DE19820770A1 - Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Substrats oder eines Gegenstandes sowie Gegenstand mit einer nach dem Verfahren hergestellten Beschichtung - Google Patents
Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Substrats oder eines Gegenstandes sowie Gegenstand mit einer nach dem Verfahren hergestellten BeschichtungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Substrats bzw. eines Gegenstandes, bei dem in einen Elektrolyt eingeführte Metallionen mittels eines am Substrat bzw. am Gegenstand angelegten Potentials auf dieses bzw. auf diesen abgelagert werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß die Gesamtzahl der für die Herstellung erforderlichen Beschichtung erforderlichen Metallionen vorgegeben und in die Elektrolyten eingegeben wird und zumindest im wesentlichen alle der in den Elektrolyten eingegebenen Metallionen auf das Substrat bzw. auf den Gegenstand abgelagert werden, wodurch die Schichtdicke der Ablagerung bestimmt wird. Mit diesem Verfahren können sehr genau vorgebbare Schichtdicken der Beschichtung realisiert werden. Es können auf diese Weise eine Reihe von technisch interessanten Bauteilen wie magnetoresistive Sensoren, magnetische RAM-Speicherelemente oder Spiegel für Röntgenlicht einschließlich Übergitterstrukturen realisiert werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen
Beschichtung eines Substrats bzw. eines Gegenstandes, bei dem in einen
Elektrolyten eingeführte Metallionen mittels eines am Substrat bzw. am
Gegenstand angelegten Potentials auf dieses bzw. auf diesen abgelagert
werden. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Gegenstände, die mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Schicht oder mit mehreren
Schichten versehen werden.
Verfahren der eingangs genannten Art sind in der sogenannten Galvano
technik häufig anzutreffen. Ziel der Galvanotechnik ist die Abscheidung
metallischer Schichten auf Werkstoffoberflächen, was häufig durch die
Reduktion der Ionen einer Elektrolytlösung erfolgt. Die so erhaltenen
Überzüge dienen in der Regel der Veränderung der physikalischen und
chemischen Oberflächeneigenschaften von Werkstoffen, sei es, daß ihnen
lediglich zu dekorativen Zwecken metallischer Glanz verliehen werden soll,
oder daß ein besserer Schutz gegen Korrosion oder Verschleiß angestrebt
wird. Auch wird die Galvanotechnik benutzt, um verschlissene Maschi
nenteile durch metallischen Auftrag zu gestalten.
Wie oben angedeutet werden häufig bei solchen galvanotechnischen Ver
fahren Elektrolytlösungen benutzt, die Ionen des abzuscheidenden Metalls
enthalten.
Selbst wenn man glaubt, mittels der bestehenden Galvanotechnik sehr
dünne Schichten herstellen zu können, sind die Schichtdicken aus ver
schiedenen Gründen doch nicht so genau und vor allem bisher nicht äu
ßerst genau vorgebbar. Auch eine Schichtdicke von einigen µm entspricht
letztendlich zehntausenden von Atomlagen. Die genaue Zahl der Atomla
gen war bisher nicht reproduzierbar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, insbesondere sehr kleine Schicht
dicken mit einer hohen Genauigkeit herzustellen, ohne daß die Schicht
dickenbestimmung durch kathodische Ströme, die der Metallabscheidung
auf die Substratoberflächen überlagert sind und nicht selbst von der Me
tallabscheidung herrühren, beeinflußt wird, wobei das Verfahren vor
zugsweise genau steuer- bzw. regelbar und kostengünstig durchführbar
sein soll und weitestgehend ohne Anwendung von giftigen und schwierig
zu entsorgenden Elektrolyten realisierbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ge
samtzahl der für die Herstellung der erforderlichen Beschichtung erfor
derlichen Metallionen vorgegeben und in den Elektrolyten eingegeben wird
und zumindest im wesentlichen alle der in den Elektrolyten eingegebenen
Metallionen auf das Substrat bzw. auf den Gegenstand abgelagert werden,
wodurch die Beschichtung mit genau der erwünschten Schichtdicke er
reicht wird.
Mit anderen Worten basiert das Verfahren darauf, daß alle für die Be
schichtung erforderlichen Metallionen dem Leitelektrolyten dosiert zuge
geben werden und sofort auf dem Substrat abgeschieden werden. Hierfür
benötigt das Verfahren lediglich einen einfachen Leitelektrolyten, dessen
Konzentration nach Belieben gewählt werden kann. Der Elektrolyt muß
nur eine hinreichend große Leitfähigkeit aufweisen.
Im Prinzip stehen zwei Verfahrensvarianten zur Verfügung, um die erfin
dungsgemäße Lösung durchzuführen.
Nach einer ersten, erfindungsgemäßen Variante können alle für die Be
schichtung erforderlichen Metallionen durch elektrochemische Auflösung
der jeweiligen Metalle dem Leitelektrolyten dosiert zugegeben werden. Die
Schichtdicke kann bei diesem Verfahren exakt eingestellt werden, indem
eine bestimmte anodische Ladungsmenge von den Metallelektroden auf
gelöst wird. Somit beeinflussen kathodische Ströme, die von der Metallab
scheidung auf der Substratoberfläche überlagert sind und nicht selbst von
der Metallabscheidung herrühren, die Schichtdickenbestimmung nicht.
Hierzu zählen u. a. Reaktionen des im Elektrolyten gelösten Sauerstoffs
oder die Wasserstoffentwicklung an der jeweiligen Substratoberfläche in
einem wäßrigen Elektrolyten bei der Abscheidung unedler Metalle. Bei den
herkömmlichen elektrochemischen Depositionsverfahren verhindern dage
gen die kathodischen Ströme eine exakte Messung bzw. eine exakte Vor
gabe der Schichtdicken.
Nach einer zweiten, erfindungsgemäßen Variante besteht die Möglichkeit,
wie in Anspruch 10 zum Ausdruck gebracht, alle für die Beschichtung
erforderlichen Metallionen in Form eines bestimmten Volumens einer
Metallsalzlösung des abzuscheidenen Metalls dem Elektrolyten zuzugeben.
Auch bei diesem Verfahren wird lediglich ein einfacher Leitelektrolyt be
nötigt, dessen Konzentration beliebig gewählt sein kann. Der Elektrolyt
muß auch hier nur eine hinreichend große Leitfähigkeit aufweisen. Auch
hier beeinflussen kathodische Ströme, die von der Metallabscheidung auf
der Substratoberfläche überlagert sind und nicht selbst von der Metallab
scheidung herrühren, die Schichtdickenbestimmung nicht. Hierzu zählen
u. a. Reaktionen des im Elektrolyten gelösten Sauerstoffs oder die Wasser
stoffentwicklung an der jeweiligen Substratoberfläche in einem wäßrigen
Elektrolyten bei der Abscheidung unedler Metalle.
Unabhängig davon, welche Grundvariante des erfindungsgemäßen Verfah
rens gewählt wird, ermöglicht die genau dosierte Zugabe der Metallionen
in den Leitelektrolyten und ihre vollständige Entfernung durch Abschei
dung auf das Substrat einen kontinuierlichen Beschichtungsprozeß vieler
Substrate nacheinander in einer Serienfertigung ohne Verbrauch des
Elektrolyts und ohne die Notwendigkeit, ihn zu ersetzen. Da der Elektrolyt
nicht ersetzt und nicht kontaminiert wird, entfällt die Notwendigkeit,
kontaminierte Elektrolyten von Zeit zu Zeit zu entsorgen.
Insbesondere bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß
Schichtsysteme aus einem einzigen elektrolytischen Bad hergestellt wer
den können. Eine Parallelschaltung mehrerer Substrate ermöglicht auch
die gleichzeitige Beschichtung mehrerer Substrate.
Durch die Erfindung und durch den erfindungsgemäßen Vorteil, auch
sehr dünne Schichten mit genau vorgebbaren Dicken herstellen zu kön
nen, kann die Galvanotechnik auch für die Herstellung von Produkten be
nutzt werden, die bisher mit anderen Verfahren hergestellt wurden.
Im Grunde genommen kann die Erfindung für die elektrochemische Her
stellung von metallischen (Mehrfach-) Schichten, Multilagen und Übergit
tern (Superlattice Strukturen) mit beliebig einstellbar chemischer Zusam
mensetzung herangezogen werden. Dies erfolgt durch die vollständige Ab
scheidung aller Metallionen, die dem Leitelektrolyten entweder durch do
sierte elektrochemische Auflösung von Metallelektroden oder durch Zudo
sierung einer Metallionen-Salzlösung für jede Einzelschicht separat zuge
geben werden.
Wie in den Ansprüchen 21 bis 24 zum Ausdruck gebracht, kann die Er
findung beispielsweise zur Herstellung von Röntgenspiegeln, magneti
schen Schreib-/Leseköpfen oder magnetischen Speichermedien benutzt
werden, wobei die Herstellung von Schichtsystemen für solche Anwen
dungen durch das erfindungsgemäße Verfahren erheblich vereinfacht,
zeitsparender und kostengünstiger wird. Durch die stark verbesserte
Kontrolle über die Schichtdeposition beim erfindungsgemaßen Verfahren
können ultradünne Schichten auch großflächig hergestellt werden, z. B.
durch sogenanntes "vertical recording" (vertikale Aufnahme) in magneti
schen Speichermedien und erlauben somit eine drastische Erhöhung der
heute möglichen Speicherdichte.
Das zu beschichtende Substrat kann jedes Material sein, das elektroche
misch beschichtet werden kann. Insbesondere können auch Substrate,
die eine zum Beispiel künstlich erzeugte laterale Variation der Oberflä
chenleitfähigkeit aufweisen, zur Herstellung lateral strukturierter Schich
ten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet werden. Das
Substrat taucht in den Elektrolyten ein. Das Potential des Substrats wird
statisch auf ein Potential eingeregelt, bei dem sich die Metallionen, aus
der die Beschichtung bestehen soll, alle auf dem Substrat abscheiden. Der
Leitelektrolyt enthält lediglich das Leitsalz und/oder mögliche Additive wie
Pufferlösungen, Glanzbildner oder ähnliches, so daß zunächst keine Ab
scheidung auf dem Substrat stattfindet. Bei der Abscheidung unedler
Metalle, deren Nernst-Potential negativer ist als das Nernst-Potential für
die Wasserstoffentwicklung an der jeweiligen Substratoberfläche in einem
wäßrigen Elektrolyten, wird gegebenenfalls Wasserentwicklung am
Substrat beobachtet.
Die Metallionen, die für die Zusammensetzung der jeweiligen Einzel
schichten benötigt werden, werden durch Auflösung der entsprechenden
Metalle von massiven Metallelektroden, die in den Leitelektrolyten eintau
chen, genau dosiert, entsprechend der gewünschten Schichtdicke und
Schichtzusammensetzung in Lösung gebracht und vollständig auf das
Substrat abgeschieden. Insbesondere lassen sich mit diesem Verfahren
die Einzelschichten eines Schichtpaketes vollständig und unabhängig
voneinander herstellen. Bei der bisher bekannten Herstellung von Multila
gen aus Elektrolytbädern, die gleichzeitig alle für die Herstellung des ge
samten Schichtpaketes benötigten Ionensorten enthalten, werden immer
die edleren Metallionen in die Schichten bestehend aus den unedleren
Metallionen miteingebaut. Beispielsweise erhält man bei zwei alternieren
den Schichten (a) und (b), die jeweils nur ein einziges Element (A) in
Schicht (a) und (B) in Schicht (b) enthalten sollen, wobei (A) edler ist als
(B), für die Einzelschichten (b) immer eine Legierung bestehend aus AxB1-x.
Das Nernst-Potential der Metallelektroden wird gemäß der elektrochemi
schen Spannungsreihe zunächst so eingestellt, daß sich von den Elektro
den keine Ionen auflösen. Durch eine kontinuierliche Potentialänderung
oder einen Potentialsprung zu Potentialen positiver als das Nernst-
Potential dieser Elektroden wird die Auflösung von den Metallelektroden
initiiert. Alle von den Metallelektroden aufgelösten Metallionen scheiden
sich auf dem Substrat ab, da dieses statisch auf einem Potential negativer
als das Nernst-Potential für die Abscheidung der Metallionen auf der
Substratoberfläche gehalten wird. Die während der Auflösung von den
Metallelektroden gemessene anodische Ladung ist ein Maß für die Zahl
der Metallatome, die in Lösung gegangen sind. Da diese Ladung mit einer
Ungenauigkeit von weniger als 10 µC gemessen werden kann, läßt sich die
Schichtdicke mit einer Ungenauigkeit von weniger als 0,02 atomaren Mo
nolagen festlegen. Die Präzision der Ladungsmessung erlaubt die Steue
rung der Schichtdicke, z. B. mittels eines externen Regelkreises, und die
Herstellung von ultradünnen Schichten im Monolagenbereich. Das Ende
der Schichtabscheidung wird dadurch erreicht, daß die Potentiale der
Metallelektroden wieder negativer eingestellt werden als das Nernst-
Potential für die Metallauflösung, so daß keine Metallionen mehr in den
Leitelektrolyten aufgelöst werden.
Mit anderen Worten zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung dadurch aus, daß der Beginn der Abscheidung durch Anhe
bung des Potentials zwischen der Elektrode und dem Substrat bzw. dem
Gegenstand über das Nernst-Potential für die Metallauflösung und das
Ende der Metallabscheidung durch Absenkung des angebrachten Potenti
als unterhalb des Nernst-Potentials bestimmt werden.
Alternativ kann der Beginn der Schichtabscheidung durch das Eintau
chen der Elektrode in den Elektrolyten und das Ende durch Herausnahme
der Elektrode aus dem Elektrolyten bestimmt werden. Hierbei können die
Metallelektroden ständig auf einem Potential gehalten werden, das positi
ver ist als das Nernst-Potential für die Auflösung des entsprechenden
Metalls.
Bei der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugs
weise so vorgegangen, daß eine die Atome des abzulagernden Metalls ent
haltende Elektrode vorgesehen wird und die vom Anfang bis Ende der Be
schichtung aufgrund des zwischen der Elektrode und dem Substrat bzw.
dem Gegenstand angebrachten Potentials durch die Elektrode hindurch
fließende Ladung gemessen und auf einen vorgegebenen Wert gesteuert
bzw. geregelt wird, welcher der erwünschten Gesamtzahl der von der
Elektrode herausgelösten und auf das Substrat bzw. den Gegenstand ab
zulagernden Metallionen entspricht.
Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird als Elektrolyt ein solcher
benutzt, der mangels eines zwischen der Elektrode und dem Substrat bzw.
dem Gegenstand angelegten, Metallatome von der Elektrode auflösenden,
Potentials zumindest im wesentlichen keine entsprechenden Metallionen
enthält.
Zur Bestimmung der Gesamtzahl der von der Elektrode herausgelösten
Metallatome wird vorzugsweise das Integral des zwischen der Elektrode
und dem Substrat bzw. dem Gegenstand fließenden Stroms als Funktion
der Zeit, d. h. das integral
gebildet, wo I den elektrischen
Strom, t die Zeit und t1 und t2 die Ein- bzw. Ausschaltzeiten darstellen.
Der Integralwert wird ständig überprüft und mit einem Sollwert vergli
chen, wobei das Ausschalten des elektrischen Stromes zu dem Zeitpunkt
t2 herbeigeführt wird, zu dem der Integralwert dem vorgegebenen Wert
entspricht.
Die Erfindung kann auch zur Herstellung von metallischen Legierungen
als Einzelschichten benutzt werden. Die Herstellung von metallischen Le
gierungen als Einzelschichten funktioniert analog zum bisher beschriebe
nen Verfahren, jedoch mit dem Unterschied, daß es entweder für jedes in
der Legierung enthaltende Element eine separate Metallelektrode gibt oder
daß nur eine einzige Metallelektrode benutzt wird, die bereits aus einer
Legierung besteht.
Im ersten Fall zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch
aus, daß zur elektrochemischen Beschichtung des Substrats bzw. des Ge
genstandes mit einer Legierung für jedes Legierungsbestandteil eine jewei
lige Elektrode vorgesehen wird und die Potentiale der verschiedenen Me
tallelektroden so eingeregelt werden, daß die in der Zeiteinheit gemesse
nen anodischen Ladungen bzw. die Ionenströme von den einzelnen Metal
lelektroden in den Elektrolyten bei gleichem Ionenladungszustand wäh
rend der Beschichtung dem Verhältnis der Legierungsbestandteile in der
abzuscheidenden Legierung entsprechen.
Falls die Metallionen unterschiedliche Ladungszustände aufweisen, z. B.
Fe3+ und Cu2+, werden die Ionenströme einfach statt im Verhältnis 1 : 1
im Verhältnis 3 : 2 eingestellt. Beispielsweise werden die Ionenströme zur
Herstellung einer Legierung A80/B20, z. B. Ni80/Fe20, im Verhältnis 4 : 1 der
A-Elektrode zur B-Elektrode eingestellt bei jeweils zweiwertigen Ionen.
Im zweiten Fall wird eine, alle Legierungsbestandteile umfassende Elek
trode benutzt, wobei das Verhältnis der Legierungsbestandteile im Regel
fall abweichend zur erwünschten Legierung so gewählt wird, daß bei ei
nem bestimmten Potential dieser Elektrode die Legierungsbestandteile je
weils in der gewünschten Konzentration in Lösung gehen.
Bei Verwendung einer Legierung als Elektrodenmaterial zur Herstellung
einer Legierungsschicht, um die Verwendung einzelner Metallelektroden
zu umgehen und das Verfahren zu vereinfachen, muß nämlich sicherge
stellt werden, daß sich die einzelnen Komponenten der Legierung in der
richtigen Konzentration auflösen, da nur ein einziges Potential an dieser
Legierungselektrode angelegt werden kann, verschiedene Metalle jedoch
unterschiedliche Nernst-Potentiale aufweisen. Dies kann durch Verände
rung des Legierungsverhältnisses der Bestandteile in der Metallelektrode
erreicht werden, so daß bei einem bestimmten Potential dieser Elektrode
die Legierungsbestandteile in der gewünschten Konzentration in Lösung
gehen.
Nach der in der beschriebenen Weise aufgebrachten ersten Einzelschicht
(a) werden sämtliche Metallelektroden, die für diese Einzelschicht erfor
derlich waren, aus dem Elektrolyten entfernt und die Metallelektroden für
die zweite Einzelschicht (b) in Kontakt mit dem Elektrolyten gebracht.
Während dieses Vorganges werden die Potentiale der Metallelektroden so
eingestellt, daß keine unerwünschte Auflösung der Metallelektroden oder
Abscheidung auf den Metallelektroden erfolgt. Analog zur ersten Einzel
schicht (a) wird nun wiederum eine definite Ladungsmenge von den Me
tallelektroden aufgelöst. Die Ionen werden wieder sofort auf dem Substrat
abgeschieden. Durch das Wechseln der Elektroden zwischen den jeweili
gen Einzelschichten können beispielsweise sowohl Legierungen aus Ein
zelschichten als auch Elemente reiner Einzelschichten erzeugt werden,
oder Kombinationen aus einer Legierung als Einzelschicht (a) und eines
reinen Elements als Einzelschicht (b).
Das Verfahren kann zur Herstellung von Schichtpaketen mit beliebig vie
len unterschiedlichen Einzelschichten verwendet werden. Insbesondere ist
das Verfahren auch geeignet, genau eine Einzelschicht bestehend aus ei
nem reinen Element oder einer Legierung herzustellen.
Bei der Durchführung der zweiten Verfahrensvariante des erfindungsge
mäßen Verfahrens werden die Metallionen, die für die Zusammensetzung
der jeweiligen Einzelschichten benötigt werden, aus Lösungsreservoirs
entsprechend der gewünschten Schichtdicke genau dosiert zugegeben und
vollständig auf dem Substrat abgeschieden. Insbesondere lassen sich mit
diesem Verfahren die Einzelschichten eines Schichtpaketes vollständig
und unabhängig voneinander herstellen.
Dies erfolgt dadurch, daß jeweilige Volumen von den Metallen der jeweili
gen Schichten entsprechenden Metallsalzlösungen nacheinander dem
Elektrolyten zugegeben werden.
Die auf dem Substrat abzuscheidenden Ionen werden dem Leit-
Elektrolyten mittels einer Dosiereinrichtung genau dosiert zugegeben. Die
Menge der pro Schicht zuzugebenden Flüssigkeit hängt von der ge
wünschten Schichtdicke, der Fläche des Substrats und der Konzentration
der Lösungen in den Reservoirs ab. Das Flüssigkeitsvolumen liegt typi
scherweise im Bereich von 1 nl bis 100 µl. Die Zudosierung erfolgt separat
für jede einzelne Schicht des Schichtpaketes. Alle zudosierten Metallionen
scheiden sich auf dem Substrat ab, da dieses statisch auf einem Potential
negativer als das Nernst-Potential für die Abscheidung der Metallionen auf
die Substratoberfläche gehalten wird.
Die Zudosierung der Metallsalzlösung aus einem Lösungsreservoir läßt
sich auf einem vorbestimmbaren Wert hin regeln bzw. steuern. Mit ande
ren Worten, mit der Einstellung der Metallionenkonzentrationen der Lö
sungen in den Reservoirs bzw. des zugegebenen Volumens läßt sich die
Schichtdicke regeln und mittels eines externen Regelkreises auch steuern.
Die Schichtabscheidung endet automatisch, wenn alle Metallionen aus
dem Elektrolyten auf dem Substrat abgeschieden sind.
Die Herstellung von metallischen Legierungen als Einzelschichten funk
tioniert analog mit dem Unterschied, daß es für jedes in der Legierung
enthaltende Element eine separate Dosiereinrichtung und ein separates
Lösungsreservoir gibt. In diesem Fall wird die Konzentration in den ein
zelnen Reservoiren und die Zudosierung der einzelnen Volumen zum
Elektrolyten so eingeregelt, daß die Zahl der jeweils insgesamt und in der
Zeiteinheit zugegebenen Metallionen dem Verhältnis des entsprechenden
Legierungsbestandteils in der abzuscheidenden Legierung entspricht.
Durch Variation der Zudosierung der einzelnen Bestandteile können auch
Schichten mit graduierter Zusammensetzung hergestellt werden.
Alternativ hierzu kann ein einziges Lösungsreservoir mit einer gemischten
Lösung vorgesehen werden, die alle für die jeweilige Einzelschicht benö
tigten Ionen bereits in der richtigen Konzentration enthält.
Als Beispiel kann man die Herstellung einer Legierung A80/B20, z. B.
Ni80/Fe20, betrachten. Hierzu beträgt das zuzugebende Volumen der
Ni-Lösung das vierfache des Volumens der Fe-Lösung unter der Vorausset
zung gleicher Konzentration der Lösungen.
Im zweiten Fall (nur ein einziges Lösungsreservoir) muß das Konzentrati
onsverhältnis der Legierungsbestandteile im Lösungsreservoir bereits dem
Verhältnis der abzuscheidenden Legierung entsprechen. Eine Feinab
stimmung des Herstellungsverfahrens konnte durch Variation des Kon
zentrationsverhältnisses der zugegebenen Ionen abweichend von der ge
wünschten Legierungszusammensetzung auf dem Substrat erreicht wer
den.
Nach der in der beschriebenen Weise aufgebrachten ersten Einzelschicht
(a) werden nun wiederum definierte Volumina der Lösungen zugegeben,
die für die zweite Einzelschicht (b) erforderlich sind. Die zuzugebenen Io
nen werden wieder sofort auf dem Substrat abgeschieden. Durch abwech
selnde Zugabe verschiedener Ionensorten können beispielsweise sowohl
Legierungen als Einzelschichten als auch Elemente reiner Einzelschichten
erzeugt werden, oder Kombinationen aus einer Legierung als Einzelschicht
(a) und eines reinen Elements als Einzelschicht (b). Das Verfahren kann
zur Herstellung von Schichtpaketen mit beliebig vielen unterschiedlichen
Einzelschichten verwendet werden. Insbesondere ist das Verfahren auch
geeignet, genau eine Einzelschicht bestehend aus einem reinen Element
oder einer Legierung herzustellen.
Selbst wenn bei der zweiten Variante der Erfindung man zunächst meinen
könnte, daß relativ kleine Volumen der Metallsalzlösungen erforderlich
sind, so daß die Zudosierung nicht sehr genau sein wird, besteht eine
einfache Möglichkeit, die Genauigkeit der Zudosierung nach Belieben zu
erhöhen. Man muß lediglich die jeweiligen Metallsalzlösungen verdünnen,
was zweckmäßigerweise mit dem verwendeten Elektrolyten erfolgen kann.
Zwar wird im Laufe der Zeit die Menge des Elektrolyten zunehmen, dies
kann aber aus dem Bad entfernt und wiederverwendet werden. Bei der
Serienherstellung von Produkten mittels des erfindungsgemäßen Verfah
rens können relative große Metallsalzlösungsreservoire vorgesehen werden
und die Zudosierung der Metallsalzlösungen für die jeweiligen Schichten
mittels beispielsweise elektrisch betätigten Ventilen gesteuert werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung lassen sich den Unteran
sprüchen entnehmen.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausfüh
rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Vari
ante 1,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Revolverkopfes, der zur
Auswechslung der Elektroden in einer Vorrichtung ähnlich der
Fig. 1 angewendet werden kann, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchfüh
rung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der zweiten Vari
ante.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist zunächst ein Behälter 10 zu sehen, der mit
einem Elektrolyten 12 gefüllt ist. Innerhalb des Behälters 10 befindet sich
das zu beschichtende Substrat bzw. der zu beschichtende Gegenstand 14
und eine Metallelektrode 16, die dem Substrat 14 direkt gegenüberliegt
und vorzugsweise auch die gleiche Oberflächengröße und -form aufweist,
wobei die beiden Oberflächen zueinander parallel verlaufen. Die Seiten der
Elektrode sind mit einer Isolierung 18 versehen, um möglichst gleichmä
ßige Strompfade zwischen der Elektrode 16 und dem Substrat 14 sicher
zustellen, die der Gleichmäßigkeit der Beschichtung zugute kommt.
Als Leitelektrolyte werden einfache Elektrolyte verwendet, wie z. B. H2SO4,
Na2SO4, HClO3 in Konzentrationen im Bereich von 0,01 M bis etwa 1 M
(M = molar, Mol/l), bisweilen mit Zusätzen (Additiven) wie z. B. Borsäure,
Sulfaminsäure, Sacharin, um Potentialverschiebungen (bei der Abschei
dung) zu erzielen. Es können auch gegebenenfalls an sich bekannte, wei
tere Zusätze (z. B. sog. "Glanzbildner") verwendet werden, um spezielle
Schicht-Wachstumseigenschaften zu erhalten.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Potential von einer Gleich
stromquelle 20 über die Leitungen 22, 24 am Substrat bzw. an der Elek
trode angelegt. Die Spannungsquelle ist hier der Darstellung halber als
Batterie gezeigt. Es kann aber jede geeignete Gleichstromquelle verwendet
werden.
Um das Potential an der Elektrode 16, d. h. der Potentialunterschied zwi
schen der Elektrode 16 und dem Substrat 14, einzustellen, befindet sich
im Stromkreis 22, 24 ein regelbarer Widerstand 26, dessen beweglicher
Arm 28 von einem Motor 30 verändert werden kann, und zwar aufgrund
von Antriebsbefehlen, die vom Computer 32 über die Leitung 34 kommen.
Auch dieser Teil der Darstellung ist rein schematisch zu verstehen. In der
Praxis wird sie auf elektronische Art und Weise realisiert, d. h. ohne be
wegliche Teile.
Die Höhe der eingestellten Spannung kann vom Spannungsmeßgerät 36
abgelesen werden und wird über die Leitung 38 vom Computer 32 über
wacht. Auch die Art der Spannungsmessung ist rein schematisch zu ver
stehen.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Erfassung der von der Elektrode 16
aufgelösten Metallatome, z. B. Co2+, Fe2+, Ni2+, Cu2+ etc., die durch die di
rekte Auflösung vom Metall der Elektrode entstehen und auf das Substrat
14 abgelagert werden, ist der Strom im Stromkreis 22, 24. Dies wird mit
tels des Strommeßgerätes 40 erfaßt, wobei der gemessene Stromwert über
die Leitung 42 an den Computer 32 weitergeleitet wird. Im Stromkreis be
findet sich außerdem ein Schalter 44, der über die Leitung 46 vom Com
puter angesteuert werden kann, um die Vorrichtung ein- und auszu
schalten. Alle Bauelemente des Stromkreises 22, 24 sind lediglich sche
matisch zu verstehen, um das erfindungsgemäße Prinzip zu verdeutlichen.
In der Praxis werden sie zweckmäßigerweise mit elektronischen Bauteilen
ersetzt, die keine beweglichen Teile umfassen und eine höhere Genauig
keit bzw. bessere Anpassung an den Computer 32 ermöglichen. Der Com
puter 32 verfügt über eine Tastatur 48, die zur Eingabe der jeweils er
wünschten Betriebsparameter herangezogen werden kann. Auch verfügt
der Computer über einen inneren Taktgeber, der für die Zeitmessung her
angezogen werden kann. Man sieht, daß die Vorrichtung gemäß Fig. 1 im
stande ist, das erfindungsgemäße Verfahren nach der ersten Variante
durchzuführen. Im übrigen verfügt der Computer 32 über übliche Pro
grammspeicher, Drucker und andere Peripheriegeräte (hier nicht gezeigt),
um einen bequemen Betrieb zu ermöglichen. Beispielsweise können am
Bildschirm die eingegebenen Parameter angezeigt und ein Protokoll über
den Verlauf des Verfahrens ausgedruckt werden. Auch können Program
me und Werte für die Herstellung bzw. Beschichtung diverser Gegenstän
de gespeichert werden und stehen zur zukünftigen Verwendung zur Ver
fügung.
Der Beginn und das Ende des Beschichtungsverfahrens können entweder
durch Betätigung des gesteuerten Schalters 44 vom Computer 32 bewerk
stelligt werden, oder bei geschlossenem Schalter 44 durch Veränderung
des an der Elektrode 16 vorliegenden Potentials über den regelbaren Wi
derstand 26, so daß bei Überschreitung des Nernst-Potentials die elektro
chemische Beschichtung des Substrats 14 beginnt und bei Unterschrei
tung des Nernst-Potentials beendet wird. Unabhängig davon, nach wel
chem Verfahren gearbeitet wird, wird über das Strommeßgerät 40 der je
weils fließende Strom gemessen. Aus dem gemessenen Strom kann vom
Computer das in der Beschreibungseinleitung erwähnte Integral
ständig gebildet und mit einem Referenzwert verglichen
werden, der über die Tastatur 48 eingegeben wurde. Dieser Referenzwert
entspricht der Gesamtzahl der Metallionen, die von der Elektrode 16 her
ausgelöst und zur Beschichtung des Substrats 14 dienen. Der Referenz
wert wird im voraus berechnet aus der zu beschichtenden Fläche des
Substrats 14 und der erwünschten Dicke der Beschichtung. Sobald das
vom Computer 32 gebildete Integral dem Referenzwert entspricht, wird
das Beschichtungsverfahren vom Computer beendet, entweder durch Be
tätigung des Schalters 44 oder durch Veränderung des regelbaren Wider
standes 26, so daß das an der Elektrode 16 angebrachte Potential unter
dem Nernst-Potential liegt.
Der sich im Behälter 10 befindliche Elektrolyt 12 wird während dieses
Verfahrens nicht verbraucht und enthält außer der von der Elektrode 16
ausgelösten Metallionen keine Metallionen, wenigstens keine Metallionen,
die durch den angebrachten Potentialunterschied auf das Substrat aufge
bracht werden könnten. Es ist denkbar, daß sich die Konzentration des
Elektrolyts 12 aufgrund von Wasserstoffentwicklung verändert. Es ist je
doch ohne weiteres möglich, die Konzentration des Elektrolyts, die ohne
hin unkritisch ist, von Zeit zu Zeit zu überprüfen und gegebenenfalls zu
korrigieren.
Wenn es sich bei der Elektrode 16 um eine Legierung handelt, so daß die
auf das Substrat anzubringende Beschichtung ebenfalls aus einer Legie
rung besteht, so müssen die jeweiligen Anteile der Legierungsbestandteile
in der Elektrode im Regelfall abweichend vom erwünschten Verhältnis der
Legierungsbestandteile der Beschichtung gewählt werden, um das unter
schiedliche Auflösungsvermögen der einzelnen Legierungsbestandteile aus
der Elektrode 16 zu berücksichtigen, die stets nur mit einem Potentialun
terschied zum Substrat 14 betrieben werden kann.
Sollte es erwünscht werden, mehrere Schichten aus unterschiedlichen
Elementen oder aus unterschiedlichen Legierungen auf das Substrat 14
aufzubringen, kann dies dadurch erreicht werden, daß nach Ablagerung
jeder Schicht die jeweils benutzte(n) Elektrode(n) 16 manuell gegen eine
andere Elektrode bzw. gegen andere Elektroden ausgetauscht wird bzw.
werden, und zwar ohne den Elektrolyten 12 austauschen zu müssen. Die
ser Vorgang kann auch automatisiert werden, wie Fig. 2 zeigt. Hier sind
zwei Elektroden 16' und 16'' auf einem Drehteller 52 eines Revolverkopfes
50 in gleichmaßigem Winkelabstand voneinander angeordnet und bilden
einen Winkel mit dem Drehteller entsprechend der Winkellage der Dreh
achse 54 des Drehtellers, so daß sie in der Betriebsstellung, hier für die
Elektrode 16' gezeigt, die erwünschte Position (hier senkrecht) im Elektro
lytbehälter 10 annehmen. Die Lage der Drehachse 54 des Revolverkopfes
ist im Prinzip fest angeordnet. Dies kann dadurch geschehen, daß die
Welle des Drehkopfes 52 in ortsfesten Lagern (nicht gezeigt) aufgenommen
wird. Die Drehung des Revolverkopfes 50 erfolgt vom Motor 58, ggf. unter
Steuerung des Computers 32 in Fig. 1 (nicht gezeigt). Der Motor 58 kann
beispielsweise als Schrittmotor ausgebildet werden und ist somit imstan
de, die auf dem Drehteller 52 angebrachte Elektrode nach einer entspre
chenden winkelmäßigen Umdrehung gemäß dem Pfeil 60 in die er
wünschte Betriebsstellung zu bringen. Obwohl hier nur zwei Elektroden
gezeigt sind, können mehrere Elektroden vorgesehen werden. Sie werden
üblicherweise gleichmäßig verteilt um den Umfang des Drehtellers 52. Im
Prinzip bestehen keine Beschränkungen über die Zahl der Elektroden. Es
sollte sich jedoch nur die jeweils erwünschte Elektrode zu einem Zeit
punkt im Elektrolyten 12 befinden.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 kann auch verwendet werden, um den Be
ginn und das Ende des jeweiligen Beschichtungsschrittes zu bestimmen,
indem am Beginn der Beschichtung die jeweilige Elektrode 16' bzw. 16'' in
den Elektrolyten eingetaucht wird und am Ende des Beschichtungs
schrittes wieder aus dem Elektrolyten 12 herausgenommen wird.
Schließlich zeigt Fig. 3 eine Möglichkeit, die zweite Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Alle Bestandteile der
Vorrichtung gemäß Fig. 3, die Elementen nach Fig. 1 entsprechen, sind
mit einem Bezugszeichen versehen, das um 100 höher liegt als das ent
sprechend Bezugszeichen in Fig. 1. Solche Bestandteile werden hier nur
weiter beschrieben, wenn sie eine besondere Bedeutung für die Vorrich
tung gemäß Fig. 3 haben.
In Fig. 3 sieht man den Behälter 110, der auch hier einen Elektrolyten
112 umfaßt, der im Ausgangszustand keine Metallionen enthält. Es han
delt sich auch hier um einen Elektrolyten wie oben im Zusammenhang
mit der Beschreibung von Fig. 1 benannt. Dem Substrat 114 gegenüber
liegt eine Elektrode 116, die aber in diesem Fall aus einem Material be
steht, das durch das angebrachte Potential nicht aufgelöst wird, so daß
das Substrat 114 nicht mit Atomen aus dieser Elektrode 116 beschichtet
wird. Es kann sich hier beispielsweise um eine Elektrode aus Kohlenstoff
handeln. Die für die Beschichtung erforderlichen Metallionen werden in
dieser Ausführungsvariante von jeweiligen Reservoiren 170A, 170B und
170C geliefert, die jeweilige Metallsalzlösungen enthalten. Die Metallionen,
die benötigt sind, werden hier in Form der Zugabe einer Lösung geliefert,
die Anionen, im Regelfall die Anionen des Leitelektrolyts, enthält, also
Sulfate, Perchlorate. Jedes Reservoir 170A-C kommuniziert mit
dem Behälter 110 über eine jeweilige Leitung 172A-C. In jeder Leitung be
findet sich eine jeweilige Dosiervorrichtung 174A-C. Jede Dosiervorrich
tung wird über eine entsprechende Leitung 176A-C vom Computer 132
angesteuert und ist so ausgelegt, daß sie eine genau vorgebbare Menge
der im entsprechenden Reservoir 170A-C enthaltende Metallsalzlösung in
den Behälter 110 einfließen läßt. Aufgrund des Potentialunterschiedes
zwischen der Elektrode 116 und dem Substrat 114 werden alle in den
Elektrolyten 110 eingeführte Metallionen aus den Metallsalzlösungen der
Reservoire 170A-C auf das Substrat 114 abgelagert. Die Dicke der Schicht
wird durch die Anzahl an Metallionen bestimmt, die in den Behälter 110
aus den jeweiligen Reservoiren 170A-C eingelassen werden. Diese Anzahl,
die im voraus unter Berücksichtigung der Fläche des Substrats 114 und
der erwünschten Schichtdicke berechnet wird, hängen von der Konzen
tration der Ionen in der Metallsalzlösung und von der durch die jeweilige
Dosiervorrichtung 174A-C in den Behälter 110 eingelassenem Dosiervo
lumen der jeweiligen Metallsalzlösung ab. Es sind für verschiedene Do
sierzwecke, vor allem auf dem Gebiet der Biochemie, sehr genau arbeiten
de Dosiervorrichtungen bekannt, die sich für die Zwecke der Erfindung
ohne weiteres benutzen lassen.
Die Zeichnung der Fig. 3 ist rein schematisch zu verstehen. Es dürfte un
günstig sein, wenn tatsächlich ein Rohrstück sich zwischen der Dosiervor
richtung und dem Behälter 110 befindet, da dieses Rohrstück ein gewis
ses Volumen aufweist. Es dürfte auch schwierig sein, sicherzustellen, daß
alle Metallionen, die sich in einem entsprechenden Rohrstück befinden,
tatsächlich auf das Substrat 114 gelangen. Genau arbeitende Dosiervor
richtungen haben normalerweise eine Dosierspitze, die sehr klein ausge
bildet ist, um solche Probleme mit Restmengen zu vermeiden. Es bestünde
bei der vorliegenden Erfindung aber ohne weiteres die Möglichkeit, solche
Restmengen mittels einer zusätzlichen Menge an Elektrolyt aus eventuell
vorhandenen Rohrstücken herauszuspülen. Es kann auch von Vorteil
sein, ein Rohrwerk (nicht gezeigt) im Behälter 110 vorzusehen, um sicher
zugehen, daß eventuell vorhandene Metallionen zwischen der Elektrode
116 und dem Substrat 114 gelangen und auf diese Weise auf das Substrat
114 abgelagert werden. Auch können die Dosierspitzen der Dosiervor
richtungen in die dem Substrat 114 gegenüberliegende Oberfläche der (hier
nicht verbrauchten) Elektrode münden.
Auch bei dieser Ausführungsform können der Beginn und das Ende das
Verfahrens über den Schalter 114 bzw. über den regelbaren Widerstand
126 bestimmt werden. Eine Beschichtung des Substrats 114 findet jedoch
nur dann statt, wenn sich die entsprechenden Metallionen im Behälter
110 befinden. Dies setzt voraus, daß die Metallionen von der entsprechen
den Dosiervorrichtung 174A-C in den Behälter 110 eingespeist werden.
Somit kann auch die Ansteuerung der Dosiervorrichtung benutzt werden,
um den Beginn und das Ende des Beschichtungsverfahrens zu steuern.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 hat den weiteren Vorteil, daß man sehr fle
xibel arbeiten kann. Die Reservoire 170A-C können unterschiedliche Me
tallsalzlösungen enthalten für unterschiedliche Metalle. Es können somit
Einzelschichten aus jeweiligen Elementen auf das Substrat 114 abgelagert
werden, je nachdem, wie die Dosiervorrichtungen 174A-C angesteuert
werden. Sollte es aber erwünscht sein, anstatt eine Schicht bestehend aus
einem Element auf dem Substrat 114 abzulagern, können Legierungs
schichten auf das Substrat abgelagert werden, in dem Metallionen in dem
jeweils erwünschten Verhältnis von den jeweiligen Reservoiren 170A-C in
den Behälter 110 eingespeist werden. Um Schichtfolgen aus unterschied
lichen Elementen oder aus unterschiedlichen Legierungen auf das
Substrat 114 abzulagern, ist es nur erforderlich, die Dosiervorrichtungen
174A-C entsprechend anzusteuern. Selbstverständlich ist keine Be
schränkung auf lediglich drei Reservoire 170A-C und drei Dosiervorrich
tungen 174A-C gegeben. Die Anzahl kann statt dessen beliebig gewählt
werden. Man kann auch nur mit einem Reservoir arbeiten. Wenn man ei
ne Vorrichtung mit nur einem Reservoir wählt, können Schichten aus
unterschiedlichen Elementen auf das Substrat 114 abgelagert werden,
wenn man je nach Schicht die Metallsalzlösung im Reservoir wechselt.
Man kann aber auch eine Vorrichtung entsprechend Fig. 3, jedoch mit
nur einem Reservoir, verwenden, um das Substrat mit einer Legierung zu
beschichten. Zu diesem Zweck muß dann das Reservoir die entsprechen
den Metallionen enthalten, die zur Bildung der Legierung erforderlich
sind, und zwar in der jeweiligen Konzentration.
Claims (24)
1. Verfahren zur elektrochemischen Beschichtung eines Substrats bzw.
eines Gegenstandes (14, 114), bei dem in einen Elektrolyten (12, 112)
eingeführte Metallionen mittels eines am Substrat bzw. am Gegen
stand angelegten Potentials auf dieses bzw. auf diesen abgelagert
werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtzahl der für die
Herstellung der erforderlichen Beschichtung erforderlichen Metallio
nen vorgegeben und in die Elektrolyten (12, 112) eingegeben wird
und zumindest im wesentlichen alle der in den Elektrolyten eingege
benen Metallionen auf das Substrat bzw. auf den Gegenstand (14,
114) abgelagert werden, wodurch die Beschichtung mit genau der er
wünschten Schichtdicke erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die
Atome des abzulagernden Metalls enthaltende Elektrode (16) vorge
sehen wird und die vom Anfang bis Ende der Beschichtung aufgrund
des zwischen der Elektrode (16) und dem Substrat (14) bzw. dem Ge
genstand angebrachten Potentials durch die Elektrode hindurch flie
ßende Ladung (40) gemessen und auf einen vorgegebenen Wert ge
steuert bzw. geregelt wird, welcher der erwünschten Gesamtzahl der
von der Elektrode (16) herausgelösten und auf das Substrat (14) bzw.
den Gegenstand abzulagernden Metallionen entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Elek
trolyt (12) ein solcher benutzt wird, der mangels eines zwischen der
Elektrode (16) und dem Substrat (14) bzw. dem Gegenstand angeleg
ten, Metallatome von der Elektrode (16) auflösenden, Potentials zu
mindest im wesentliche keine entsprechende Metallionen enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Bestimmung der Gesamtzahl der von der Elektrode
(16) herausgelösten Metallatome das Integral des zwischen der Elek
trode (16) und dem Substrat bzw. dem Gegenstand fließenden Stroms
als Funktion der Zeit, d. h. das Integral
gebildet wird, wo I den elektrischen Strom, t die Zeit und t1 und t2 die Ein- bzw. Ausschaltzeiten darstellen.
gebildet wird, wo I den elektrischen Strom, t die Zeit und t1 und t2 die Ein- bzw. Ausschaltzeiten darstellen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Beginn der Schichtabscheidung durch das
Eintauchen der Elektrode (16) in den Elektrolyten (12) und das Ende
durch Herausnahme der Elektrode aus dem Elektrolyten bestimmt
wird (Fig. 2).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß der Beginn der Abscheidung durch Anhebung des Potentials
zwischen der Elektrode (16) und dem Substrat (14) bzw. dem Gegen
stand über das Nernst-Potential für die Metallauflösung und das En
de der Metallabscheidung durch Absenkung des angebrachten Po
tentials unterhalb des Nernst-Potentials bestimmt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß zur elektrochemischen Beschichtung des
Substrats (14) bzw. des Gegenstandes mit einer Legierung für jedes
Legierungsbestandteil eine jeweilige Elektrode vorgesehen wird und
die Potentiale der verschiedenen Metallelektroden so eingeregelt wer
den, daß die in der Zeiteinheit gemessenen anodischen Ladungen
bzw. die Ionenströme von den einzelnen Metallelektroden in den
Elektrolyten bei gleichem Ionenladungszustand während der Be
schichtung dem Verhältnis der Legierungsbestandteile in der abzu
scheidenden Legierung entsprechen.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß eine, alle Legierungsbestandteile umfas
sende Elektrode (16) benutzt wird, wobei das Verhältnis der Legie
rungsbestandteile im Regelfall abweichend zur erwünschten Legie
rung so gewählt wird, daß bei einem bestimmten Potential dieser
Elektrode die Legierungsbestandteile jeweils in der gewünschten Kon
zentration in Lösung gehen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß für die Anbringung einer Schichtfolge aus
Schichten unterschiedlicher Elemente bzw. Legierungen nach An
bringung einer Schicht die für diese Schicht erforderliche Elektrode
(16' bzw. 16'') bzw. Elektroden aus dem Elektrolyten (12) entfernt und
mit der Elektrode (16' bzw. 16'') bzw. mit den Elektroden ersetzt wird
bzw. werden, die für die Erzeugung der nächsten Schicht benötigt ist
bzw. sind.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es da
durch durchgeführt wird, daß ein bestimmtes, die Gesamtzahl der
Metallionen enthaltendes Volumen einer Metallsalzlösung dem Elek
trolyten (112) zugegeben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Her
stellung von mehreren Schichten auf einem Substrat bzw. Gegen
stand jeweilige Volumina von den Metallen der jeweiligen Schichten
entsprechenden Metallsalzlösungen nacheinander dem Elektrolyten
(112) zugegeben werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Metallsalzlösungen aus jeweiligen
Lösungsreservoiren (170A-170C) dem Elektrolyten dosiert
(174A-174C) zugegeben werden.
13. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu
dosierung der Metallsalzlösung aus einem Lösungsreservoir (170A,
170B, 170C) auf einen vorbestimmbaren Wert hin geregelt bzw. ge
steuert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
zur elektrochemischen Beschichtung des Substrats bzw. des Gegen
standes mit einer Legierung ein Lösungsreservoir (170A-C) für jeden
Legierungsbestandteil vorgesehen ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kon
zentrationen in den einzelnen Reservoiren und die Zudosierung
(174A-C) der einzelnen Volumen zum Elektrolyten so eingeregelt
werden, daß die Zahl der jeweils zugegebenen Metallionen dem Ver
hältnis des entsprechenden Legierungsbestandteils in der abzuschei
denden Legierung entspricht.
16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß
zur elektrochemischen Beschichtung des Substrats (14) bzw. des Ge
genstandes mit einer Legierung ein Lösungsreservoir (170A) mit einer
gemischten Lösung verwendet wird, die alle für die jeweilige Legie
rung benötigten Ionen im Konzentrationsverhältnis der Legierungsbe
standteile enthält.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß mehrere Substrate (14, 114) bzw. Gegenstände
gleichzeitig beschichtet werden.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 17, da
durch gekennzeichnet, daß mehrere Substrate (14, 114) bzw. Gegen
stände eines bzw. einer nach dem anderen beschichtet werden, wobei
im Falle von der Ablagerung von mehreren Schichten entweder alle
Substrate und Gegenstände einer Losgröße zuerst mit der einen
Schicht beschichtet werden und dann alle mit der nächsten Schicht,
oder jedes Substrat bzw. jeder Gegenstand mit allen vorgesehenen
Schichten beschichtet wird, und dieses Verfahren bei den weiteren
Substraten bzw. Gegenständen wiederholt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge
kennzeichnet, daß bei der Herstellung eines Substrats bzw. eines Ge
genstandes mit einer lateralen Variation der Schichtdicken das
Substrat bzw. der Gegenstand eine entsprechende laterale Variation
der Oberflächenleitfähigkeit aufweist oder eine solche künstlich er
zeugt wird.
20. Gegenstand mit einer nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche hergestellten Beschichtung.
21. Gegenstand nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
um einen magnetoresistiven Sensor handelt, der aus einem Substrat
mit einer mehrfachen Schichtfolge bestehend aus abwechselnden
Kupfer-/Permalloyschichten besteht.
22. Gegenstand nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
um einen magnetoresistiven Sensor handelt, der aus einem Substrat
mit einer mehrfachen Schichtfolge aus abwechselnden Kupfer-/Kobalt
schichten besteht.
23. Gegenstand nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
um ein magnetisches RAM-Speicherelement handelt, das aus einem
Substrat und auf diesem abgelagerten Mehrlagenschichten aus einer
abwechselnden Folge aus magnetischen und nichtmagnetischen Ein
zelschichten besteht.
24. Gegenstand nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es sich
um einen Spiegel für Röntgenlicht handelt, der aus einem Substrat
mit einer Folge von mehreren metallischen und nichtmagnetischen
Schichten, z. B. aus Ni/Cu/Cr-Einzelschichten, besteht.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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