DE3641437A1 - Feinteilchen-blasvorrichtung - Google Patents
Feinteilchen-blasvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Feinteilchen-Blasvorrichtung,
speziell eine Strömungs-Steuereinrichtung zum Blasen von
Feinteilchen, wie es beispielsweise bei der Film- und Schichterzeugung,
der Herstellung eines zusammengesetzten Materials,
bei Dotierungsarbeiten mit Feinteilchen oder bei der Erzeugung
neuer Feinteilchen eingesetzt werden wird.
Im vorliegenden Zusammenhang sind mit dem Begriff "Feinteilchen"
(oder Feinpartikel) Atome, Moleküle, ultrafeine
Teilchen und allgemein feine Teilchen bezeichnet. Ultrafeine
Teilchen sind solche Teilchen (in der Größe von im allgemeinen
0,5 µm oder weniger), die durch ein In-Gas-Verdampfungsverfahren,
ein Plasma-Verdampfungsverfahren, eine chemische
Reaktion in der Dampfphase und dergleichen unter Ausnutzung
einer Gasphasen-Reaktion, außerdem durch das Kolloid-
Ausfällungsverfahren, die Lösungs-Sprühpyrolyse und dergleichen
unter Ausnutzung der Flüssigphasen-Reaktion erhalten
werden. Allgemein feine Teilchen sind solche Feinteilchen,
die man durch herkömmliche Verfahren wie mechanisches
Brechen, Sedimentationsbehandlung und dergleichen erhält.
Der Begriff "Strahl" bedeutet hier einen strahlförmigen Strom,
der gerichtet mit höherer Dichte als im Umgebungsbereich in
eine gewisse Richtung strömt, ungeachtet der Querschnittsform.
Aus beispielsweise der japanischen Patentveröffentlichung
1 14 387/1981 ist eine Vorrichtung bekannt, in der eine Plasma-
Reaktionskammer in mehrere Kammern unterteilt ist, um in den
jeweiligen Kammern eine Schichterzeugung für Einzelschichten
im Zuge der Herstellung von amorphen Siliciumschichten mit
Heteroübergang zu erreichen.
In der bekannten Vorrichtung befindet sich auf einem Förderer
ein Substrat, und die Schichterzeugung erfolgt, während das
Substrat durch unterschiedliche Arten von Plasmaatmosphären
bewegt wird. Bei dieser Vorrichtung kann vermieden werden,
daß Verunreinigungen in die einzelnen Schichten gelangen,
nachteilig ist jedoch, daß für die Schichterzeugung insgesamt
realtiv viel Zeit benötigt wird, so daß es nicht möglich
ist, mit wirtschaftlich vernünftigem Aufwand einen laminierten
Film aus unterschiedlichen Stoffen zu bilden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe die wirtschaftliche Herstellung
einer laminierten Schicht aus unterschiedlichen Stoffen möglich
ist. Speziell auf einem großflächigen Substrat soll bei
relativ geringem Aufwand eine solche Schicht erzeugt werden
können.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene
Erfindung gelöst.
Bei einer ersten Ausführungsform enthält eine Feinteilchen-
Blasvorrichtung mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum
Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat.
Bei einer zweiten Ausführungsform enthält die Blasvorrichtung
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer
Gas-Anregungseinrichtung. Jede Kammer strahlt durch die Gas-
Anregungseinrichtung aktivierte Teilchen gegen ein bewegliches
Substrat.
Bei einer dritten Ausführungsform enthält die Blasvorrichtung
nach der Erfindung mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern
zum Ausstrahlen von Feinteilchen gegen ein bewegliches
Substrat, sowie eine Energieaufbringeinrichtung, mit deren
Hilfe Energie auf das Substrat aufgebracht werden kann.
Bei einer vierten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere
stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer Gas-
Anregungseinrichtung vorgesehen, wobei jede Kammer durch die
Anregungseinrichtung aktivierte Feinteilchen gegen ein bewegliches
Substrat strahlt, während eine Energieaufbringeinrichtung
vorgesehen ist, um auf das Substrat Energie aufzubringen.
Bei einer fünften Ausführungsform der Erfindung sind mehrere
stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen von Feinteilchen
gegen ein bewegliches Substrat vorgesehen, wobei
die stromaufwärts angeordneten Kammern bezüglich des Substrats
in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschiebbar sind.
Bei einer sechsten Ausführungsform sind mehrere stromaufwärts
angeordnete Kammern mit jeweils einer Gas-Anregungseinrichtung
vorgesehen, wobei jede Kammer von der Gas-Anregungseinrichtung
aktivierte Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat strahlt,
und weiterhin derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sie
in bezug auf das Substrat in Längsrichtung und in seitlicher
Richtung verschiebbar ist.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, das in Verbindung mit einer Schichtbildungs-
Vorrichtung eingesetzt wird,
Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht von Teilen der stromaufwärts
gelegenen Kammer und der Druckeinstellkammer,
Fig. 3(a)-(c) jeweils ein Beispiel für eine konvergierende/
divergierende Düse,
Fig. 4 bis 6 ein weiteres Beispiel für eine stromaufwärts
angeordnete Kammer, und
Fig. 7 und 8 schematische Skizzen weiterer Ausführungsbeispiele
der Erfindung.
Die im Rahmen der Erfindung eingesetzte Düse kann ein Rohr
mit im großen und ganzen parallelen Wänden, eine konvergierende
Düse, eine konvergierende/divergierende Düse und dergleichen
sein. Unter diesen Düsen-Typen wird die konvergierende/
divergierende Düse besonders bevorzugt, da sie in der
Lage ist, einen Überschall-Strahl von Feinteilchen zu erzeugen.
Im folgenden soll diese konvergierende/divergierende
Düse abgekürzt als KD-Düse bezeichnet werden.
Die KD-Düse 1 vermag den Strom von ausgestoßenen Gasen zu
beschleunigen, indem das Druckverhältnis P/P 0 zwischen dem
Druck auf der stromabwärts gelegenen Seite und dem Druck P 0
auf das stromaufwärts gelegenen Seite sowie das Verhältnis
A/A * der Querschnittsfläche A an der Auslaßöffnung 1 c bezüglich
der Querschnittsfläche A * am Halsabschnitt 1 b gesteuert
wird. Wenn das Druckverhältnis P/P 0 auf der stromaufwärts
gelegenen und der stromabwärts gelegenen Seite
größer ist als das kritische Druckverhältnis, erhält man
einen Strom mit einer Ausströmgeschwindigkeit an der KD-Düse 1,
die einer Unterschallgeschwindigkeit entspricht oder noch
niedriger liegt, so daß das Gas mit verminderter Geschwindigkeit
ausgestoßen wird. Ist andererseits das genannte Druckverhältnis
niedriger als das kritische Druckverhältnis, erhält
man als Ausströmgeschwindigkeit eine Überschallgeschwindigkeit
bei der KD-Düse, so daß die Feinteilchen mit
Überschallgeschwindigkeit ausgestoßen werden können.
Das oben erwähnte kritische Druckverhältnis ist im vorliegenden
Zusammenhang wie folgt definiert:
Wenn die Strömungsgeschwindigkeit mit der Schallgeschwindigkeit
übereinstimmt, stimmt das Druckverhältnis des Drucks P n
an dem Halsabschnitt (an der Einschnürung) der Düse in bezug
auf den Druck P 0 in der stromaufwärts gelegenen Kammer ideal
überein mit dem durch folgende Gleichung gegebenen Wert:
Dieser Wert R wird als kritisches Druckverhältnis bezeichnet.
γ ist ein spezifisches Wärmeverhältnis.
Die Geschwindigkeit des Feinteilchen-Stroms betrage u, die
Schallgeschwindigkeit an diesem Punkt a und das spezifische
Wärmeverhältnis des Gasstromes γ. Unter der Annahme,
daß sich der Gasstrom als kompressibler eindimensionaler
Strom adiabatisch expandiert, ergibt sich die erreichte
Machsche Zahl M des Gasstroms durch nachstehende Gleichung
(1) aus dem Druck P 0 auf der stromaufwärts gelegenen Seite
und dem Druck P auf der stromabwärtigen Seite. Der Wert M
wird 1 oder mehr, insbesondere dann, wenn P/P 0 geringer ist
als das kritische Druckverhältnis.
Die Schallgeschwindigkeit a ist als Funktion der lokalen
Temperatur T und der Gaskonstanten R wie folgt gegeben:
a = √γ R T
Zwischen der Querschnittsfläche A an der Ausströmöffnung 1 c
und der Querschnittsfläche A * im Halsabschnitt 1 b sowie der
Machschen Zahl M gibt es folgende Beziehung:
Durch Festlegen des Querschnittsflächen-Verhältnisses A/A *
entsprechend der Machschen Zahl M, die aus der obigen
Gleichung (1) bestimmt wird durch das Druckverhältnis P/P 0
des Drucks P auf der stromabwärts gelegenen Seite zu dem
Druck P 0 auf der stromaufwärts gelegenen Seite, oder durch
Steuern des Verhältnisses P/P 0 entsprechend dem aus Gleichung
(2) durch A/A * bestimmten Wert M läßt sich der aus
der KD-Düse ausgestoßene Strahl als stabil ausgestoßener
Strahl erhalten. Die Geschwindigkeit u des Gasstroms ist
jetzt durch folgende Gleichung (3) gegeben:
Wenn die Feinteilchen in einer gewissen Richtung als optimal
expandierter Überschall-Strahl ausgestoßen werden, wie es
oben erläutert wurde, bewegt sich der Feinteilchen-Strahl
geradeaus, während er im wesentlichen den Strahlquerschnitt
beibehält, den er hatte, als er unter Bildung eines Strahls
gerade ausgestoßen wurde. Folglich wird aus der Strömung
oder dem Strom der Feinteilchen ein Strahl, so daß der
Strahl unter den Raum auf der stromabwärts gelegenen Seite
bei minimaler Diffusion in einem räumlich unabhängigen Zustand
transportiert wird, ohne daß es zu Störungen mit der
Wandoberfläche auf der stromabwärts gelegenen Seite kommt,
wobei der Strahl Überschallgeschwindigkeit hat.
Da also die Feinteilchen in Form eines Strahls transportiert
werden und die Diffusion während des Transports minimal gehalten
wird, kommt es auch dann, wenn unterschiedliche Feinteilchen
gleichzeitig aus mehreren KD-Düsen 1 ausgestoßen
werden nicht zu einem vermischen der Teilchen untereinander.
Andererseits ist erfindungsgemäß das Substrat 3 beweglich,
und weiterhin sind die KD-Düsen 1 entlang der Bewegungsrichtung
des Substrats 1 positioniert. Somit kann man Schichten
aus unterschiedlichen Arten von Feinteilchen übereinander erzeugen,
indem man lediglich das Substrat 3 bewegt und gleichzeitig
die unterschiedlichen Feinteilchen aus den jeweiligen
KD-Düsen 1 ausstößt.
Als Gas-Anregungseinrichtung kann in Verbindung mit der vorliegenden
Erfindung eine Mikrowellen-Anordnung, eine Laser-
Vorrichtung, eine Ionen-Kanone, eine Elektronen-Kanone oder
dergleichen verwendet werden.
Als Mikrowellen-System, zusätzlich zu den Mikrowellen-Entladungssystemen
wie Hornantenne oder Schlitzantenne auch Systeme
mit Hohlraum-Resonator, das elektrodenlose Entladungssystem,
wie beispielsweise das Elektronen-Cyclotron-Resonanzsystem
(ECR-System) und dergleichen in Betracht, außerdem auch noch
das Thermo-Elektronen-Entladungssystem, das Bipolar-Entladungssystem,
das Magnetfeld-Konvergenzsystem (Magnetron-Entladungssystem),
usw.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform
der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird die Erfindung
in Verbindung mit einer Film- oder Schichterzeugungseinrichtung
eingesetzt. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet
jeweils eine KD-Düse, das Bezugszeichen 2 eine stromaufwärts
angeordnete Kammer (im folgenden auch "obere" Kammer
genannt), das Bezugszeichen 3 ein Substrat, das Bezugszeichen 4
Druckeinstellkammern und das Bezugszeichen 5 eine
stromabwärts gelegene Kammer (im folgenden auch "untere
Kammer" bezeichnet).
Die untere Kammer 5 hat zylindrische Form, und die drei
oberen Kammern 2 mit KD-Düsen 1 sind über jeweilige Druckeinstellkammern
4 am Umfang der unteren Kammer verteilt angeordnet.
Die KD-Düsen 1 sind auf das Substrat 3 in der unteren
Kammer 5 gerichtet, und sie verbinden die oberen Kammern 2
mit der jeweils zugehörigen Druckeinstellkammer 4.
Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form eines
Bandes. Das von einer von mehreren rotierenden Walzen 6 a, 6 b,
abgezogene Band wird auf die andere Walze aufgewickelt,
nachdem es über eine Stützwalze 3 gelaufen ist. Die erwähnten
KD-Düsen 1 sind in einer Reihe entlang der Bewegungsrichtung
des sich zwischen den Walzen 6 a und 6 b bewegenden Substrats 3
ausgerichtet, wobei jede KD-Düse auf das über die Stützwalze 7
laufende Substrat 3 gerichtet ist. Die Stützwalze 7
stützt das Substrat 3 auf dessen Rückseite gegen die Blaskraft
der Feinteilchen ab, welche durch die KD-Düsen 1 erzeugt
wird.
Die oberen Kammern 2 und die Druckeinstellkammern 4 werden
in ihrem Inneren durch Pumpen 8 a über Druckeinstellventile
9 a und 9 b evakuiert, so daß die Drücke auf der oberen Seite
und der unteren Seite der KD-Düsen 1 genau eingestellt werden
können. Die Druckeinstellkammern 4 dienen zum leichteren
Steuern der Drücke, vorzugsweise besitzen sie möglichst
kleine Verbindungsöffnungen, so daß der aus der jeweiligen
KD-Düse 1 kommende Strahl gerade die Kammer durchlaufen kann.
Die Anordnung kann noch dadurch vereinfacht werden, daß man
die Druckeinstellkammern 4 fortläßt und die KD-Düsen 1 direkt
mit der unteren Kammer 5 verbindet.
Die untere Kammer 5 ist so ausgebildet, daß sie mit Hilfe
einer Pumpe 8 b evakuiert wird, damit überflüssige Gase oder
Reaktionsprodukte in der unteren Kammer 5 direkt aus dem
System entfernt werden können.
An die oberen Kammern 2 sind über Hohlleiter 10Mikrowellengeneratoren
11 angeschlossen. Über Zuführventile 12 a und 12 b
können ein nicht zur Schichtbildung verwendetes Gas und ein
Schichtbildungsgas eingespeist werden. Durch Zufuhr des
nicht zur Schichtbildung verwendeten Gases (Trägergas) in
Verbindung mit der Mikrowellenenergiezufuhr wird ein Plasma
erzeugt, und das zur Schichtbildung dienende Gas wird
aktiviert durch die Berührung zwischen dem zur Schichtbildung
dienenden Gas mit dem Plasma, woran sich das Ausstoßen
des aktivierten Gases aus den KD-Düsen anschließt. Als nicht
zur Schichtbildung dienendes Gas oder Trägergas wird hier
ein Gas bezeichnet, welches selbst nicht die Fähigkeit hat,
eine Schicht zu bilden, z. B. N2, H2, Ar, Ne usw. Andererseits
bedeutet hier ein Schichtbildungs-Gas ein Gas mit der
Fähigkeit, durch Aktivierung eine Schicht zu erzeugen, z. B.
Methangas, Silangas, Disilangas, usw.
Das aktivierte Schichtbildungsgas wird von der KD-Düse 1
ausgestrahlt, um gegen das Substrat 3 geblasen zu werden.
Wenn sich jetzt das Substrat 3 bewegt, werden die unterschiedlichen
Stoffe von den drei KD-Düsen 1 ausgestrahlt, so
daß sich drei Schichten auf dem Substrat bilden. Außerdem
läßt sich durch eine Hin- und Herbewegung des Substrats 3
die Erzeugung von sechs, neun . . . Schichten erreichen. Das
Aufbringen der Schichten kann auch so erfolgen, daß eine
Schicht aus einem Schicht- oder Filmerzeugungsstoff abwechselt
mit einer Bindematerial-Schicht. Man kann auch
eine Hetero-Laminierung erreichen, bei der abwechselnd eine
Donator-Schicht und eine Akzeptor-Schicht aufgebracht werden.
Im folgenden sollen anhand von Fig. 2 die obere Kammer 2
und die Druckeinstellkammer 4 erläutert werden.
In der oberen Kammer 2 befindet sich ein Hohlraumresonator
14 mit einer Öffnung 13 an der der KD-Düse 1 gegenüberliegenden
Stelle. An der Rückseite des Hohlraumresonators 14
befindet sich ein Mikrowellen-Eintrittsfenster 15, welches
aus einem Material besteht, welches Mikrowellen durchläßt,
z. B. als Quarzplatte oder dergleichen ausgebildet ist. Die
über den Hohlleiter 10 übertragenen Mikrowellen gelangen
durch das Fenster in den Hohlraumresonator. Außerdem wird
von der Rückseite des Hohlraumresonators 14 her das nicht
zur Schichtbildung dienende Gas über ein Regelventil 12 a eingespeist.
Wenn die Mikrowellenenergie eingespeist wird,
während das nicht zur Schichtbildung dienende Gas zugeführt
wird, wird in dem Hohlraumresonator 14 ein Plasma erzeugt.
Das Plasma wird von einem Magneten 16 durch die Öffnung 13
in Richtung auf die KD-Düse 1 gezogen. Der Hohlraumresonator
14 erfüllt vorzugsweise die Elektronen-Cyclotron-Resonanzbedingung,
so daß das Plasma mit hohem Wirkungsgrad erzeugt
wird. Der Magnet 16 kann auch fortgelassen werden.
Unmittelbar vor der KD-Düse 1 befindet sich ein ringförmiges
Speiserohrstück 17, welches an ein Regelventil 12 b angeschlossen
ist und dazu dient, ein zur Schichtbildung dienendes
Gas über kleine Löcher in dem Rohrstück auszugeben,
damit dieses Gas mit dem Plasma in Berührung gelangt.
Die obere Kammer 2 und die Druckeinstellkammer 4 werden
über Druckregelventile 9 a und 9 b derart evakuiert, daß der
Druck in der oberen Kammer 2 größer ist und das durch den
Kontakt mit dem Plasma aktivierte, zur Schichtbildung dienende
Gas direkt aus der KD-Düse 1 ausgestoßen wird.
Die KD-Düse 1 öffnet sich mit ihrer Einlaßöffnung 1 a zur
oberen Kammer 2 hin und mit ihrer Auslaßöffnung 1 b zur Druckeinstellkammer
4 hin.
Bei der KD-Düse 1 kann es sich um eine Düse handeln, die
einen sich nach und nach verengenden Öffnungsquerschnitt zwischen
der Einlaßöffnung 1 a und einem Halsabschnitt 1 b besitzt,
wobei sich der Öffnungsquerschnitt daran anschließend
nach und nach bis zur Auslaßöffnung 1 c hin vergrößert, wie es
oben beschrieben wurde. Vorzugsweise verlaufen die inneren
Umfangswände der Düse im Bereich der Auslaßöffnung 1 c jedoch
im wesentlichen parallel zu der Mittelachse, wie es in
Fig. 3(a) vergrößert dargestellt ist. Dies deshalb, weil die
Gasstromrichtung dadurch sehr leicht weitestgehend parallel
gemacht werden kann. Die Gasstromrichtung wird nämlich bis
zu einem gewissen Maß durch die Richtung der inneren Umfangswand
in der Nähe der Auslaßöffnung 1 c beeinflußt. Wie jedoch
Fig. 3(b) zeigt, kann man die innere Umfangsfläche
der Düse zwischen dem Halsabschnitt 1 b und der Auslaßöffnung
1 c auch mit einem Winkel bezüglich der Mittelachse von
7° oder weniger, vorzugsweise 5° oder weniger, ausbilden.
Dabei besteht kaum die Gefahr, daß es zu dem bekannten Ablösephänomen
kommt. Vielmehr bleibt der ausgestoßene Gasstrom im
wesentlichen gleichförmig, so daß bei einer solchen Ausgestaltung
der Düse der oben erwähnte parallele Abschnitt
nicht unbedingt erforderlich ist. Durch Fortlassung des parallelen
Abschnitts vereinfacht sich die Herstellung der
KD-Düse 1. Ferner kann man eine im Querschnitt rechteckige
KD-Düse verwenden, wie sie in Fig. 3(c) gezeigt ist, so daß
das Gas in Form eines Bandes ausgestrahlt wird. Wie Fig. 3(c)
weiterhin zeigt, kann man auch eine Düse mit einem umgekehrten
Verhältnis von Länge zu Breite verwenden, wodurch
ein breiter Bereich von Schichtbildungen möglich ist.
Das oben erwähnte Ablöse-Phänomen tritt insbesondere in Erscheinung,
wenn sich an der Innenfläche der KD-Düse 1 ein
Vorsprung oder dergleichen befindet, so daß die Grenzschicht
zwischen der Innenseite der KD-Düse 1 und dem durchströmenden
Fluid größer wird und dadurch die Strömung ungleichmäßig
macht. Dies geschieht besonders häufig bei Strahlen hoher
Geschwindigkeit. Der genannte Winkel α sollte zur Vermeidung
des Ablöse-Phänomens umso kleiner sein, desto schlechter die
Oberflächenbearbeitung der KD-Düsen-Innenseite ist. Die
Innenseite der KD-Düse sollte vorzugsweise eine Oberflächenbehandlung
aufweisen, die drei oder mehr umgekehrten Dreiecken,
insbesondere vier oder mehr umgekehrten Dreiecken der Oberflächenbehandlungs-
Kennzeichnung nach dem JIS B 0 601 entspricht.
Da das Ablöse-Phänomen an dem divergierenden Abschnitt
der KD-Düse 1 sehr stark den anschließenden Strom
des nicht zur Schichtbildung dienenden Gases und der ultrafeinen
Partikel beeinflußt, wird die Präzision bei der Oberflächenbehandlung
der Düse hauptsächlich den divergierenden
Abschnitt betreffen, so daß die Gesamt-Herstellungskosten
der Düse relativ niedrig sind. Um das Ablöse-Phänomen zu vermeiden,
ist es notwendig, daß der Halsabschnitt 1 b eine
glatte gekrümmte Oberfläche besitzt, damit der Differentialkoeffizient
der Querschnittsflächen-Änderung nicht unendlich
werden kann.
Als Material für die KD-Düse 1 kommen Metalle in Betracht,
z. B. Eisen, rostfreier Stahl sowie andere Metalle, aber auch
Kunstharze, z. B. Polytetrafluorethylen, Acrylharze, Polyvinylchlorid,
Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen und dergleichen.
Es kommen auch Keramiken, Quarz, Glas usw. in
Betracht. Die Auswahl des Materials erfolgt im Hinblick darauf,
daß das Material gegenüber den ultrafeinen Partikeln inert
sein soll. Außerdem sind die Bearbeitbarkeit des Stoffes
und der Gasaustritt in einem System mit verringertem Druck
zu berücksichtigen. Die Innenfläche der KD-Düse 1 kann
plattiert oder mit einem Material beschichtet sein, an dem
die ultrafeinen Teilchen schwerlich haften bleiben oder gar
reagieren. Ein typisches Beispiel dafür ist eine Beschichtung
aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder dergleichen.
Die Länge der KD-Düse 1 wird in Abhängigkeit der Größe der
Apparatur gewählt. Wenn die KD-Düse 1 durchströmt wird, wird
die in dem Strom enthaltene Wärmeenergie in kinetische
Energie umgesetzt. Insbesondere beim Ausstrahlen mit Überschallgeschwindigkeit
nimmt die Wärmeenergie spürbar ab, um
einem Unterkühlungszustand Platz zu machen. Sind in dem
Strom kondensierende Komponenten enthalten, so können diese
durch den Abkühlungszustand gezielt kondensiert werden, um
auch dadurch Feinteilchen zu bilden.
Dadurch, daß man den Strom durch die KD-Düse 1 schickt,
während das Druckverhältnis P/P 0 des Drucks P in der Druckeinstellkammer
4 auf der unteren Seite zu dem Druck P 0 in der
oberen Kammer 2 auf der stromaufwärts gelegenen Seite, sowie
das Verhältnis A/A * der Querschnittsfläche A der Auslaßöffnung
1 c zu der Querschnittsfläche A * des Halsabschnitts 1 b
in geeigneter Weise steuert, wird der Strom zu einem Strahl,
der mit Überschallgeschwindigkeit aus der Druckeinstellkammer 4
austritt und in die untere Kammer 5 gelangt. Die
zur Schichtbildung dienenden Komponenten werden in Form
eines zu einem Strahl geformten Stroms gegen das Substrat 3
geblasen, um dort eine Schicht oder einen Film zu bilden.
Im obigen Beispiel wurde das Plasma durch einen Hohlraumresonator
erzeugt. Statt dessen kann man auch, wie Fig. 4 zeigt,
eine Schlitzantenne 18 über ein Mikrowellen-Einlaßfenster 15
an den Hohlleiter 10 anschließen. Man kann auch, wie Fig. 5
zeigt, eine Hornantenne 19 anschließen. Auch in diesen
Fällen kann in der Nähe des Auslassens ein Magnet angeordnet
sein, der das erzeugte Plasma effizient anzieht. Durch Eingeben
von Mikrowellenenergie über eine Schlitzantenne 18
oder eine Hornantenne 19 läßt sich das Plasma leicht aus
einem Bereich in der Nähe der KD-Düse 1 abziehen, da die
Länge dieser Antennen frei gewählt werden kann.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel, bei dem die obere Kammer 2 selbst
als Hohlraumresonator 21 ausgebildet ist und direkt mit
einer KD-Düse 1 ausgestattet ist. Diese Ausführungsform ist
besonders wirksam bei Reaktionsprodukten mit kurzer Lebensdauer
sowie Substanzen, die für eine Laminierung notwendig
sind. In diesem Fall können das zur Schichtbildung dienende
Gas und das Trägergas auch vorab gemischt und über ein Regelventil
12 a eingespeist werden.
Bei diesem Beispiel wird das durch die Mikrowellenenergie
erzeugte Plasma zur Aktivierung des zur Schichtbildung
dienenden Gases und zur Reaktion in der oberen Kammer 2 verwendet.
Möglich ist es aber auch, Plasma zu verwenden, welches
durch andere elektromagnetische Wellen erzeugt wird.
In Betracht kommen Licht, Wärme, Mikrowellen, Röntgenstrahlen
enthaltende Strahlung oder Elektronenstrahlen.
Auch bei diesem Beispiel hat das Substrat 3 die Form eines
Bandes, welches zwischen zwei sich drehenden Walzen auf- und
abgewickelt wird. Das Substrat kann aber auch in Form einer
Trommel vorliegen oder als flache Platte ausgebildet sein,
während die KD-Düsen 1 in der oberen Kammer 2 in Bewegungsrichtung
ausgerichtet sind. Ferner können die oberen Kammern 2
auch zwei, vier oder mehr Kammern umfassen.
Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form eines
Bandes, welches von einer Walze 6 a abgezogen und von einer
sich drehenden Walze 6 b aufgewickelt wird. Dazwischen läuft
das Band über eine Stützwalze 7 a, eine weitere Stützwalze 7 b
und eine Stütz-Heiz-Walze 7 c, durch ein Paar Druckwalzen 20 a
und ein Paar davor angeordnete Druckwalzen 20 b.
Die oben erläuterten KD-Düsen 1 sind in Bewegungsrichtung
des Substrats 3 ausgerichtet, wobei sich das Substrat 3
zwischen den Walzen 6 a und 6 b bewegt und die Düsen gegen
das Substrat 3 gerichtet sind, welches von den Walzen geführt
wird. Jede Walze stützt das Substrat auf dessen Rückseite
gegen die Blaskraft der Feinteilchen ab, die durch die KD-
Düse 1 ausgestoßen werden. Außerdem dienen die Walzen als
Mittel zum Aufbringen externer Energie auf das Substrat,
z. B. in Form von Druck, Licht und dergleichen.
Zwischen der Walze 6 a und der Stützwalze 7 a befindet sich
eine Infrarot-Lampe, die als Energieaufbringvorrichtung 21 a
dazu dient, das Substrat mittels Infrarotstrahlen zu erwärmen.
Zwischen der Stützwalze 7 a und der Stützwalze 7 b befindet
sich eine Quecksilberdampflampe, die als weitere Energieaufbringeinrichtung
21 b dazu dient, kurzwelliges Licht auf
das Substrat aufzubringen. Weiterhin erwärmt die Stütz-Heiz-
Walze 7 c das Substrat, wenn das Substrat über diese Walze
läuft. Diese Walze hat mithin die Funktion einer weiteren
Energieaufbringeinrichtung 22 c. Eine Schutzplatte 23 verhindert,
daß Licht von der Energieaufbringeinrichtung 21 c
auf den Abschnitt des Substrats 3 gelangt, der zwischen der
Stützwalze 7 b und der Stütz-Heiz-Walze 7 c liegt.
In der unteren Kammer 5 kann man auch einen Laminierungsprozeß
ablaufen lassen, indem ein Laminierungsmaterial zugeführt
wird, wobei beispielsweise die Druckwalzen 20 a, 20 b
eingesetzt werden.
Fig. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Die zylindrisch geformte untere Kammer 5 trägt drei obere
Kammern 2 mit KD-Düsen 1 am Umfang. Die jeweiligen KD-Düsen 1
sind in Richtung auf das Substrat 3 in der unteren Kammer 5
gerichtet und verbinden die jeweilige obere Kammer 2 mit der
unteren Kammer 5.
Das Substrat 3 in der unteren Kammer 5 hat die Form einer
zylindrischen Trommel und ist drehbar angeordnet. Die oberen
Kammern 3 sind entlang einer imaginären Schraubenkurve um
die untere Kammer 5 herum angeordnet, wie in der Zeichnung
durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist, wobei die
benachbarte obere Kammer 2 so positioniert ist, daß sie in
Richtung auf die Drehbewegung des Substrats 3 in Längsrichtung
und in seitlicher Richtung verschoben werden kann.
Indem man also eine Reihe von oberen Kammern 2 derart anordnet,
daß benachbarte obere Kammern in Längsrichtung und in seitlicher
Richtung bezüglich der Bewegungsrichtung des Substrats 3
verschoben werden können, läßt sich insgesamt eine große
Fläche mit einem Stahl, welcher selbst nur eine begrenzte
Strahlfläche besitzt, bestreichen, indem mehrere begrenzte
Bereiche zusammengefügt einen einzigen großen Bereich bilden.
Das Substrat 3 hat hier die Form einer Drehtrommel, um die
die oberen Kammern 2 entlang einer imaginären Schraubenkurve
angeordnet sind. Man kann auch ein ebenes Substrat 3
vorsehen und die oberen Kammern 2 in gestapelter Zickzack-
Form an der Wand der unteren Kammer anordnen. In diesem Fall
würde sich das Substrat 3 entlang einer horizontalen Ebene
geradlinig bewegen.
Als Substrat kommt im Rahmen der Erfindung ein Substrat mit
praktisch beliebiger Form in Betracht, z. B. ein Substrat
in Form eines Riemens, einer Platte, eines Zylinders und
dergleichen. Die jeweilige Substratform hängt ab von dem speziellen
Anwendungsfall. Als Substrat-Material kommen ein Metall,
ein Polymer, Papier und dergleichen in Betracht, insbesondere
Aluminium, Polyethylenterephthalat, Polyimid,
Polyamid, Polycarbonat, Polyacetat, Polymethylmethacrylat
und dergleichen.
Die Erfindung macht es also möglich, mit hohem Wirkungsgrad
Feinteilchen gleichförmig gegen ein großflächiges Substrat 3
zu blasen.
Außerdem lassen sich niedergeschlagene Schichten guter
Qualität in großen Mengen herstellen, da die Schichtbildung
mit Hilfe unterschiedlicher Materialien wirtschaftlich
durchgeführt werden kann, wobei nur eine einzige Vorrichtung
verwendet wird.
Als Metalle kommen hier vorzugsweise Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl, Molybdän und dergleichen in Frage.
Als Polymer-Stoffe eignen sich solche Stoffe, die in der Lage
sind, einen flexiblen Film oder eine flexible Schicht zu
bilden. Insbesondere sind solche Polymer-Stoffe günstig, die
einen hitzebeständigen und flexiblen Film bilden können. Bevorzugte
Polymere sind Polyethylenterephthalat, Polyimdide,
Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat, Polymethylmethacrylat
und dergleichen. Außer den oben erwähnten Schichten kann
eine Schicht oder ein Film als lichtdurchlässiger elektrisch
leitender Film erzeugt werden. Der elektrisch leitende Film
kann durch irgendein bekanntes Dampfniederschlagungsverfahren,
durch ein Zerstäubungsverfahren, ein Beschichtungsverfahren
oder dergleichen hergestellt werden.
Die gewerbliche Anwendbarkeit der Erfindung liegt vornehmlich
im Bereich der Massenfertigung von elektrofotografischen,
fotoempfindlichen Trommeln, von Magnetbändern, von magnetooptischen
Aufzeichnungsbändern und dergleichen.
Claims (46)
1. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern (2, 4) zum Ausstrahlen
von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt
werden.
3. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer
Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von durch die Gasanregungseinheit
aktivierten Feinteilchen gegen ein
bewegliches Substrat.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt
werden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse (1)
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 2,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3,
bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung
Gebrauch macht.
8. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts gelegene Kammern zum Ausstrahlen von
Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat, und eine
Energieaufbringeinrichtung zum Aufbringen von Energie
auf das Substrat.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
bei der die Feinpartikel durch eine Düse (1) ausgestrahlt
werden.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse
(1) ist.
11. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils
einer Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von Feinteilchen,
die durch die Gasanregungseinrichtung aktiviert
sind, gegen ein bewegliches Substrat, und eine Energieaufbringeinrichtung
zum Aufbringen von Energie auf das
Substrat.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Feinteilchen durch eine Düse ausgestrahlt werden.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse (1)
ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung
Gebrauch macht.
15. Vorrichtung nach Anspruch 11,
bei der die Energieaufbringeinrichtung eine Einrichtung
zum Erhitzen, zum Unter-Druck-Setzen oder zur Lichtbestrahlung
ist.
16. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern zum Ausstrahlen
von Feinteilchen gegen ein bewegliches Substrat, wobei
das Substrat in Längsrichtung und in seitlicher Richtung
verschieblich sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16,
bei der die Feinteilchen durch eine Düse ausgestrahlt
werden.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.
19. Feinteilchen-Blasvorrichtung,
gekennzeichnet durch
mehrere stromaufwärts angeordnete Kammern mit jeweils einer
Gasanregungseinrichtung zum Ausstrahlen von Feinteilchen,
die durch die Gasanregungseinrichtung aktiviert wurden,
gegen ein bewegliches Substrat, wobei die Kammern derart
angeordnet sind, daß sie in bezug auf das Substrat jeweils
in Längsrichtung und in seitlicher Richtung verschieblich
sind.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19,
bei der die Feinteilchen durch eine Düse (1) ausgestrahlt
werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
bei der die Düse eine konvergierende/divergierende Düse ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19,
bei der die Gasanregungseinrichtung von einer Mikrowellenentladung
Gebrauch macht.
23. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer enthält.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23,
bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen Film
zu bilden.
26. Vorrichtung nach Anspruch 23,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 3,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer enthält.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 27,
bei der das Polymer in der Lage ist, einen hitzebeständigen
und flexiblen Film zu bilden.
30. Vorrichtung nach Anspruch 27,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 8,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 31,
bei der das Polymer in der Lage ist, einen hitzebeständigen
und flexiblen Film zu bilden.
34. Vorrichtung nach Anspruch 31,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
35. Vorrichtung nach Anspruch 11,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
37. Vorrichtung nach Anspruch 35,
bei der das Polymer in der Lage ist, hitzebeständigen
und flexiblen Film zu bilden.
38. Vorrichtung nach Anspruch 35,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
39. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer ist.
40. Vorrichtung nach Anspruch 39,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
41. Vorrichtung nach Anspruch 39,
bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen
Film zu bilden.
42. Vorrichtung nach Anspruch 39,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
43. Vorrichtung nach Anspruch 19,
bei der das Substrat ein Metall oder ein Polymer aufweist.
44. Vorrichtung nach Anspruch 43,
bei der das Metall aus der Gruppe Aluminium, Nickel,
Bronze, rostfreier Stahl und Molybdän ausgewählt ist.
45. Vorrichtung nach Anspruch 43,
bei der das Polymer in der Lage ist, einen flexiblen
Film zu bilden.
46. Vorrichtung nach Anspruch 43,
bei der das Polymer aus der Gruppe Polyethylenterephthalat,
Polyimide, Polyamide, Polycarbonat, Polyacetat und Polymethylmethacrylat
ausgewählt ist.
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