DE3047602C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufdampfen insbe
sondere sublimierbarer Stoffe im Vakuum, bestehend aus einem
mit einer Öffnung versehenen Behälter für das zu verdampfende
Material und einer Elektronenstrahlquelle mit Beschleunigungs
anode für die Erzeugung eines beschleunigten und fokussierten
Elektronenstrahls, der auf den Behälter gerichtet ist, wobei
im Strahlweg zwischen der Elektronenstrahlquelle und dem Be
hälter eine horizontale Aufprallplatte für den Elektronenstrahl
angeordnet ist, deren der Aufprallseite abgekehrte Unterseite
dem Behälterhohlraum zugekehrt ist und die den Behälter unter Frei
lassung einer Austrittsöffnung für den Dampfstrahl abdeckt, nach
DE-PS 26 28 765.
Dem Gegenstand des Hauptpatents lag die Aufgabe zugrunde, einen
universell verwendbaren Elektronenstrahlverdampfer sowie einen
Behälter hierfür anzugeben, mit welchem es möglich ist, pulver
förmiges sublimierbares Material von Anfang an kontinuierlich
und ohne Spritzen und Stauben über einen längeren Zeitraum
zu verdampfen. Diese Aufgabe wurde auch gelöst, indem beim
Gegenstand des Hauptpatents nicht der Boden und/oder die Seiten
wände des Behälters mit Elektronen bombardiert werden, sondern
eine horizontale Aufprallplatte, deren Unterseite dem Behälter
hohlraum und damit dem Verdampfungsgut zugekehrt ist. Durch den
Aufprall eines Elektronenstrahls entsprechender Intensität
heizt sich die Aufprallplatte beträchtlich auf und wirkt ihrer
seits als Wärmestrahler für die Beaufschlagung des Verdampfungs
guts mit der erforderlichen Verdampfungswärme. Die Verdampfung
erfolgt dabei kontinuierlich von oben her, d. h. es ist weit
gehend ausgeschaltet, daß durch den Dampfdruck darüberliegendes
Material emporgeschleudert wird.
Die Erfahrung hat gezeigt, daß es bei dem Gegenstand des
Hauptpatents u. a. wegen der kontinuierlich abnehmenden Menge
des Verdampfungsguts schwierig ist, eine konstante und einstell
bare Dampfzusammensetzung zu erzielen, da sich je nach der
Temperatur des Dampfes verschiedene Zusammensetzungen ein
stellen. Die verschiedenen Zusammensetzungen resultieren in
unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der aus dem
Dampf kondensierten Schicht wie z. B. der Dielektrizitätskon
stanten, der kristallinen Struktur, des optischen Brechungsindex,
der Dispersion etc. Dies gilt insbesondere beim Verdampfen in
einer reaktiven Atmosphäre, z. B. in Sauerstoff mit einem Partial
druck zwischen 10-1 und 10-6 mbar. Außerdem läßt sich die
Spritzer- und Flitterbildung nicht vollständig vermeiden.
Durch die DE-AS 25 47 552, Fig. 13, ist es bekannt, einem
über die Seitenwände mittels Elektronenstrahlen beheizten
Verdampfertiegel zur Vermeidung von Spritzern eine Dampf
leitung mit einem schraubenlinienförmigen Dampfkanal auf
zusetzen, der gleichfalls von der Seite her durch eine zu
sätzliche Elektronenquelle beheizt wird. Wegen der Beheizungs
art des Tiegels ist die bekannte Vorrichtung für sublimier
bares Material nicht oder nur bei sehr geringer Füllung ge
eignet. Der Hauptnachteil liegt jedoch in der Verwendung
zweier voneinander unabhängiger Elektronenquellen, die über
eigene Versorgungseinrichtungen geregelt werden müssen.
Wegen der mit Hochspannung zu betreibenden Elektronenquellen
und der dadurch bedingten Isolationsprobleme ist die bekannte
Vorrichtung sehr aufwendig. Sie ist außerdem schlecht zu füllen
und zu reinigen, so daß der Wiederverwendbarkeit, insbesondere
für unterschiedliche Aufdampfmaterialien, enge Grenzen ge
setzt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, die nicht wesent
lich komplizierter ist, als der Gegenstand des Hauptpatents,
mit einer einzigen Elektronenstrahlquelle auskommt und dennoch
einen spritzerfreien Dampfstrahl weitgehend konstanter Tempera
tur und Zusammensetzung erzeugt. Die Lösung der gestellten Auf
gabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung er
findungsgemäß dadurch, daß der Austrittsöffnung ein Strömungs
labyrinth vorgeschaltet ist, welches von Wänden begrenzt ist,
von denen mindestens eine durch den gleichen Elektronenstrahl
beheizbar ist.
Wesentlich ist beim Erfindungsgegenstand die Verwendung eines
beschleunigten und fokussierten Elektronenstrahls, der durch
bekannte Ablenkmittel auf bestimmte Zielflächen geleitet
werden kann, wie dies beispielsweise von der Kathodenstrahlröhre
her bekannt ist. Durch die vorzugsweise abwechselnde Beheizung
der horizontalen Aufprallplatte und der Wände des Strömungs
labyrinths lassen sich mittels des gleichen Elektronenstrahls
sowohl im Behälter als auch im Strömungslabyrinth Temperaturen
erzeugen, die einerseits die vorgeschriebene Dampfproduktion,
andererseits die vorgeschriebene Dampftemperatur in engen
Grenzen einzuhalten erlauben. Die Frequenz, mit denen der
Elektronenstrahl zwischen der Aufprallplatte und den Wänden
des Strömungslabyrinths hin- und herspringt, kann dabei ent
sprechend hoch gewählt werden, und insbesondere größer als
die Netzfrequenz sein. Durch die relativen Verweilzeiten des
Elektronenstrahls auf der Aufprallplatte einerseits und auf
den Wänden des Strömungslabyrinths andererseits lassen sich
exakt geregelte Temperaturpegel erreichen, welche zu einem
spritzerfreien Dampfstrahl mit den gewünschten Eigenschaften
führen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet für
sublimierende elementare Materialien, wie z. B. Chrom, aber
auch für andere elementare anorganische Materialien mit hohen
Dampfdrücken bei niedrigen Temperaturen, wie beispielsweise
Arsen, Phosphor, Selen, Schwefel, Tellur, Zink. Insbesondere
ist die Vorrichtung mit besonderem Erfolg einsetzbar für das
Verdampfen von Metallverbindungen in Form von Oxiden, Seleniden,
Telluriden, Chloriden, Fluoriden und Sulfiden:
Metalloxide:GeO, SiO, TiO, TiO2
Metallselenide:CdSe, ZnSe, PbSe
Metalltelluride:HgTe, PbTe
Metallchloride:NaCl
Metallfluoride:MgF2
Metallsulfide:CdS, ZnS, PbS
Der Erfindungsgegenstand läßt sich dadurch besonders einfach
und wirksam gestalten, daß das Strömungslabyrinth aus einem
die Austrittsöffnung mindestens teilweise begrenzenden Kragen
und einem innerhalb des Kragens angeordneten wärmeleitenden
Dorn besteht, dessen innerhalb der Austrittsöffnung liegende
Begrenzungsfläche durch den Elektronenstrahl beheizbar ist.
Es handelt sich hierbei um das in der Figur näher erläuterte
Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Hierbei trifft
der Elektronenstrahl abwechselnd auf die horizontale Aufprall
platte und auf die gleichfalls horizontale Begrenzungsfläche
des Dorns auf. Durch die gute Wärmeleitfähigkeit von Kragen
und Dorn heizen sich diese Teile auf ihrer gesamten Länge,
d. h. in die Tiefe des Behälters gehend, auf. Da die senkrechten
Seitenflächen von Kragen und Dorn mindestens einen parallel
wandigen Spalt einschließen, durch den der Dampf hindurchtritt,
bilden die betreffenden Teile einen äußerst wirksamen Wärme
tauscher für den Dampfstrom, so daß die gewünschte Wirkung
eintritt. Durch Veränderung der relativen Verweilzeiten, der
Brennfleckgröße etc. des Elektronenstrahls auf der Aufprall
platte einerseits und auf der Begrenzungsfläche des Dorns anderer
seits läßt sich der Temperaturpegel auf einfachste Weise
steuern. Es ist hierdurch möglich, exakt reproduzierbare Ver
dampfungsbedingungen und Dampfstrahl-Zusammensetzungen einzu
halten.
Der Kragen kann dabei unmittelbar an der Aufprallplatte be
festigt sein; es ist aber auch möglich, unterhalb der Auf
prallplatte einen zusätzlichen Behälterdeckel anzuordnen, an
dem der Kragen wärmeleitend befestigt ist, so daß Behälter
deckel und Kragen durch die Strahlungswärme der Aufprall
platte indirekt beheizt werden. Durch einfaches Abnehmen
der Aufprallplatte und/oder des Behälterdeckels läßt sich das
Labyrinth zu Reinigungszwecken leicht zerlegen, und der Be
hälter selbst ist zum Zwecke einer weiteren Beschickung
nach oben hin geöffnet.
Eine besonders einfache Herstellung des Behälters einschließ
lich des Labyrinths ist möglich, wenn die das Labyrinth
bildenden Teile sämtlich rotationssymmetrisch ausgebildet und
koaxial zueinander angeordnet sind. In diesem Falle können
Behälter und Aufprallplatte bzw. Behälterdeckel als einfache
Drehteile hergestellt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen
stand der übrigen Unteransprüche.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nach
folgend anhand der einzigen Figur näher erläutert, die einen
Vertikalschnitt durch einen als Verdampfer dienenden Behälter
zeigt.
In der Figur ist ein topfähnlicher Behälter 1 dargestellt, der
eine zylindrische äußere Wand 2 und einen ebenen Boden 3 be
sitzt. Im Zentrum des Bodens ist senkrecht auf diesem ein gut
wärmeleitender Dorn 4 in Form eines Zylinderabschnitts be
festigt, der unter Freilassung eines Ringspalts 5 kon
zentrisch von einer zylindrischen inneren Begrenzungs
wand 6 umgeben ist, die gleichfalls mit dem Boden 3 ver
bunden ist. Im Innern des Behälters 1 befindet sich ein
Behälterhohlraum 7, in dem sich in loser Schüttung der
zu verdampfende Stoff 8 befindet. In diesem Falle wird
der Stoff 8 zwischen der äußeren Wand 2 und der inneren
Begrenzungswand 6 in dem dadurch gebildeten Ringraum aufge
nommen.
Nach oben hin ist der Behälter 1 weitgehend durch einen Be
hälterdeckel 9 verschlossen, der aus einer Kreisscheibe 10
mit einem nach unten über die Wand 2 heruntergezogenen Rand 11
besteht. Die Kreisscheibe 10 besitzt in ihrer Mitte eine
Öffnung 12, von der ausgehend sich ein hohlzylindrischer
Kragen 13 nach unten erstreckt, dessen Innenwand die Ver
längerung der Öffnung 12 darstellt. Der Kragen 13 ist dampf
dicht mit der Kreisscheibe 10 verbunden und ragt über eine
merkliche Distanz h in den Ringspalt 5 zwischen der Begrenzungs
wand 6 und dem Dorn 4 hinein. Dies geschieht in der Weise, daß
sowohl innerhalb als auch außerhalb des Kragens 13 je ein Ring
spalt 5 a, 5 b gebildet wird.
Auf den Behälterdeckel 9 ist eine mit diesem kongruente Auf
prallplatte 14 mittels Distanzstücken 15 aufgesetzt, die in
ihrer Mitte eine Austrittsöffnung 16 für den Dampfstrahl be
sitzt, die mit der Öffnung 12 fluchtet.
Der Dorn 4 besitzt eine zylindrische Wand 17 und eine horizontale
Begrenzungsfläche 18, die in der oberen Fläche des Behälter
deckels 9 liegt. Auf diese Weise wird ein Strömungslaby
rinth 19 gebildet, welches von den Wänden 6 und 17 sowie
von den inneren und äußeren Wänden 13 a und 13 b des Kragens 13
begrenzt ist.
Dem Verdampfer ist eine nicht gezeigte Elektronenstrahlquelle
zugeordnet, die einen beschleunigten und fokussierten Elek
tronenstrahl 20 aussendet. Durch eine nicht gezeigte und zum
Stand der Technik gehörende Ablenkvorrichtung kann der Elek
tronenstrahl nach einem bestimmten Ablenkmuster abwechselnd
auf die Aufprallplatte 14 (20 a) oder auf die Begrenzungs
fläche 18 des Dorns 4 abgelenkt werden (20 b). Es handelt sich
um den gleichen Elektronenstrahl, der lediglich in zwei
möglichen verschiedenen Positionen (20 a und 20 b) gezeigt ist.
Durch den Beschuß mit Elektronen heizt sich die Aufprall
platte 14 auf und gibt ihre Wärme durch Strahlung an den darunter
liegenden Behälterdeckel 9 ab, der sich infolgedessen gleich
falls aufheizt. Er gibt infolgedessen seine Wärme durch Strahlung
an den Stoff 8 im Behälterhohlraum 7 ab, durch Leitung aber
auch an die zylindrische Wand 2. Gleichfalls wird die Wärme
des Behälterdeckels 9 durch Wärmeleitung in den Kragen 13
weitergeleitet. Die durch Elektronenbeschuß der Begrenzungs
fläche 18 erzeugte Wärme wird durch den Dorn 4 fortgeleitet,
dessen Wand 17 gleichfalls eine bestimmte Temperatur annimmt.
Als Werkstoff für die beschriebenen Teile werden hochschmelzende
Materialien, insbesondere Titan, Tantal, Molybdän, Wolfram,
Bornitrid, Titanborid verwendet, wobei die Wandstärke zwischen
ca. 0,2 und 1 mm beträgt.
Der Dorn kann grundsätzlich aus den gleichen Materialien her
gestellt werden, besitzt jedoch einen Durchmesser zwischen
2 und 20 mm.
Der bei entsprechender Erhitzung von dem Stoff 8 ausgehende
Dampf strömt zunächst über die Oberkante der Begrenzungswand 6
durch den Ringspalt 5 b nach unten, alsdann über die Unter
kante des Kragens 13 durch den Ringspalt 5 a nach oben und ver
läßt den Verdampfer schließlich durch die Öffnung 12 bzw.
die Austrittsöffnung 16. Da der Dampf hierbei mit den an
den Dampfweg angrenzenden Wänden in eine innige Berührung
gelangt, wird der Dampf schließlich auf die Temperatur der
betreffenden Wandflächen aufgeheizt, die innerhalb enger
Grenzen eingehalten werden kann.
Der dargestellte rotationssymmetrische Aufbau ist nur eine
beispielhafte Ausführungsform. Der Verdampfer kann auch
anders gestaltet sein, und beispielsweise einen rechteckigen
Querschnitt besitzen.
Die dargestellte Vorrichtung wird üblicherweise im Zusammen
hang mit einer Elektronenstrahlkanone und einer Behälterauf
nahme verwendet, wie dies im Hauptpatent dargestellt ist.
Claims (7)
1. Vorrichtung zum Aufdampfen insbesondere sublimierbarer
Stoffe im Vakuum, bestehend aus einem mit einer Öffnung
versehenen Behälter für das zu verdampfende Material
und einer Elektronenstrahlquelle mit Beschleunigungs
anode für die Erzeugung eines beschleunigten und fokus
sierten Elektronenstrahls, der auf den Behälter ge
richtet ist, wobei im Strahlweg zwischen der Elektronen
strahlquelle und dem Behälter eine horizontale Aufprall
platte für den Elektronenstrahl angeordnet ist, deren der
Aufprallseite abgekehrte Unterseite dem Behälterhohl
raum zugekehrt ist und die den Behälter unter Freilassung
einer Austrittsöffnung für den Dampfstrahl abdeckt nach
Patent 26 28 765, dadurch gekennzeichnet, daß der Aus
trittsöffnung (12, 16) ein Strömungslabyrinth (19) vorge
schaltet ist, welches von Wänden (6, 13 a, 13 b, 17) be
grenzt ist, von denen mindestens eine durch den gleichen
Elektronenstrahl (20) beheizbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Strömungslabyrinth (19) aus einem die Austritts
öffnung (12, 16) mindestens teilweise begrenzenden Kragen (13)
und einem innerhalb des Kragens angeordneten wärmeleitenden
Dorn (4) besteht, dessen innerhalb der Austrittsöffnung
liegende Begrenzungsfläche (18) durch den Elektronenstrahl (20)
beheizbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
sich der Kragen (13) von der Aufprallplatte (14) aus ge
sehen nach unten in den Behälterhohlraum (7) bis kurz
über den Behälterboden (3) und der wärmeleitende Dorn (4)
vom Behälterboden aus nach oben bis im wesentlichen zum
oberen Ende des Kragens (13) erstrecken.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kragen (13) von einer Begrenzungswand (6)
des Behälters (1) umgeben ist, die mit dem Behälterboden (3)
verbunden ist und innerhalb des Behälterhohlraums (7) eine
ringförmige Kammer für den zu verdampfenden Stoff (8) be
grenzt.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß unterhalb der Aufprallplatte (14) ein Be
hälterdeckel (9) angeordnet ist, an dem der Kragen (13)
wärmeleitend befestigt ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) und die das
Labyrinth (19) bildenden Teile rotationssymmetrisch ausge
bildet und koaxial zueinander angeordnet sind.
7. Betriebsverfahren für die Vorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Elektronenstrahlquelle eine
Steueranordnung für die Strahlablenkung zugeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektronenstrahl (20) nach einem Ab
lenkmuster über die Aufprallplatte (14) und die in der Aus
trittsöffnung (16) liegende Begrenzungsfläche (18) des Dorns (4)
geführt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19803047602 DE3047602A1 (de) | 1976-06-26 | 1980-12-17 | Vorrichtung zum aufdampfen insbesondere sublimierbarer stoffe im vakuum mittels einer elektronenstrahlquelle |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762628765 DE2628765C3 (de) | 1976-06-26 | 1976-06-26 | Vorrichtung zum Aufdampfen insbesondere sublimierbarer Stoffe im Vakuum mittels einer Elektronenstrahlquelle |
DE19803047602 DE3047602A1 (de) | 1976-06-26 | 1980-12-17 | Vorrichtung zum aufdampfen insbesondere sublimierbarer stoffe im vakuum mittels einer elektronenstrahlquelle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3047602A1 DE3047602A1 (de) | 1982-07-22 |
DE3047602C2 true DE3047602C2 (de) | 1988-10-20 |
Family
ID=25770623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19803047602 Granted DE3047602A1 (de) | 1976-06-26 | 1980-12-17 | Vorrichtung zum aufdampfen insbesondere sublimierbarer stoffe im vakuum mittels einer elektronenstrahlquelle |
Country Status (1)
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DE (1) | DE3047602A1 (de) |
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DE3406953C2 (de) * | 1983-04-19 | 1986-03-13 | Balzers Hochvakuum Gmbh, 6200 Wiesbaden | Verfahren zum Erwärmen von Heizgut in einem Vakuumrezipienten |
US4847469A (en) * | 1987-07-15 | 1989-07-11 | The Boc Group, Inc. | Controlled flow vaporizer |
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GB1456633A (en) * | 1972-09-15 | 1976-11-24 | Secr Defence | Alloy production high strength stainless steel having a high resistance to corrosive and abrasive wear in corrosive environments particu |
GB1483966A (en) * | 1974-10-23 | 1977-08-24 | Sharp Kk | Vapourized-metal cluster ion source and ionized-cluster beam deposition |
-
1980
- 1980-12-17 DE DE19803047602 patent/DE3047602A1/de active Granted
Also Published As
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DE3047602A1 (de) | 1982-07-22 |
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