diamanten in der oben beschriebenen Art aufgebrachten Molybdänfilms wurde gefunden, daß diese Filme aus unerklärlichen Gründen viel härter als gewöhnliche Stangen oder Tafeln aus Molybdän sind.

Die Erprobung der Festigkeit der Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und der Diamantoberfläche wurde, wenn sie in der oben beschriebenen Weise aufgebracht wurde, nach der folgenden Art durchgeführt. Zuerst wurde ein Probemuster 26 vorbereitet. Dieses enthielt einen mit Molybdän durch die Glimmentladungs-Technik beschichteten und dann auf das Ende einer Molybdänstange 28 in trockener Wasserstoffatmosphäre kupfergelöteten, achtflächigen Diamant 27. Das Löten wurde dadurch ausgeführt, daß ein Stück Kupferfolie auf der -Molybdänstange 28 angeordnet wurde und das Kupfer durch Heizen geschmolzen wurde. Die Stange 28 wurde mit dem darauf befindlichen geschmolzenen Kupfer gekühlt, und der molybdänbeschichtete Diamant 27 wurde auf dem Kupfer gegenüber einem Ende der Stange 28 zentrisch eingestellt. Nachfolgendes Erhitzen der Stange 28 diente dazu, den molybdänbeschichteten Diamant 27 auf die Molybdänstange 28 mittels des Kupferfilmes zwischen diesen beiden Teilen zu löten. Zusätzlich zur Schwerkraft wurde keine Kraft verwendet, um den Diamant während des Lötvorgangs gegen die Stange zu drücken. Die Temperatur wurde sorgfältig gesteuert, und das Löten wurde schnell ausgeführt, um die Erhaltung der dünnen Molybdänschicht auf dem Diamanten 27 zu sichern.

Das wie in F i g. 2a gezeigte sich ergebende Versuchsmuster ist in F i g. 2 in Versuchsstellung in der Vorrichtung 29 aufgebaut gezeigt. Das Versuchsmuster 26 ist, wie darin gezeigt, in einem Einspannfutter 31 eingebaut. In der Aufnahme 33 ist eine Messingstange 32 starr eingebaut und hat eine an ihrem Rand ausgebildete Fassung 34. Ein Teil des Diamanten 27 ist fest in der Fassung 34 mittels Verwendung eines Epoxyklebers eingeklebt, wobei der andere Teil des Diamanten 27 in der oben beschriebenen Weise

ίο befestigt ist. Durch Ausüben einer bekannten Kraft auf den an der Welle 37, welche im Lager 38 eingebaut gezeigt ist, befestigten Dreharm 36 kann eine reine Drehkraft auf die Diamant-Metall-Bindung aufgebracht werden. Diese Drehkraft wird von der Welle 37 auf das Einspannfutter 31 über das Doppelkardangelenk 39 übertragen, um geringe Fluchtungsfehler zu korrigieren und sie wird gesteigert, bis zwischen dem Diamanten 27 und der Stange 28 ein Bruch erscheint. Ein solcher Bruch kann infolge eines Bruches durch den Diamanten 27 selbst, durch Versagen der Bindung zwischen dem Diamanten und der Metallbeschichtung und in vielen Fällen durch einen Bruch auftreten, der zum Teil in dem Diamant und zum Teil zwischen der Metallschicht und dem Diamanten auftritt.

Nach jedem Bruch werden beide Stirnflächen des Bruches fotografiert, das Bruchgebiet vermessen, und es wurden Bruchbeanspruchungs-Berechnungen durchgeführt Die Tafel zeigt die Ergebnisse einiger Bindungsversuche, die in der schematisch in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung durchgeführt wurden. Die im Text Nr. 7 verwendete Gasentladungs-Beschichtungs-Technik unterschied sich von den anderen Versuchen darin, daß nachdem Molybdän über den Versuchsdiamanten gesprüht wurde, unter Verwendung der gleichen Beschichtungstechnik eine Schicht von Kupfer über das Molybdän gesprüht wurde.

Versuch	Lötmittel	Berichtigte Drehkraft	Fläche	Durchschnittliche
Nr.				Beanspruchung
		(cm/kg)	(cm*)	(kg/cm*)
1	Cu mit Mo	2,30	0,0302	0,998
2	Cu mit Mo	1,60	0,0239	1,139
3	Cü mit Mo	8,50	0,0232	5,470
4	Cu mit Mo	5,50	0,0313	2,194
5	Cu mit Mo	4,43	0,0318	1,758
6	Cu mit Mo	5,40	0,0192	4,626
7	Mo + Cu	6,04	0,0269	3,122
	Cu mit Mo
8	Cu mit Mo	5.65	0.0103	12.374

Demgemäß kann zwischen einer Diamantoberfläche und einer auf diese aufgebrachten Metallschicht durch die Verwendung des beschriebenen Verfahrens in der dargestellten und beschriebenen Vorrichtung eine Bindung von zuverlässiger Strukturvollständigkeit erzeugt werden. Dieses Verfahren ist besonders nützlich, weil es die erfolgreiche Vervollständigung der einleitenden Stufe beim Zusammenfügen vieler kleiner, künstlich erzeugter Diamanten zu Verbundstoffen einer Größen-Ordnung ermöglicht, die genügend groß ist, um natürliche Diamanten in Einzelpunktwerkzeugen, Bohrern, Schneideinsätzen usw., zu ersetzen.

Das beschriebene Verfahren ist z. B. auch bei der Verbindung von Anschlüssen an gewisse Halbleiter anwendbar. In einem Fall dieser Art ist es erwünscht, einen Metallfleck auf einen kleinen Bereich der Oberfläche eines Halbleiters mit dem vorerwähnten Verfahren fest verbinden zu können, wodurch ein Anschluß später mit dem Halbleiter durch Löten oder Schmelzen verbunden werden kann. Auf diese Weise können hohe Temperaturen vermieden werden, welche erwarten lassen, daß sie die halbleitenden Eigenschaften des Untergrundes verändern.

Weiter kann eine Schicht von Katalisatormetall zur Graphit-Diamant-Umwandlung, wie in der US-Patentschrift 29 47 610 beschrieben, auf die Oberfläche eines Diamanten aufgebracht werden, der dann in Anwesenheit von Graphit Diamant-Umwandlungs-Bedingungen zur Erhöhung der Größe der Diamanten unterworfen wird.

Der Erfolg dieses Beschichtungsverfahrens, das zu starken Bindungen führt, besteht teilweise in der starken physikalischen Anziehung, die durch die gründlich gereinigte Untergrundoberfläche und der abgelagerten

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Metallschicht gefördert wird und teilweise auf dem Gesichtspunkt dieses Verfahrens, wonach die Erzeugung von Wärmeüberschuß nicht mehr erforderlich ist. Im Fall von Diamanten ist dieser letztere Gesichtspunkt besonders wichtig, um die Graphitierung der Diamant-

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oberfläche zu vermeiden. Es hat sich erwiesen, daß diese Graphitierung bisher für die schwache, in Metallbeschichtungs-Vorgängen für Diamanten erzeugte Metall-Diamant-Bindung verantwortlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Aufbringen einer Metallschicht auf Diamant mittels einer in einer verdünnten Gasatmosphäre vor sich gehenden elektrischen Entladung, bei dem Diamant durch Kathodenzerstäubung gereinigt und durch Abscheiden von durch Kathodenzerstäubung zerstäubtem Metall metallisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzerstäubung zum Reinigen von Diamant auch noch während des Metallisierungsvorganges fortgesetzt wird und dabei mehr Metall auf die Diamantoberfläche niedergeschlagen als abgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit fortschreitender Metallisierung stetig weniger Metall abgetragen und gleichzeitig mehr Metall niedergeschlagen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Molybdän zur Metallisierung von Diamant verwendet wird.