NL8201632A - CHEMICAL METHOD. - Google Patents
CHEMICAL METHOD. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8201632A NL8201632A NL8201632A NL8201632A NL8201632A NL 8201632 A NL8201632 A NL 8201632A NL 8201632 A NL8201632 A NL 8201632A NL 8201632 A NL8201632 A NL 8201632A NL 8201632 A NL8201632 A NL 8201632A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- ions
- gas
- energy
- molecules
- metastable
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 59
- 239000000126 substance Substances 0.000 title claims description 16
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 69
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 42
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 23
- 230000005281 excited state Effects 0.000 claims abstract description 15
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 121
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 24
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 24
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 17
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 17
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 13
- 238000005336 cracking Methods 0.000 claims description 10
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 6
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 4
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- KAVGMUDTWQVPDF-UHFFFAOYSA-N perflubutane Chemical compound FC(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F KAVGMUDTWQVPDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229950003332 perflubutane Drugs 0.000 claims description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 2
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 abstract description 2
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 36
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 33
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 32
- 241000894007 species Species 0.000 description 29
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 17
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 15
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 14
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 13
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- -1 silan Chemical class 0.000 description 9
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 8
- UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N borane Chemical compound B UORVGPXVDQYIDP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 8
- 239000010779 crude oil Substances 0.000 description 7
- CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N tetramethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)C CZDYPVPMEAXLPK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 5
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000003377 silicon compounds Chemical class 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 4
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000085 borane Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N carbon monoxide;tungsten Chemical group [W].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-].[O+]#[C-] FQNHWXHRAUXLFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 238000009841 combustion method Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 2
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 2
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 2
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001442654 Percnon planissimum Species 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 1
- 150000001639 boron compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 150000001793 charged compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 239000003502 gasoline Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229940087654 iron carbonyl Drugs 0.000 description 1
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 1
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005504 petroleum refining Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000011890 sandwich Nutrition 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 150000004756 silanes Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- JBXWMZTZQQGLAG-UHFFFAOYSA-H tetrafluoroplatinum(2+) difluoride Chemical compound F[Pt](F)(F)(F)(F)F JBXWMZTZQQGLAG-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- 238000000427 thin-film deposition Methods 0.000 description 1
- 150000003658 tungsten compounds Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F71/00—Manufacture or treatment of devices covered by this subclass
- H10F71/121—The active layers comprising only Group IV materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
- B01J19/121—Coherent waves, e.g. laser beams
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/34—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation
- B01J37/341—Irradiation by, or application of, electric, magnetic or wave energy, e.g. ultrasonic waves ; Ionic sputtering; Flame or plasma spraying; Particle radiation making use of electric or magnetic fields, wave energy or particle radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/48—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
- C23C16/483—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using coherent light, UV to IR, e.g. lasers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
- C23C16/50—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges
- C23C16/503—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating using electric discharges using DC or AC discharges
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
- F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
- F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
A iA i
SS
Chemische werkwijze.Chemical method.
De uitvinding heeft betrekking op een nieuwe manier voor het uitvoeren van chemische reakties door opneming van geselekteerde energievormen in de reaktiezone door nieuwe middelen. Onder toepassing van dit principe ontstaan er vele nieuwe 5 processen, die in een groot aantal verschillende industrien kunnen worden toegepast. De nieuwe werkwijze kan in het algemeen worden uitgevoerd bij kamertemperatuur, wat voordelen heeft bij de vervaardiging van bepaalde gevoelige produkten, waaronder gelijkmatig gedoteerde halfgeleiders, nieuwe katalysatoren, zuivere 10 gassen, zeer zuivere stoffen van allerlei soort, zorgvuldig aangebrachte bekledingen, nieuwe polymeren, verbrandingsverbetering, moeilijke scheiding, aardolie raffinering en het uitvoeren van elke reaktie, waarbij de inbrenging van bepaalde energietypen behulpzaam is.The invention relates to a new way of carrying out chemical reactions by incorporating selected energy forms into the reaction zone by new means. Using this principle, many new processes are created, which can be applied in a large number of different industries. The new process can generally be carried out at room temperature, which has advantages in the manufacture of certain sensitive products, including uniformly doped semiconductors, new catalysts, pure gases, high purity substances of all kinds, carefully applied coatings, new polymers, combustion improvement , difficult separation, petroleum refining and carrying out any reaction, involving the introduction of certain types of energy.
15 Een bijzonder geval is een werkwijze voor het vervaardigen van bekledingen van geselekteerde metalen, niet metalen en andere molekulen. Veellagigebekledingen kunnen uit nagenoeg elke kombinatie van stoffen worden gevormd. De zuiverheid van het materiaal van elke laag kan wel 100% zijn en de dik-20 te van elke laag kan worden geregeld tot een enkele atomaire of molekulaire laag.A special case is a method for manufacturing coatings of selected metals, non-metals and other molecules. Multilayer coatings can be formed from virtually any combination of fabrics. The purity of the material of each layer can be as high as 100% and the thickness of each layer can be controlled to a single atomic or molecular layer.
Het was tot dusver onmogelijk lichamen of afzet-sels te produceren van metalen, niet metalen, kristallen en stoffen in het algemeen en een zuiverheid te verkrijgen van ongeveer 25 100%, vooral wanneer de betrokken processen bij heersende tempera turen worden uitgevoerd. Ook werd ondervonden, dat het onmogelijk was deze lichamen bij heersende temperaturen te doteren, aangezien dotering diffusie vereist en er voor het laten diffunderen van het doteermiddel in het lichaam hoge temperaturen nodig zijn. Zo moet 30 men bijvoorbeeld ultrazuiver silicium verhitten teneinde het door diffusiemethoden te doteren. De verhitting voor dit doel veroorzaakt echter onvolmaaktheden in het kristallijne silicium waardoor 8201632 «* -% 4 - 2 - «► grote aantallen onbruikbare produkten ontstaan.It has heretofore been impossible to produce bodies or deposits of metals, non-metals, crystals and substances in general and to obtain a purity of about 100%, especially when the processes involved are carried out at ambient temperatures. It has also been found that it is impossible to dope these bodies at ambient temperatures since doping requires diffusion and requires high temperatures to diffuse the dopant into the body. For example, ultra-pure silicon must be heated to dop it by diffusion methods. However, heating for this purpose causes imperfections in the crystalline silicon, resulting in large numbers of unusable products 8201632 «* -% 4 - 2 -« ►.
Volgens de uitvinding vormt men een metastabiel gasreagens, vermengd dit gasreagens met een gasmonster, waardoor dit laatste door energieopneming uit neutrale atomen of moleku-5 len in een geexciteerde toestand komt, ioniseert dit energie- bevattende gasmonster selektief door invoering van extra energie in een hoeveelheid, die overeenkomt met het verschil tussen die van de geexciteerde en die van de geïoniseerde toestand van het gasmonster en oefent een elektrische of magnetische kracht 10 op de ionen uit teneinde ze uit de gasstroom te verwijderen als stabiele atomen in een opeenhopingszone, bijvoorbeeld door ze op een substraat op in een houder, gescheiden van de hoofdgas-stroom af te scheiden. De extra energie kan op verschillende wijzen worden toegevoegd, bijvoorbeeld met een lichtbron van 15 het lasertype, of met holle elektroden, magnetische of elektrische ladingen, of iets dergelijks.According to the invention a metastable gas reagent is formed, mixed this gas reagent with a gas sample, whereby the latter comes into an excited state by energy absorption from neutral atoms or molecules, this energy-containing gas sample is selectively ionized by introducing extra energy in an amount , which corresponds to the difference between that of the excited and that of the ionized state of the gas sample and exerts an electric or magnetic force 10 on the ions to remove them from the gas stream as stable atoms in an accumulation zone, e.g. a substrate in a container separate from the main gas stream. The additional energy can be added in various ways, for example, with a laser-type light source, or with hollow electrodes, magnetic or electrical charges, or the like.
De uitvinding heeft talloze toepassingsmogelijkheden op produkten of werkwijze in velerlei industrieën, waarvan er vele in deze beschrijving zullen worden besproken.The invention has numerous applications for products or methods in many industries, many of which will be discussed in this description.
20 Nader ingaande op de details van de uitvinding kan worden gezegd, dat zij de volgende principes omvat: g 1. Het is mogelijk grote aantallen (ca. 10 -14/ 10 sec) op te wekken van zogenaamde metastabiele atomen en/of molekulen door neutrale of geïoniseerde atomen of molekulen in 25 de grondtoestand in de gasfase door een spanning van 200 tot 300 V te leiden. Optimum metastabielproduktie treedt gewoonlijk op als het gasreagens (dat wil zeggen de atomen of molekulen, waaruit de metastabiele atomen of molekulen worden gevormd) op lage druk is, zoals 1 tot 5 torr. Men zegt dat een atoom, molekuul 30 of ion metastabiel is, wanneer het extra energie boven zijn grond-energietoestand bezit en wanneer het de neiging heeft zijn ener-gieovermaat door stralingsprocessen langzaam te verliezen. De energieovermaat, die een metastabiel bezit, wordt gewoonlijk geheel of gedeeltelijk tijdens inelastische botsingen overgedragen.Going further into the details of the invention, it can be said that it comprises the following principles: 1. It is possible to generate large numbers (approx. 10-14 / 10 sec) of so-called metastable atoms and / or molecules by neutral or ionized atoms or molecules in the ground state in the gas phase by conducting a voltage of 200 to 300 V. Optimum metastable production usually occurs when the gas reagent (i.e. the atoms or molecules from which the metastable atoms or molecules are formed) is at low pressure, such as 1 to 5 torr. An atom, molecule, or ion is said to be metastable when it has additional energy above its ground energy state and when it tends to slowly lose its energy excess from radiation processes. The energy excess, which has a metastable, is usually transferred in whole or in part during inelastic collisions.
35 2. Vanwege de betrekkelijk lange levensduur van 8201632 \ - 3 - ί * κ metastabielen kunnen ze gemakkelijk met metaal, niet metaal of molekulen in de gasfase in aanraking worden gebracht, zodat via inelastische botsingen, de energieovermaat van het metastabiele gasreagens aan hen wordt overgedragen. Aldus van energie voor-5 ziene metalen, niet metalen en/of molekulen kunnen een neutraal atoom of molekuul in geexciteerde toestand of een geïoniseerde species worden.35 2. Due to the relatively long life of 8201632 \ - 3 - ί * κ metastables, they can be easily contacted with metal, nonmetal, or gas phase molecules so that through inelastic collisions, the energy excess of the metastable gas reagent is imparted to them. transferred. Thus, energized metals, non-metals and / or molecules can become a neutral atom or molecule in the excited state or an ionized species.
3. Neutrale atomen of molekulen in geexciteerde toestanden (dat wil zeggen met overmaat energie) kunnen verder 10 worden geexciteerd tot het punt, waarop een elektron wordt uitgeworpen (dus onder vorming van het atoomion of molekuulion) door toevoer van meer -energie in een hoeveelheid, die overeenkomt met het energieverschil tussen de geïoniseerde toestand en de geexciteerde toestand van de betrokken species. Vaak is dit 15 energieverschil klein en kan het worden geleverd door een lichtbron (bijvoorbeeld een kleurlaser, enzovoort), die in het ultraviolette en zichtbare gedeelte van het elektromagnetische spek-trum emitteert. Dat wil zeggen door bestraling van een verzameling van neutrale atomen of molekulen in dezelfde geexciteerde 20 toestand (dat wil zeggen dezelfde energieovermaat) met mono-chromatische straling, waarvan de energie precies overeenkomt met het energieverschil tussen de geexciteerde en geïoniseerde toestand, worden slechts die atomen of molekulen geïoniseerd.3. Neutral atoms or molecules in excited states (ie with excess energy) can be further excited up to the point at which an electron is ejected (thus forming the atomic ion or molecular ion) by adding more energy in an amount , which corresponds to the energy difference between the ionized state and the excited state of the species concerned. Often this energy difference is small and can be provided by a light source (eg, a color laser, etc.), which emits in the ultraviolet and visible portion of the electromagnetic spectrum. That is, by irradiating a collection of neutral atoms or molecules in the same excited state (ie the same energy excess) with mono-chromatic radiation, the energy of which exactly corresponds to the energy difference between the excited and ionized state, only those atoms become or molecules ionized.
Vanwege het unieke energieverschil tussen een 25 geexciteerde toestand van een bepaald atoom of molekuul en zijn geïoniseerde toestand, wordt nagenoeg absolute selektiviteit bereikt. Vaak kan het bovengenoemde energieverschil worden veranderd door gebruikmaking van een ander gasreagens, omdat elk gasreagens is samengesteld uit metastabiele atomen of molekulen, 30 wier energie van een gasreagens tot het andere verschilt. Zo is bijvoorbeeld de kenmerkende metastabiele energie voor sommige 3 geselekteerde gasreagentia als volgt: helium (2 S) 19,7 eV, 3 3 + argon (3 Pq 11,7 eV en stikstof ( Σ ^) 6,1 eV. Een extra mate van selektiviteit kan worden bereikt door gebruikmaking van een 35 gasreagens, wier metastabiele energie in een zodanige hoeveel- 8201632 % * - 4 - heid verschilt van. de ionisatieenergie van het betrokken metaal, niet metaal of molekuul, dat ionisatie van elke andere stof, behalve de betrokkene niet mogelijk is.Due to the unique energy difference between an excited state of a particular atom or molecule and its ionized state, almost absolute selectivity is achieved. Often the above energy difference can be changed using a different gas reagent, because each gas reagent is composed of metastable atoms or molecules, whose energy differs from one gas reagent to another. For example, the characteristic metastable energy for some 3 selected gas reagents is as follows: helium (2 S) 19.7 eV, 3 3 + argon (3 Pq 11.7 eV and nitrogen (Σ ^) 6.1 eV. An additional measure selectivity can be achieved by using a gas reagent, the metastable energy of which differs in an amount from the ionization energy of the metal, not metal or molecule, of the metal involved, such that any other material, except the data subject is not possible.
4. Aldus geproduceerde ionen zijn geladen deel-5 tjes (per definitie) en men kan ze dan ook door de aanleg van een elektrisch of magnetisch veld in een bepaalde gewenste richting laten bewegen en zich als een dunne gelijkmatige film laten opzamelen op een bepaalde gewenste lokatie. Verder kan door juiste selektie van de vorm van het aangelegde veld massadiskrimina-10 tie worden verkregen, hoewel het met deze methode zelden nodig is.4. The ions produced in this way are charged particles (by definition) and can therefore be made to move in a certain desired direction by the application of an electric or magnetic field and to be collected as a thin uniform film at a certain desired direction. location. Furthermore, by correct selection of the shape of the applied field, mass discrimination can be obtained, although it is rarely necessary with this method.
Samenvattend kan de uitvinding als volgt worden beschreven: er wordt een argonstroom (2000 u molen/gang) geves- 3 tigd in een mild vakuum (1-5 torr). De argon ( ΡΛ «) metastabiele o * i3 15 toestand 11,7 eV wordt in grote hoeveelheden 10 -10 /sec ontwikkeld, wanneer het argon door twee ringvormige elektroden wordt geleid, waarover 200-300 Vdc is aangelegd. Deze metastabiele argonatomen, verder aangeduid als gasreagens, worden in aanraking gebracht met een van belang zijnd molekuul, aangeduid 20 als gasmonster (dat wil zeggen W(C0)g, Ni(C0)g, silanen, per-fluorbutaan, enzovoort) waaraan het metastabiele argongas zijn energieovermaat aan het gasmonster afgeeft. In een dergelijke energierijke omgeving spelen zich vele komplexe reakties af, maar overheersend is de vorming van het metaal, niet metaal of 25 molekuul in een neutrale, hoog energetische toestand en nog steeds in de gasfase. Het uitgangsvermogen van een met stikstof-laser gepompte, gepulseerde afstembare kleurlaser wordt ingesteld op de golflengte, die overeenkomt met de exakte energie, die voor het veroorzaken van ionisatie van het gasmonster, gegeven 30 energie van zijn neutrale hoog energetische toestand nodig is. De konfiguratie van de holte of houder, waarin het bovenstaande zich afspeelt, is zodanig, dat een elektrisch of magnetisch veld kan worden aangelegd ter verbinding van de plaats van vorming van de van belang zijnde ionen met de plaats, waar 35 ze moeten worden afgezet, zonder andere in de reaktiezone aanwe- 8201632 'l - 5 - zige nietionogene produkten mee te nemen. De aldus op-een geschikt doelwit afgezette lagen, kunnen in dikte worden geregeld tot een atomaire of molekulaire laag door regeling van de snelheid, waarmee monsterionen worden gevormd. Lagen van bekende 5 gelijkmatige dikte van metalen, niet metalen en molekulen kunnen in elke volgorde worden afgezet, waardoor men dus lagen verkrijgt van het "sandwich,,-type.In summary, the invention can be described as follows: an argon flow (2000 µm mill / pass) is established in a mild vacuum (1-5 torr). The argon (ΡΛ «) metastable o * i3 15 state 11.7 eV is generated in large amounts of 10 -10 / sec when the argon is passed through two annular electrodes over which 200-300 Vdc is applied. These metastable argon atoms, further referred to as a gas reagent, are contacted with a molecule of interest designated as a gas sample (ie, W (C0) g, Ni (C0) g, silanes, per-fluorobutane, etc.) to which it metastable argon gas releases its energy excess to the gas sample. Many complex reactions take place in such an energy-rich environment, but the formation of the metal, non-metal or molecule in a neutral, high-energy state and still in the gas phase is predominant. The output power of a nitrogen laser-pumped, pulsed tunable color laser is adjusted to the wavelength corresponding to the exact energy required to cause ionization of the gas sample given energy from its neutral high energy state. The configuration of the cavity or container in which the above takes place is such that an electric or magnetic field can be applied to connect the site of formation of the ions of interest to the site where they must be deposited, without including other nonionic products present in the reaction zone. The layers thus deposited on a suitable target can be controlled in thickness to an atomic or molecular layer by controlling the rate at which sample ions are formed. Layers of known uniform thickness of metals, non-metals and molecules can be deposited in any order, thus obtaining sandwich-type layers.
Eventueel kunnen twee of meer metalen tegelijkertijd worden afgezet, waardoor dus een "legering,Tachtige 10 laag wordt gevormd, of er kunnen andere molekulen, zoals mono-meren als ionen worden afgezet op een oppervlak, zodat polymerisatie optreedt en men kan bepaalde chemische reakties, waarvan bekend is, dat zij via een ion verlopen, op een bepaalde lokatie en met een bepaalde geregelde snelheid laten verlopen.Optionally, two or more metals can be deposited at the same time, thus forming an alloy, Eighty layer, or other molecules, such as monomers, such as ions can be deposited on a surface, such that polymerization occurs and certain chemical reactions can be observed. which are known to proceed via an ion, at a particular location and at a certain controlled rate.
15 De volgende voorbeelden lichten de uitvinding toe.The following examples illustrate the invention.
Er worden vijf voorbeelden van de onderhavige werkwijze gegeven. Het eerste heeft betrekking op het niet metaal silicium en het tweede op het metaal wolfraam.Five examples of the present method are given. The first refers to the non-metal silicon and the second to the metal tungsten.
2020
Voorbeeld IExample I
Door een 2000 micromol/minuut stroom heliumgas te leiden langs elektroden, waarover 200 vdc is gezet, worden er 10^ tot 1014 metastabiele heliumatomen (in de 2^S toestand) 25 gevormd. Indien een vluchtige siliciumverbinding, zoals silan in de stroom van metastabiele heliumatomen wordt gemengd door een botsproces, wordt de metastabiele energie naar de silan overgebracht onder vorming van neutrale siliciumatomen in de geexciteerde toestand. Het energieverschil tussen het geexciteerde 30 neutrale atoom en de ionogene vorm van het atoom bedraagt 3,18 eV, hetgeen ekwivalent is aan de energie van licht met een golflengte van 390,53 nm. Indien er aldus licht met een golflengte van 390,53 mn invalt op de neutrale geexciteerde siliciumatomen, absorberen zij het invallende licht en worden daardoor geioni-35 seerd. Door aanleg van een elektrische of magnetische veldgra- 8201632 > - 6 - dient tussen de ionen en een geschikt doelwit, migreren de ionen en slechts de ionen naar het doelwit, waar zij een elektron opnemen en gelijkmatig als neutrale atomen in de grondtoestand worden afgezet.By passing a 2000 micromole / minute stream of helium gas past electrodes over which 200 VDC has been applied, 10 to 1014 metastable helium atoms (in the 2 ^ S state) are formed. If a volatile silicon compound, such as silan, is mixed in the flow of metastable helium atoms by a collision process, the metastable energy is transferred to the silan to form neutral silicon atoms in the excited state. The energy difference between the excited neutral atom and the ionic form of the atom is 3.18 eV, which is equivalent to the energy of light with a wavelength of 390.53 nm. Thus, if light with a wavelength of 390.53 mn is incident on the neutral excited silicon atoms, they absorb the incident light and are thereby ionized. By applying an electric or magnetic field graph between the ions and a suitable target, the ions and only the ions migrate to the target, where they take up an electron and are deposited evenly as neutral atoms in the ground state.
55
Voorbeeld IIExample II
Als voorbeeld van een metaal wordt wolfraam genomen. Men gebruikt voor het metaal wolfraam dezelfde werkwijze (als boven voor silicium is beschreven). De gebruikte vluch-10 tige wolfraamverbinding is wolfraamhexacarbonyl W(C0)g. Op dezelfde wijze als bij silicium worden er neutrale, geexciteerde wolfraamatomen gevormd. Het energieverschil tussen het neutrale, geexciteerde wolfraamatoom en zijn ionogene vorm bedraagt 2,54 eV, hetgeen ekwivalent is met de energie van licht met een golf-15 lengte van 489,73 nm. Indien er dus licht met een golflengte van 489,73 nm op neutrale, geexciteerde wolfraamatomen invalt absorberen zij het invallende licht en worden geïoniseerd. Evenals boven veroorzaakt een elektrische of magnetische veld-gradient migratie van de ionen naar het doelwit, waar zij een 20 elektron opnemen en gelijkmatig op het doelwitoppervlak worden afgezet als neutrale wolfraamatomen in de grondtoestand. Tabel A geeft een samenvatting van de boven beschreven energieverwant-schap.Tungsten is taken as an example of a metal. The same method is used for the metal tungsten (as described above for silicon). The volatile tungsten compound used is tungsten hexacarbonyl W (CO) g. Neutral excited tungsten atoms are formed in the same way as with silicon. The energy difference between the neutral, excited tungsten atom and its ionic form is 2.54 eV, which is equivalent to the energy of light with a wavelength of 489.73 nm. Thus, when light of 489.73 nm wavelength is incident on neutral excited tungsten atoms, they absorb the incident light and are ionized. As above, an electric or magnetic field gradient causes migration of the ions to the target, where they take up an electron and are evenly deposited on the target surface as neutral tungsten atoms in the ground state. Table A summarizes the energy relationship described above.
(Elk geschikt doelwit kan worden gebruikt, of 25 het nu metaal, niet metaal, anorganische of organische stoffen zijn. Een geschikt voorbeeld van een doelwit voor voorbeelden I en II is een quartzplaat.) 30 8201632 - 7 - CO st I I — j I in >11» II»(Any suitable target can be used, be it metal, non-metal, inorganic or organic matter. A suitable example of a target for Examples I and II is a quartz plate.) 30 8201632 - 7 - COst II - j I in> 11 »II»
CU I I CO I I CNCU I I CO I I CN
r—i te cm st u I I « II» I 1 co I i co W I I is. ι I m m cm σ\ cor — i te cm st u I I «II» I 1 co I i co W I I. ι I m m cm σ \ co
σι 1- i o vo Iσι 1- i o vo I
£> r. n \ r. λ j <u st co I co m i :—I .— CO I's cj « » co » cl st > I » σ\ l£> r. n \ r. λ j <u st co I co m i: —I .— CO I's cj «» co »cl st> I» σ \ l
1— 00 I . CM I1—00 I. CM I
— T- I rs T- I- T- I rs T- I
< papa σι co co <j vo Ό in σ\ in is.<papa σι co co <j vo Ό in σ \ in is.
^ ft A Α Λ Λ Λ o cm ο ο ο σ\ a in m σ> ο cm co ö CM τ- co st cm co σι oo co co in co «. » » » » » vo co «o co st rs o cm ο ο ο σι o <n in σ» o cm co <3 CM τ- CO St CM St cs ts^ ft A Α Λ Λ Λ o cm ο ο ο σ \ a in m σ> ο cm co ö CM τ- co st cm co σι oo co co in co «. »» »» »Vo co« o co st rs o cm ο ο ο σι o <n in σ »o cm co <3 CM τ- CO St CM St cs ts
o + 0) I CU Io + 0) I CU I
•r4 ·Η CO r-I ·ι-Ι o + W ιΗ ·Η co cn w 3 cS & S ca 3 3• r4 Η CO r-I · ι-Ι o + W ιΗ · Η co cn w 3 cS & S ca 3 3
3 3 0 3 ld O3 3 0 3 ld O
4-> J-l -ι-M 4J ll ·γΙ WO) 4-134-> J-l -ι-M 4J ll · γΙ WO) 4-13
rM 3 ω r-1 3 ÖOrM 3 ω r-1 3 ÖO
•rl 3 ·Η 3• rl 3 Η 3
.3 3 0 03 CS CS.3 3 0 03 CS CS
o •'i _ ü . ‘Γ5 -o • 'i _ ü. "Γ5 -
l-H CO Ό *rl S W Ό ·Η Bl-H CO Ό * rl S W Ό · Η B
3 μ μ N 5 MMNfS3 μ μ N 5 MMNfS
cd 3 3 0 3 ' 3 Ocd 3 3 0 3 '3 O
4-1 >3C> >3C> 3 3 4-13 3 4-1 3 ë ·Η ·Η 3 t-H -rl ·Η 34-1> 3C>> 3C> 3 3 4-13 3 4-1 3 ë · Η · Η 3 t-H -rl · Η 3
ÖO O 6 Ό 3 ÖOOSOÖO O 6 Ό 3 ÖOOSO
+j j-i !>< o ί-ι 3 μ o μ 3 3303 4-1 3303 • A 3 3 4-13 3 034J3 3 W öü 3 ca g W Ö0 3 co 8201632 t, · ί - 8 -+ j j-i!> <o ί-ι 3 μ o μ 3 3303 4-1 3303 • A 3 3 4-13 3 034J3 3 W öü 3 ca g W Ö0 3 co 8201632 t, ί - 8 -
Voorbeeld IIIExample III
P-N sprong - fotocel.P-N jump - photocell.
Het volgende voorbeeld is een principetoepas-sing van de uitvinding.The following example is a principle application of the invention.
5 Fotocellen zijn de laatste jaren uitgebreid onderzocht als middelen voor het opwekken van elektrische energie vanwege de behoefte tot het opwekken van elektrische energie op afgelegen plaatsen, zoals de ruimte. In het verleden was het gebruik van fotocellen voor energieproduktie zeer duur (teweten 10 tot $ 175.000/kilowatt). Genoemde hoge kosten waren het gevolg van de noodzaakt tot het gebruik van zeer ingewikkelde en kostbare fabrikagemethoden, wanneer men tenminste het orgaan kon vervaardigen. Zelfs in dit geval was het aantal mislukte produk-ten wel 90%. Nu de belangstelling voor fotocellen zich ook over 15 het kommerciele gebied begint uit te strekken als een middel tot het leveren van een alternatieve energiebron voor fossiele brandstoffen, is elke kostenverlaging bij de produktie van fotocellen welkom.5 Photocells have been extensively researched in recent years as means of generating electrical energy because of the need to generate electrical energy in remote places, such as space. In the past, using photocells for energy production was very expensive (10 to $ 175,000 / kilowatt). Said high costs resulted from the necessity to use very complicated and expensive manufacturing methods, if at least the organ could be manufactured. Even in this case, the number of failed products was as much as 90%. With interest in photocells also beginning to extend across the commercial area as a means of providing an alternative energy source for fossil fuels, any cost reduction in photocell production is welcome.
Het hieronder besproken voorbeeld heeft betrek-20 king op een fotocel op basis van een siliciummatrix, waarin de P-laag silicium is, dat gedoteerd is met antimoon en arseen of fosfor. De P- en N-lagen zijn zodanig gevormd, dat er een sand-wichkonfiguratie resulteert.The example discussed below relates to a silicon matrix-based photocell in which the P layer is silicon doped with antimony and arsenic or phosphorus. The P and N layers are formed to result in a sand-wich configuration.
De toepassing van het principe van de uitvin-25 ding levert P-N-sprongorganen (fotocellen, enzovoort) op op een wijze, die: 1. wordt uitgevoerd bij heersende (kamer) temperatuur en dus het gebruik overbodig maakt van de bij hoge temperatuur werkende induktieovens, die bij de huidige processen 30 nodig zijn, 2. het doteerproces kontinu en op een nauwkeurig geregelde wijze bij kamertemperatuur wordt uitgevoerd, hetgeen resulteert in concentraties doteermiddel aan de onderkant van de siliciumlaag, die gelijk zijn aan die, die op elke andere 35 diepte in de laag worden aangetroffen en dus de normale niet 8201632 jr » - 9 - lineaire diffusie van het doteermiddel als fünktie van de diepte, die altijd het gevolg is van het huidige hoge temperatuurdiffusieproces overbodig maakt, 3. de vorming toestaat van een P-N-sprongorgaan 5 met afzonderlijk geregelde laagdikte, type doteermiddel en do- teermiddelconcentratie, zodat het substraat (het oppervlak, waarop de fotocel wordt bevestigd), wanneer het eenmaal gemonteerd is, niet gehanteerd of anderszins fysisch wordt verwijderd van de inrichting, die voor de afzetting van het P-N-sprongmateriaal 10 wordt gebruikt.The application of the principle of the invention provides PN jumpers (photocells, etc.) in a manner which: 1. is performed at ambient (room) temperature and thus makes the use of the high-temperature induction furnaces superfluous. required by current processes, 2. the doping process is carried out continuously and in a precisely controlled manner at room temperature, resulting in dopant concentrations at the bottom of the silicon layer equal to those at any other depth. found in the layer and thus obviates the normal non-8201632 yr »- 9 - linear diffusion of the dopant as a function of depth, which is always due to the current high temperature diffusion process, 3. allows the formation of a PN hopper 5 with separately controlled layer thickness, dopant type and dopant concentration, so that the substrate (the surface on which the photocell is attached), when h Once assembled, not handled, or otherwise physically removed from the device used to deposit the P-N jump material 10.
In dit voorbeeld is voor illustratieve doeleinden het N-doteermiddel borium en zijn de P-doteermiddelen antimoon en fosfor. De keuze van deze doteermiddelen betekent niet, dat andere doteermiddelen niet op exakt dezelfde wijze kunnen 15 worden gebruikt, dat wil zeggen door toepassing van het principe van de uitvinding. Dit voorbeeld verschilt als volgt van het voorafgaande: in het voorafgaande voorbeeld werd de wijze, waarop een metaal of niet metaal in zeer sterke mate kon worden gezuiverd gegeven, maar in onderstaand voorbeeld worden de manieren 20 besproken, waarop men een geregelde hoeveelheid van een bepaalde verontreiniging en geen andere kan opnemen in een zeer zuivere matrix, waarbij de hoeveelheid bepaalde verontreiniging zeer klein kan zijn (tot in de orde van delen per 100 triljoen).In this example, for illustrative purposes, the N-dopant is boron and the P-dopants are antimony and phosphorus. The choice of these dopants does not mean that other dopants cannot be used exactly the same way, ie by applying the principle of the invention. This example differs from the foregoing as follows: in the previous example, the manner in which a metal or non-metal could be purified to a very high degree was given, but the example below discusses the ways in which a controlled amount of a particular can incorporate contamination and no others into a high purity matrix, the amount of contamination determined being very small (up to the order of parts per 100 trillion).
De siliciumbron wordt gekozen uit een groot 25 aantal verschillende vluchtige siliciumverbindingen, zoals tetra- methylsilicium. De vluchtige verbindingen zijn geselekteerd omdat zij zeer hoge dampspanningen hebben of gemakkelijk gassen vormen bij kamertemperatuur.The silicon source is selected from a wide variety of volatile silicon compounds, such as tetramethyl silicon. The volatile compounds are selected because they have very high vapor pressures or readily form gases at room temperature.
Een hoeveelheid siliciumverbinding, die ekwi-30 valent is met 1 of 2 gram silicium wordt in een gesloten vat gebracht, dat 1. een temperatuursregeling heeft, die binnen ± 0,01°C kan worden ingesteld van 100°C tot -200°C en 2. via een doseerklep met een verdeelstuk kan 35 worden verbonden.An amount of silicon compound, which is 30qui-valent with 1 or 2 grams of silicon, is placed in a closed vessel, which has 1. temperature control, which can be adjusted within ± 0.01 ° C from 100 ° C to -200 ° C and 2. can be connected to a manifold via a metering valve.
8201632 - 10 -8201632 - 10 -
De klep is aanvankelijk gesloten, zodat gas-vaste stof in het vat in thermisch evenwicht met het vat kunnen worden gebracht. De temperatuurregeling wordt ingesteld op de temperatuur, die resulteert in de gewenste druk voor de gas-5 vormige siliciumverbinding, tetramethylsilicium (IMS), waarbij bijvoorbeeld 27°C resulteert in een TMS-gasdruk van ongeveer 150 mm Hg.The valve is initially closed so that gas solids in the vessel can be brought into thermal equilibrium with the vessel. The temperature control is adjusted to the temperature, which results in the desired pressure for the gaseous silicon compound, tetramethylsilicon (IMS), for example, 27 ° C resulting in a TMS gas pressure of about 150 mm Hg.
De siliciumbron wordt genomen uit een groot aantal boriumverbindingen, zoals de hydriden en diboraan, die 10 vluchtig zijn. De vluchtige verbindingen zijn geselekteerd omdat zij hoge dampdrukken hebben of bij kamertemperatuur gemakkelijk gassen vormen. Een hoeveelheid diboraan, die ekwivalent is met 1 of 2 mg borium wordt in een gesloten vat gebracht met dezelfde eigenschappen als het vat, dat de siliciumverbinding bevat 15 en het boriumbevattende vat wordt verbonden met hetzelfde ver- deelstuk, zodat de twee gassen naar behoefte kunnen worden vermengd. Omdat de hoeveelheid doteermiddel gewoonlijk erg klein is, delen per biljoen of minder, ten opzichte van het silicium, moet men de mogelijkheden bij lage temperatuur van het borium-20 bevattende gas gebruiken. Dat wil zeggen bij handhaving van de temperatuur op ongeveer 165°C resulteert een dampdruk van ongeveer 1 tot 2 mm Hg. Indien men dan ook de gassen, TMS en diboraan vrijelijk bij hun respektievelijke dampdrukken in het verdeelstuk liet vermengen, zou er ongeveer 1 deel boraan per 25 triljoen met betrekking tot TMS aanwezig zijn. Teneinde de di- boraanconcentratie verder te verlagen moet men de doseerkleppen gebruiken, die elk vat van het verdeelstuk scheiden en in het verdeelstuk een mild vakuum aanleggen. Op deze wijze kan men willekeurige lage boraanconcentraties in het stromende mengsel 30 van de twee gassen bereiken. Het op het verdeelstuk aangelegde milde vakuum levert de drijvende kracht of middelen voor het overbrengen van de gasmengsels naar andere lokaties in de inrichting.The silicon source is taken from a large number of boron compounds, such as the hydrides and diborane, which are volatile. The volatile compounds are selected because they have high vapor pressures or readily form gases at room temperature. An amount of diborane equivalent to 1 or 2 mg of boron is placed in a closed vessel with the same properties as the vessel containing the silicon compound and the boron-containing vessel is connected to the same manifold so that the two gases can be added as required be mixed. Since the amount of dopant is usually very small, parts per trillion or less, relative to the silicon, the low temperature capabilities of the boron-containing gas must be used. That is, keeping the temperature at about 165 ° C results in a vapor pressure of about 1 to 2 mm Hg. Therefore, if the gases, TMS and diborane were allowed to mix freely in the manifold at their respective vapor pressures, there would be about 1 part borane per 25 trillion with respect to TMS. In order to further reduce the diborane concentration, the metering valves must be used, which separate each vessel from the manifold and apply a mild vacuum to the manifold. Any low borane concentrations in the flowing mixture of the two gases can be achieved in this way. The mild vacuum applied to the manifold provides the driving force or means for transferring the gas mixtures to other locations in the device.
Evenals boven (dat wil zeggen in het voorafgaande voorbeeld) wordt een gas als helium voor het vormen van 35 een gasreagens geselekteerd. Er wordt aan herinnerd dat door on- 8201632 - 11 - geveer 2 molen/mimxut helium te leiden door een leiding, zoals een gasbuis, waaromheen op enig handzaam punt twee ringvormige elektroden op een afstand van 3 tot 5 cm van elkaar zijn aangebracht en waarover 200 Vdc is aangelegd, energetische of ge-5 exciteerde neutrale heliumatomen worden gevormd. Deze neutrale geexciteerde atomen worden in het vervolg aangeduid als het me-tastabiele gas of gasreagens.As above (ie in the previous example), a gas is selected as helium to form a gas reagent. It is recalled that by passing approximately 2 moles / mimxut helium through a conduit, such as a gas tube, around which two annular electrodes are spaced 3 to 5 cm apart at some convenient point and over which 200 Vdc is applied, energetic or excited neutral helium atoms are formed. These neutral excited atoms are hereinafter referred to as the metastable gas or gas reagent.
Het verdeelstuk waarin men IMS en boraan laat stromen is zodanig verbonden met de glazen buis of leiding, waar-10 in het metastabiele gas wordt gevormd, dat het IMS en boraan-mengsel in het metastabiele gas stroomt, waar energie van de metastabiele atomen (neutrale geexciteerde atomen) wordt overgedragen aan IMS en diboraan. Deze konfiguratie is zodanig ge-selekteerd (in plaats van diegene, waarbij het mengsel van zowel 15 TMS en diboraan als helium zich met elkaar vermengen voor de vorming van het reagens of metastabiele gas), dat er geen silicium- en boriumionen worden gevormd voor bestraling met licht^ waarvan de golflengte of golflengten overeenkomt of overeenkomen met energie of energieen, die gelijk zijn aan die, die voor het 20 ioniseren van silicium en borium vanuit hun neutrale geexciteerde toestanden nodig is of zijn. De reden hiervoor is, dat door vermijding van ononderscheidenlijke ionisatie zeer hoge zuiverheden, alsmede hoge bekledingssnelheden kunnen worden bereikt. Opgemerkt wordt echter, dat het onder bepaalde omstandigheden 25 handzaam kan zijn ionen te vormen van hetzij het doteermiddel, hetzij silicium, door vermenging met het helium voor de vorming van het metastabiele gas, namelijk wanneer de behoefte of de wens bestaat geen lichtbron, zoals een laser te gebruiken en/of lage zuiverheidsstandaarden kunnen worden getolereerd, maar hoge-30 re bekledingssnelheden nodig zijn. In dit voorbeeld zal een dergelijk geval echter niet in detail worden beschouwd. In elk van beide gevallen worden er evenwel, wanneer er energie van het metastabiele gas naar TMS en diboraan wordt overgedragen de geexciteerde neutrale silicium- en boriumatomen gevormd. Tabel B 35 geeft een samenvatting van het energiegehalte van de meest pro- 8201632 - 12 - minente geexciteerde neutrale toestanden en geïoniseerde toestanden van silicium, borium, fosfor, antimoon en arseen. Opgenomen in de tabel zijn de verschillende energieverschillen tussen de geexciteerde neutrale en geïoniseerde toestanden van.The manifold into which IMS and borane is flowed is connected to the glass tube or conduit where the metastable gas is formed so that the IMS and borane mixture flows into the metastable gas, where energy of the metastable atoms (neutral excited atoms) is transferred to IMS and diborane. This configuration is selected (rather than the one where the mixture of both TMS and diborane and helium mix together to form the reagent or metastable gas) so that no silicon and boron ions are formed for irradiation with light the wavelength or wavelengths corresponding to or corresponding to energies or energies equal to those necessary for ionizing silicon and boron from their neutral excited states. The reason for this is that very high purities and high coating speeds can be achieved by avoiding indistinguishable ionization. It should be noted, however, that under certain circumstances it may be convenient to form ions from either the dopant or silicon by mixing with the helium to form the metastable gas, namely when there is a need or desire no light source such as a laser and / or low purity standards can be tolerated, but high-30 coating rates are required. However, in this example, such a case will not be considered in detail. In either case, however, when energy is transferred from the metastable gas to TMS and diborane, the excited neutral silicon and boron atoms are formed. Table B 35 summarizes the energy content of the most prominent neutral states and ionized states of silicon, boron, phosphorus, antimony and arsenic. Included in the table are the different energy differences between the excited neutral and ionized states of.
5 de genoemde elementen.5 the elements mentioned.
TABEL BTABLE B
Element en Energie- Energieverschil tussen 10 toestand toestand neutrale en geïoniseer de toestand A° eV eV A°Element and Energy-Energy difference between 10 state neutral and ionized state A ° eV eV A °
MatrixMatrix
Silicium: 15 neutraal 2881,578 4,303 geïoniseerd 1533,550 8,121 3,818 3247,774 P-laagdoteermiddel _Silicon: 15 Neutral 2881,578 4,303 Ionized 1533,550 8,121 3,818 3247,774 P Layer Doping Agent _
Borium: 20 neutraal 2497,733 4,965 geïoniseerd 1362,460 8,296 3,33, 3722,606 N-laagdoteermiddelen _ ...... .Boron: 20 neutral 2497.733 4.965 ionized 1362.460 8.296 3.33, 3722.606 N-layer dopants _ .......
Antimoon: 25 neutraal 2060,380 5,995 geïoniseerd 1435,351 8,639 3>644 3402,854Antimony: 25 neutral 2060,380 5,995 ionized 1435,351 8,639 3> 644 3402,854
Fosfor: neutraal 2534,010 4,893 30 geïoniseerd 1182,755 10,484 5>59, 2218>021Phosphorus: neutral 2534,010 4,893 30 ionized 1182,755 10,484 5> 59, 2218> 021
Arseen: neutraal 1890,500 6,559 geïoniseerd 1264,010 9,810 3 3314211 35 8201632 V* - 13 -Arsenic: neutral 1890,500 6,559 ionized 1264,010 9,810 3 3 314 211 35 8201 632 V * - 13 -
Op dit punt kan he.t gas, dat neutraal, geëxciteerd silicium en borium bevat door een elektrisch en/of magnetisch veld worden geleid teneinde ongewenste ionen te verwijderen, die gevormd kunnen zijn tijdens energieoverdracht vanuit 5 het metastabiele gas, zoals onzuiverheden, wier ionisatieenergie kleiner is dan die van silicium en borium. Deze werkwijze resulteert tot een zeer grote zuiverheid van de gasstroom. Eigenlijk is ter verkrijging van de hoogste zuiverheid een gas als helium geselekteerd vanwege zijn grote energiegehalte in de metastabiele 10 toestand van ongeveer 21 eV, waardoor dus een doelmatige ionisatie van onzuiverheden wordt veroorzaakt (met lage ionisatie energie en ondoeltreffende ionisatie van atomen of molekulen met hoge ionisatieenergieen).At this point, the gas containing neutral, excited silicon and boron can be passed through an electric and / or magnetic field to remove unwanted ions, which may be formed during energy transfer from the metastable gas, such as impurities, whose ionization energy is smaller than that of silicon and boron. This method results in a very high purity of the gas flow. Actually, to obtain the highest purity, a gas such as helium has been selected due to its high energy content in the metastable state of about 21 eV, thus causing efficient ionization of impurities (with low ionization energy and ineffective ionization of atoms or molecules with high ionization energies).
Het gas, dat de silicium- en boriumatomen in 15 hun geexciteerde neutrale toestanden bevat, wordt daarna bestraalt met intens licht vanuit een bron, zoals een holle katode-lamp of een laser (afstembaar kleurtype bijvoorbeeld). Het licht moet monochromatisch (of nagenoeg monochromatisch) zijn met een golflengte van 3247,774 A° of 3,818 eV. Afhankelijk van de in 20 trinsieke intensiteit van de lichtbron en de concentratie van neutrale, geexciteerde silicium- en boriumatomen kan hetzij een enkele doorgang, hetzij een veelvoudige doorgang van de lichtbaan door het gas worden gebruikt. Een optische konfiguratie met veelvoudige doorgang verdient de voorkeur.The gas, which contains the silicon and boron atoms in their excited neutral states, is then irradiated with intense light from a source, such as a hollow cathode lamp or a laser (tunable color type, for example). The light must be monochromatic (or nearly monochromatic) with a wavelength of 3247.774 A ° or 3.818 eV. Depending on the intrinsic intensity of the light source and the concentration of neutral, excited silicon and boron atoms, either a single passage or a multiple passage of the light path through the gas can be used. A multiple pass optical configuration is preferred.
25 Als neutraal geexciteerd silicium en borium licht van deze golflengte absorberen, worden de respektievelijke ionen gevormd, omdat licht met een golflengte van 3247,774 A° voldoet aan de ionisatieenergiebehoeften van silicium in zijn langst levende neutrale toestand en uitgaat boven die van borium 30 in zijn langst levende neutrale toestand.When neutral excited silicon and boron absorb light of this wavelength, the respective ions are formed because light with a wavelength of 3247.774 A ° meets the ionization energy needs of silicon in its longest living neutral state and exceeds that of boron 30 in its longest living neutral state.
De aldus gevormde ionen worden, terwijl zij zich nog in de bewegende gasstroom bevinden, door een elektrisch en/of magnetisch veld geleid en de ionen worden uit de stroom afgebogen (door hun wisselwerking met het veld) en daardoor naar 35 een voor bekleding geschikt oppervlak gericht.The ions thus formed, while still in the moving gas stream, are passed through an electric and / or magnetic field and the ions are deflected from the stream (through their interaction with the field) and thereby to a surface suitable for coating focused.
8201632 - 14 -8201632 - 14 -
Indien verdere zuivering van de gasstroom voor het punt, waarop silicium- en boriumionen gevormd worden (namelijk bij bestraling met monochromatisch licht met een golflengte van 3247,774 A°) nodig is, kan de gasstroom eerst worden be-5 straalt met monochromatisch licht met een golflengte van enigs zins minder dan 3722,61 A°. Door dit te doen kan elke ongewenste atomaire of molekulaire species, die door licht van 3722,61 A° geïoniseerd kan worden, uit de gasstroom worden verwijderd door deze door een elektrisch en/of magnetisch veld te leiden, dat 10 gelegen is tussen de lichtbronnen van 3722,61 A° en 3247,774 A°.If further purification of the gas stream is required for the point at which silicon and boron ions are formed (namely, upon irradiation with monochromatic light having a wavelength of 3247.774 A °), the gas stream may first be irradiated with monochromatic light having a wavelength of somewhat less than 3722.61 A °. By doing this, any unwanted atomic or molecular species that can be ionized by light of 3722.61 A ° can be removed from the gas stream by passing it through an electric and / or magnetic field located between the light sources of 3722.61 A ° and 3247.774 A °.
De ionen van silicium en borium, worden afgezet op een negatief geladen doelwit, waar zij een kristal of kristallen vormen, terwijl zij een elektron opnemen en dus neutraal , worden in een kristalrooster. Het afzettingsproces kan zolang 15 · als ter verkrijging van de gewenste dikte nodig is, worden uitgevoerd.The ions of silicon and boron are deposited on a negatively charged target, where they form a crystal or crystals, while taking up an electron and thus becoming neutral, in a crystal lattice. The deposition process can be carried out for as long as is necessary to obtain the desired thickness.
Wanneer eenmaal de gewenste dikte van P-laag is afgezet, wordt de N-laag boven op de P-laag afgezet, zonder dat men de substraat P-laag voor inspektie of polijsting behoeft 20 te verwijderen. Elk N-laagdoteermiddel of kombinatie van dergelijke middelen kan worden gebruikt voor het vormen van de N-laag met silicium als matrix. Gebruikte werkwijze en inrichting zijn exakt dezelfde als beschreven voor de vorming van de P-laag onder gebruikmaking van borium, behalve dat de golflengte van licht 25 voor het vormen van de ionen zodanig is uitgekozen, dat deze overeenkomt met het energieverschil tussen de neutrale geëxciteerde en geïoniseerde toestand van de bepaalde atomen, die men gebruikt.Once the desired thickness of P-layer has been deposited, the N-layer is deposited on top of the P-layer without having to remove the substrate P-layer for inspection or polishing. Any N-layer dopant or combination of such agents can be used to form the N-layer with silicon as the matrix. The method and device used are exactly the same as described for the formation of the P-layer using boron, except that the wavelength of light 25 for the formation of the ions is chosen such that it corresponds to the energy difference between the neutral excited and ionized state of the particular atoms used.
Een verdere verfijning, die men ter verkrijging 30 van een maximum zuiverheid van de betrokken atoomspecies kan gebruiken, is vermeldens waard. Hoewel een bepaald atoom, silicium, ter toelichting wordt gebruikt, kan men deze verfijning natuurlijk evengoed op elk ander atoom toepassen, bijvoorbeeld op germanium, enzovoort.A further refinement, which can be used to obtain a maximum purity of the atomic species concerned, is worth mentioning. Although a particular atom, silicon, is used for explanation, one can of course apply this refinement to any other atom, for example germanium, and so on.
35 Wanneer het siliciumatoom eenmaal in zijn geexci- 8201632 - 15 - teerde neutrale toestand is gevormd, kunnen er ook andere neutrale geexciteerde atomen van een ongewenste soort worden gevormd. Indien deze verontreinigende atomen door 3247,774 A° licht kunnen worden geïoniseerd kunnen zij samen met het silicium worden geioni-5 seerd. Door dan pok alle neutrale geexciteerde atomen te bestralen met een andere monochromatische lichtbron, waarvan de golflengte overeenkomt met een energie, die enigszins minder is dan die, welke vereist is voor de ionisatie van de neutrale, geexciteerde siliciumatomen (3250 A°) gaan neutrale geexciteerde siliciumato-10 men onveranderd met de gasstroom mee, maar de andere neutrale geexciteerde atomen, die geïoniseerd kunnen worden, zullen en kunnen dan uit de gasstroom worden afgebogen door aanleg van een elektrisch en/of magnetisch veld. Ook is het duidelijk, dat allerlei andere neutrale geexciteerde atomen, alsmede silicium met de 15 gasstroom meegaan, dat wanneer het monochromatische licht van 3247,774 A° de stroom bestraalt, slechts de neutrale geexciteerde siliciumionen geïoniseerd worden en dat alle andere atomen met de gasstroom meegaan. Aldus levert de besproken verfijning een ener-giefilter op van ongeveer 3 A°, zodat die neutrale geexciteerde 20 ionen, die bij lagere energieen dan neutraal geexciteerd silicium kunnen worden geïoniseerd, geïoniseerd worden en die neutrale geexciteerde atomen, die ter ionisatie meer energie nodig hebben dan neutraal, geexciteerd silicium, nooit geïoniseerd worden en met de gasstroom meegaan naar de afvoer of verzameling.Once the silicon atom is formed in its excited neutral state, other neutral excited atoms of an undesired kind can also be formed. If these contaminating atoms can be ionized by 3247,774 A ° light, they can be ionized together with the silicon. Then irradiating all neutral excited atoms with another monochromatic light source, the wavelength of which corresponds to an energy slightly less than that required for the ionization of the neutral excited silicon atoms (3250 A °). silicon atoms remain unchanged with the gas stream, but the other neutral excited atoms, which can be ionized, will then be and can be deflected from the gas stream by applying an electric and / or magnetic field. It is also clear that all kinds of other neutral excited atoms, as well as silicon, go with the gas stream, that when the monochromatic light of 3247,774 A ° irradiates the current, only the neutral excited silicon ions are ionized and all other atoms with the gas stream come along. Thus, the refinement discussed provides an energy filter of approximately 3 A °, so that those neutral excited ions, which can be ionized at lower energies than neutral excited silicon, are ionized, and those neutral excited atoms, which need more energy for ionization then neutral, excited silicon, never become ionized and go with the gas stream to the drain or collection.
25 Er zullen nu nog vier voorbeelden worden gegeven van de toepassing van metastabiele gassen op belangrijke processen, namelijk: 1. metaalzuivering met twee lasers.Four further examples will now be given of the application of metastable gases to important processes, namely: 1. metal purification with two lasers.
2. verbranding.2. combustion.
30 3. katalysatorvorming.30 3. catalyst formation.
4. kraken van koolwaterstoffen.4. hydrocarbon cracking.
Voorbeeld IV.Example IV.
Metaalzuivering met twee lasers.Metal purification with two lasers.
35 Een samenvatting van deze toepassing kan aldus 8201632 , 4. y - 16 - worden geformuleerd: een gas, zoals helium, wordt door een elektrisch veld geleid, zodat een grote concentratie van de geexciteerde, neutrale vorm van helium wordt gevormd, in het vervolg aangeduid 5 als metastabiele heliumatomen. Een vluchtige vorm van een geselek-teerd metaal, niet metaal of ander molekuul, in het vervolg aangeduid als gasreagens, wordt in de stroom van metastabiele heliumatomen ingevoerd, waardoor energieoverdracht van de metastabiele atomen naar de atomen/molekulen van het gasreagens optreedt, waar-10 door dus de energie van de reagerende molekulen/atomen wordt verhoogd tot een energietoestand, in het vervolg aangeduid als neutrale, geexciteerde toestand (waarvan de energie minder is dan die, die voor het veroorzaken van ionisatie van de atomen/molekulen van het gasreagens nodig is. Door bestraling van de neutrale, 15 geexciteerde atomen/molekulen van het gasreagens het licht van een golflengte, die precies overeenkomt met het energieverschil tussen de geexciteerde neutrale reagensspecies en de geïoniseerde reagensspecies, treedt er ionisatie op bij die species in het rea-gensgas, waarvoor de som van de metastabiele energie en de energie 20 van- het bestralende licht gelijk is aan of uitgaat boven de ioni-satieenergie. Aldus wordt elke verontreinigende species in het gasreagens, waarvan de ionisatieenergiebehoefte uitgaat boven deze som niet geïoniseerd en dan ook uitgeschakeld als kandidaat voor afzetting in een dunne film, aangezien afzetting bij de onderhavige 25 uitvinding van ionen afhangt. Ook is het duidelijk, dat verontreinigende species in het gasreagens, waarvan de ionisatieenergie minder dan deze som is, samen met het reagens geïoniseerd worden en dientengevolge in de dunne film worden afgezet en dus als een onzuiverheid zijn te beschouwen. Bij reorganisatie van de toepas-30 singsmethode van de uitvinding op filmafzetting en uitbreiding van het idee, waarop de uitvinding gebaseerd, is het mogelijk te voorkomen, dat in de dunne film verontreinigende species worden opgenomen, waarvan de ionisatieenergiebehoefte minder dan of gelijk is aan die van het reagerende species. Onderstaande diskussie geeft 35 een toelichting op de methode voor een mengsel van nikkel, ijzer 8201632 - 17 - en wolfraam, waarbij het de bedoeling is een dunne nikkelfilm te vervaardigen, maar een zonder insluiting van ijzer of wolfraam. Gelet op tabel C en onder inachtneming van de details van de uitvinding is het duidelijk, dat wanneer eenmaal het metastabiele 5 gasreagens van nikkel samen met verontreinigend ijzer en wolfraam is gevormd, bestraling met licht van 6316,9 A° ionisatie veroorzaakt van de neutrale geexciteerde nikkel- en ijzerspecies, maar geen ionisatie veroorzaakt van het neutrale, geexciteerde wolf-raamspecies.A summary of this application can thus be formulated 8201632, 4. y - 16 - a gas, such as helium, is passed through an electric field to form a large concentration of the excited, neutral form of helium, hereinafter designated 5 as metastable helium atoms. A volatile form of a selected metal, nonmetal or other molecule, hereinafter referred to as a gas reagent, is introduced into the flow of metastable helium atoms, causing energy transfer from the metastable atoms to the atoms / molecules of the gas reagent, whereupon Thus increasing the energy of the reacting molecules / atoms to an energy state, hereinafter referred to as a neutral, excited state (whose energy is less than that required to cause ionization of the atoms / molecules of the gas reagent By irradiating the neutral, excited atoms / molecules of the gas reagent, the light of a wavelength exactly corresponding to the energy difference between the excited neutral reagent species and the ionized reagent species, ionization occurs in those species in the reagent gas for which the sum of the metastable energy and the energy of the irradiating light is equal to or goes out above the ionization energy. Thus, any pollutant species in the gas reagent whose ionization energy requirement exceeds this sum is not ionized and therefore eliminated as a candidate for thin film deposition, since deposition in the present invention depends on ions. It is also clear that pollutant species in the gas reagent, the ionization energy of which is less than this sum, are ionized together with the reagent and are consequently deposited in the thin film and thus considered impurity. When reorganizing the method of applying the invention to film deposition and expanding the idea on which the invention is based, it is possible to prevent the incorporation into the thin film of pollutant species whose ionization energy requirement is less than or equal to that of the reacting species. The discussion below explains the method for a mixture of nickel, iron 8201632-17 and tungsten, the intention being to produce a thin nickel film, but one without inclusion of iron or tungsten. In view of Table C and taking into account the details of the invention, it is clear that once the metastable nickel gas reactant is formed together with polluting iron and tungsten, irradiation with light of 6316.9 A ° causes ionization of the neutral excited nickel and iron species, but does not cause ionization of the neutral, excited wolf window species.
1010
TABEL CTABLE C
Element Neutraal Geïoniseerde Energie- geexciteerd (A°) toestand (A°) verschil (A°)Element Neutral Ionized Energy excited (A °) state (A °) difference (A °)
_eV_eV_eV_eV_eV_eV
15 W 4008,8 A° 2204,5 A° 4897,3 A°15 W 4008.8 A ° 2204.5 A ° 4897.3 A °
3,093 eV 5,625 eV 2,532 eV3,093 eV 5,625 eV 2,532 eV
Fe 3581,2 A° 2382,0 A° 7114,2 A°Fe 3581.2 A ° 2382.0 A ° 7114.2 A °
3,463 eV 5,206 eV 1,743 eV3,463 eV 5,206 eV 1,743 eV
2020
Ni 3414,8 A° 2216,5 A° 6316,9 A°Ni 3414.8 A ° 2216.5 A ° 6316.9 A °
3,631 eV 5,594 eV 1,963 eV3,631 eV 5,594 eV 1,963 eV
Aldus blijkt na afzetting, dat de dunne nikkel-25 film slechts een van de twee verontreinigende species bevat, dat wil zeggen ijzer, maar geen nikkel. Indien echter het neutrale, geexciteerde reagensspecies en de verontreinigende species eerst worden bestraalt met licht met een golflengte van meer dan 6316,9 A°, wordt het verontreinigende speciesijzer geïoniseerd, maar de 30 rest niet. De ijzerionen kunnen daarna elektrisch of magnetisch van het gasreagensspecies (nikkel) en het enig overblijvende verontreinigende species (dat is het wolfraam) worden afgebogen. Het resterende mengsel wordt daarna bestraald met licht van een golflengte van minder dan of gelijk aan 6316,9 A% maar meer dan 35 4897,3 A°, waardoor dus nikkelionen, maar geen wolfraamionen worden 8201632 - 18 - gevormd. Op deze wij2e kan een reagensspecïes, waarvan de ionisa-tieenergiebehoefte in ligt tussen die van twee verontreinigende species, worden afgescheiden en afgezet als een dunne film, die vrij is van insluitsels of verontreinigingen.Thus, after deposition, it appears that the thin nickel-25 film contains only one of the two contaminating species, ie iron, but no nickel. However, if the neutral, excited reagent species and the contaminating species are first irradiated with light with a wavelength greater than 6316.9 A °, the contaminating species iron is ionized, but the remainder is not. The iron ions can then be electrically or magnetically deflected from the gas reagent species (nickel) and the only remaining contaminating species (that is, the tungsten). The remaining mixture is then irradiated with light of a wavelength less than or equal to 6316.9 A% but more than 35 4897.3 A °, thus forming nickel ions, but no tungsten ions. 8201632-18. In this way, a reagent species whose ionization energy requirement is between those of two contaminating species can be separated and deposited as a thin film free of inclusions or contaminants.
5 In werkelijkheid zou men het proces als volgt kunnen uitvoeren:5 In reality, the process could be performed as follows:
Door een 2 mmol/minüut stroom van helium, opgesloten in een glazen leiding, door 2 ringvormige elektroden te leiden, waarover 300 Vdc is aangelegd, worden er per sekonde onge-10 veer 10^ metastabiele heliumatomen gevormd. Het gasreagens (samengesteld uit gasvormig reagens Ni(CO), (nikkelcarbonyl) en tweeBy passing a 2 mmole / minute stream of helium, contained in a glass conduit, through 2 annular electrodes over which 300 Vdc is applied, approximately 10 10 metastable helium atoms are formed per second. The gas reagent (composed of gaseous reagent Ni (CO), (nickel carbonyl) and two
OO
verontreinigingen Fe(C0)g en W(C0)g, (respektievelijk ijzercar-bonyl en wolfraamcarbonyl) wordt in de stroom van metastabiel helium ingevoerd en vermengd door turbulentie en diffusie. De 15 neutrale geexciteerde toestanden van elk metaal worden gevormd · door botsingsenergieoverdracht en/of Fosterprocessen en wordt er helium in zijn neutrale grondtoestand achtergelaten. De stroom van reagensgas, die nu de neutrale, geexciteerde species ijzer, nikkel en wolfraam bevat, wordt door drukverschil over de glazen 20 leiding geleid naar een punt, waarop de stroom wordt bestraald met licht met een golflengte van meer dan 6316,9 A° (bijvoorbeeld 6500 A°), waarop het neutrale, geexciteerde ijzerspecies geïoniseerd wordt, maar de neutrale geexciteerde nikkel- en wolfraam-species niet. Het geïoniseerde ijzer wordt aangetrokken door een 25 negatief geladen doelwit binnen de glazen leiding en daardoor uit het gasreagens verwijderd. De stroom van gasreagens, die nu slechts de neutrale geexciteerde species nikkel en wolfraam bevat, wordt door drukverschil verder door de glazen leiding geleid naar een punt, waarop de stroom wordt bestraald met licht van een golf-30 lengte van minder dan of gelijk aan 6316,9 A°, maar niet minder dan of gelijk aan 4897,3 A°, waarop het neutrale, geexciteerde nikkelspecies geïoniseerd wordt, maar het neutrale geexciteerde wolfraamspecies niet. Het geïoniseerde nikkel wordt naar een ander negatief geladen doelwit binnen de glazen leiding getrokken, waar 35 het wordt afgezet en een nikkellaag vormt, die vrij is van ijzer 8201632 - 19 - en wolfraam, omdat het ijzer eerst werd uitgeschakeld als boven beschreven en het wolfraam nooit geïoniseerd werd en als zodanig niet met het nikkel wordt afgezet.impurities Fe (C0) g and W (C0) g, (iron carbonyl and tungsten carbonyl, respectively) are introduced into the flow of metastable helium and mixed by turbulence and diffusion. The neutral excited states of each metal are formed by impact energy transfer and / or Foster processes and helium is left in its neutral ground state. The flow of reagent gas, which now contains the neutral excited species of iron, nickel and tungsten, is conducted by differential pressure across the glass conduit to a point where the flow is irradiated with light of wavelength greater than 6316.9 A °. (e.g. 6500 A °), on which the neutral, excited iron species is ionized, but the neutral excited nickel and tungsten species are not. The ionized iron is attracted to a negatively charged target within the glass tube and thereby removed from the gas reagent. The flow of gas reagent, which now contains only the neutral excited species of nickel and tungsten, is passed through the glass line by differential pressure to a point where the flow is irradiated with light of a wavelength less than or equal to 6316 .9 A °, but not less than or equal to 4897.3 A °, on which the neutral excited nickel species is ionized, but the neutral excited tungsten species is not. The ionized nickel is drawn to another negatively charged target within the glass lead, where it is deposited and forms a nickel layer, which is free of iron 8201632-19 and tungsten, because the iron was first turned off as described above and the tungsten was never ionized and as such is not deposited with the nickel.
5 Voorbeeld V5 Example V
Verbeterde verbranding van koolwaterstoffenImproved combustion of hydrocarbons
Thans zal een voorbeeld worden gegeven van een nieuwe manier, waarop men de metastabiele gassen stikstof en zuurstof kan gebruiken voor een doelmatigere verbranding van 10 koolwaterstoffen. De doelmatigheid van verbranding houdt verband met de hoeveelheid nuttige energie, die uit de verbrandings-produkten kan worden gehaald. Wanneer men de onderhavige uitvinding niet toepast verbruikt een verbrandingsmoter 15 delen lucht per deel brandstof, maar bij toepassing van de onderhavige 15 uitvinding verbruikt de verbrandingsmotor 33 delen lucht per deel brandstof. Aldus wordt de doelmatigheid van de verbranding met een faktor 2,2 verhoogd.An example will now be given of a new way in which the metastable gases nitrogen and oxygen can be used for a more efficient combustion of hydrocarbons. Combustion efficiency is related to the amount of useful energy that can be extracted from the combustion products. When not using the present invention, a combustion engine consumes 15 parts air per part fuel, but when using the present invention, the combustion engine consumes 33 parts air per part fuel. Thus, the combustion efficiency is increased by a factor of 2.2.
De nieuwe wijze van verbranding van koolwaterstoffen levert: 20 1. de produktie van meer nuttige energie per massa eenheid brandstof dan de gebruikelijke verbrandingsmetho-den, 2. volledigere verbranding van brandstof en dan ook kleinere hoeveelheden verontreinigende of schadelijke gassen 25 (teweten NO, NO2, CO, enzovoort) in de uitlaat, 3. het overbodig worden van de benodigde kostbare voorzieningen ter bestrijding van luchtverontreiniging in automobielen, 4. goedkoper brandstofgebruik.The new method of combustion of hydrocarbons provides: 20 1. the production of more useful energy per unit mass of fuel than the usual combustion methods, 2. more complete combustion of fuel and therefore smaller amounts of polluting or harmful gases 25 (ie NO, NO2 , CO, and so on) in the exhaust, 3. the need for the necessary expensive provisions to combat air pollution in cars, 4. cheaper fuel consumption.
3030
De nieuwe verbrandingswijze behelst het leiden van het brandstof-oxydatiemiddel (dat wil zeggen 0^ in lucht) door een elektrostatisch of magnetisch veld, dat gekreeerd wordt door de aanleg van een gelijkspanning over twee axiaal in eikaars 35 verlengde liggende ringvormige elektroden, die het kanaal omrin- 8201632 - 20 - gen, waardoor het gasmengsel op zijn weg naar de verbrandings-kamer gaat. Het resulterende gasmengsel heeft een hoge concentratie aan "metastabiele" zuurstof- en stikstofmolekulen. Omdat de fysische aard van metastabiele atomen en/of molekulen boven 5 is uiteengezet, zal er geen verdere diskussie van hun fysische aard worden gegeven, maar het is opmerkens waard, dat de metastabiele atomen en/of molekulen geen ionen zijn, zodat de werkwijze niet afhangt van ionisatie of een plasma.The new combustion method involves conducting the fuel oxidizing agent (i.e., in in air) through an electrostatic or magnetic field created by the application of a DC voltage across two annular electrodes extending axially in each other, which channel surrounds 8201632 - 20 - through which the gas mixture passes on its way to the combustion chamber. The resulting gas mixture has a high concentration of "metastable" oxygen and nitrogen molecules. Since the physical nature of metastable atoms and / or molecules has been set out above 5, no further discussion of their physical nature will be given, but it is worth noting that the metastable atoms and / or molecules are not ions, so that the process does not depends on ionization or a plasma.
Wanneer metastabiele energie door botsingen 10 vanuit zuurstof of stikstof of beide wordt overgedragen naar brandstof in de gasfase en/of brandstofaerosol (als een druppeltje) resulteert de energietoeneming in een vermindering van de "aktiveringsenergie" voor verbranding bij brandstofmolekulen in dampfase en in een vergroting van de dampspanning van de 15 brandstof in de brandstofaerosoldeeltjes. Deze laatste waarneming vloeit voort uit het feit, dat brandstof in vloeistoffase niet verbrandt, maar daarentegen brandstof in dampfase verbrandt. Aldus is wanneer de brandstof niet goed verdampt is (dat wil zeggen in een aerosol) een aanzienlijke hoeveelheid warmte, die 20 afkomstig is van de verbranding van de brandstof in gasfase nodig voor het leveren van de verdampingswarmte voor de brandstof-druppeltjes in de aerosol. De voor het verdampen van brandstof-druppeltjes gebruikte warmte kan niet in energie worden omgezet. Wanneer een brandstofdruppeltje in de aerosol extra energie 25 bevat, zoals door botsing overgebrachte metastabiele energie treedt er een toeneming in de dampspanning van het brandstof-aerosoldruppeltje op, vanwege het algemeen aanvaarde en alom toegepaste principe van thermodynamisch evenwicht. Een open chemisch systeem zoekt konstant de toestand van thermodynamisch 30 evenwicht, omdat dit per definitie de meest stabiele toestand is. Thermodynamisch evenwicht wordt bereikt door herverdeling van overmaat energie over de elektronische, translatie-, vibratie-en rotatieenergie van het open chemische systeem. Indien er aldus metastabiele energie wordt toegevoegd aan een aerosolbrand-35 stofdruppeltje, komt deze binnen in de elektronische energie van 8201632 - 21 - het systeem, maar, daar het systeem naar thermodynamisch evenwicht neigt, wordt de overmaat elektronische energie snel (ca. 10 ^ sek.) herverdeelt over de translatie-, vibratie- en rotatieenergie. Dit zijn de energievormen, die in afnemende 5 orde van belangrijkheid de meeste invloed hebben op de damp- spanning van het brandstofdruppeltje.When metastable energy is transferred through collisions from oxygen or nitrogen or both to gas phase fuel and / or fuel aerosol (as a droplet), the energy increase results in a reduction of "activation energy" for combustion at vapor phase fuel molecules and an increase in the vapor pressure of the fuel in the fuel aerosol particles. The latter observation stems from the fact that liquid phase fuel does not burn, but instead burns vapor phase fuel. Thus, when the fuel has not evaporated well (ie, in an aerosol), a significant amount of heat from combustion of the gas-phase fuel is required to provide the evaporative heat for the fuel droplets in the aerosol. The heat used to evaporate fuel droplets cannot be converted into energy. When a fuel droplet in the aerosol contains additional energy, such as collision-transmitted metastable energy, an increase in the vapor pressure of the fuel aerosol droplet occurs due to the generally accepted and widely applied principle of thermodynamic equilibrium. An open chemical system constantly seeks the state of thermodynamic equilibrium because this is by definition the most stable state. Thermodynamic equilibrium is achieved by redistributing excess energy over the electronic, translation, vibration and rotational energy of the open chemical system. Thus, if metastable energy is added to an aerosol fire-35 dust droplet, it enters the electronic energy of the system from 8201632 - 21, but, since the system tends to thermodynamic equilibrium, the excess electronic energy becomes rapid (approx. 10 ^ sek.) redistributes over the translation, vibration, and rotation energy. These are the forms of energy which, in decreasing order of importance, have the most influence on the vapor pressure of the fuel droplet.
Zowel door de vermindering van de aktiverings-energie ter verbranding van brandstofmolekulen in gasfase als door de toeneming in dampspanning van de aerosolbrandstofdrup-10 peltjes, wordt de toeneming met een faktor 2,2 in de doelmatig heid van de verbranding bereikt.Both by reducing the activation energy to burn gas-phase fuel molecules and by increasing the vapor pressure of the aerosol fuel droplets, the factor 2.2 increases the combustion efficiency.
De praktische uitvoering van dit systeem wordt beschreven aan de hand van een viertaktverbrandingsmotor als in een automobiel. Qet daarin gebruikte brandstofluchtmengsel 15 wordt naar elke cylinder toegevoerd door de inlaatverdeler.The practical implementation of this system is described by means of a four-stroke internal combustion engine as in an automobile. The fuel air mixture 15 used therein is supplied to each cylinder through the inlet manifold.
Tegenover elke inlaatopening, waarmee de inlaatverdeler mechanisch is verbonden, is op deze verdeler een gewone luchtdichte elektrische voeding aangebracht. De elektrisch voeding is van de verdeler geïsoleerd. Een metalen staaf van 1 mm middellijn 20 is gelast op de elektrisch verbinding aan de binnenkant van de verdeler. De lengte van de staaf is zodanig ingesteld, dat zij het bedrijf van de klep niet stoort. Het metaal van de staaf is zodanig geselekteerd, dat het een sterke elektronische ener-giefunktie heeft en inert is. In dit voorbeeld werd tantaal 25 gebruikt. Aan het buitengedeelte van de elektrisch verbinding is een positieve verbinding naar een 300 V gelijkspanning bevestigd. De' negatieve verbinding van de spanningstoevoer is aan het metaal van de verdeler verbonden. Dit kompleteert de elektrisch schakeling, die de lucht omvat tussen de staaf van 30 tantaal en het inwendige metaaloppervlak van het verdeelstuk, waardoor het brandstof-luchtmengsel tijdens het bedrijf stroomt. De spanningstoevoer werd ingesteld op een opgelegde spanning van 12 V gelijkspanning en een afgegeven spanning van 300 V gelijkspanning bij een vermogen van 10 Watt.Opposite each inlet opening, to which the inlet distributor is mechanically connected, an ordinary airtight electrical supply is provided on this distributor. The electrical supply is isolated from the distributor. A metal bar of 1 mm diameter 20 is welded to the electrical connection on the inside of the distributor. The length of the bar is adjusted so that it does not interfere with valve operation. The metal of the bar is selected to have a strong electronic energy function and is inert. In this example, tantalum 25 was used. A positive connection to a 300 V DC voltage is attached to the outdoor section of the electrical connection. The negative connection of the voltage supply is connected to the metal of the distributor. This completes the electrical circuit, which includes the air between the tantalum rod and the interior metal surface of the manifold, through which the fuel-air mixture flows during operation. The voltage supply was set to an applied voltage of 12 V DC and an output voltage of 300 V DC at a power of 10 watts.
35 Tengevolge van deze bedrijfsvoering bereikte 8201632 - 22 - men een grotere energie en minder schadelijke uitlaatgassen, waarbij het uitlaatgas hoofdzakelijk bestond uit kooldioxyde en waterdamp.As a result of this operation, 8201632 - 22 - one achieved greater energy and less harmful exhaust gases, the exhaust gas mainly consisting of carbon dioxide and water vapor.
5 Voorbeeld VIExample VI
Katalysatorfabrikage.Catalyst manufacture.
Vele industriële processen berusten op katalysatoren, zoals de metalen platina, rhodium, zilver, nikkel, goud, ijzer, koper, zink, enzovoort. Zelfs worden legeringen 10 van sommige van deze metalen als katalysatoren gebruikt. Weliswaar kunnen allerlei bovengenoemde katalysatoren volgens de beschreven methode worden vervaardigd, maar de methode zal slechts worden toegelicht aan een platinakatalysator in kombi-natie met de oxydatie van ammoniak ter bereiding van salpeter-15 zuur.Many industrial processes rely on catalysts, such as the metals platinum, rhodium, silver, nickel, gold, iron, copper, zinc, and so on. Even alloys of some of these metals are used as catalysts. It is true that all kinds of the above-mentioned catalysts can be manufactured according to the described method, but the method will only be explained to a platinum catalyst in combination with the oxidation of ammonia to prepare nitric acid.
Men gebruikt een platinagaas als katalysator bij het industriële proces ter oxydatie van ammoniak. De meerderheid van de massa van het platinagaas dient voor het leveren van een mechanisch stabiele fysische struktuur en een groot in-20 wendig oppervlak. Vanwege de kosten van het metaal zou het gewenst zijn een platinabekleding aan te brengen op een veel goedkopere mechanische drager.A platinum mesh is used as a catalyst in the industrial process of oxidizing ammonia. The majority of the platinum mesh mass serves to provide a mechanically stable physical structure and a large internal surface. Due to the cost of the metal, it would be desirable to apply a platinum coating to a much cheaper mechanical support.
Gewoonlijk wordt een katalysator in de loop van een reaktie, die hij aanjaagt, niet verbruikt. Bij platina-25 gaas, dat men bij de oxydatie van ammoniak gebruikt, schijnt het platina echter te worden verbruikt. De reden, waarom dit optreedt is, dat verontreinigingen in het platinagaas reageren met ammoniak of stikstofoxyde of salpeterzuur, maar het platina niet. Het resultaat is een fysische erosie van het platinagaas, 30 waardoor het uiteen gaat vallen en men het door een vers gaas moet vervangen. Wanneer men derhalve ultrazuiver platina zou kunnen aaribrengen op een mechanisch stabiel substraat met groot inwendig oppervlak, zoals aluminiumoxyde (Al, zou de katalysator onbeperkt kunnen voortgaan en veel goedkoper zijn.Usually, a catalyst is not consumed in the course of a reaction which it drives. However, with platinum mesh used in the oxidation of ammonia, the platinum appears to be consumed. The reason why this occurs is that impurities in the platinum mesh react with ammonia or nitric oxide or nitric acid, but the platinum does not. The result is a physical erosion of the platinum mesh, causing it to decompose and replacement with a fresh mesh. Therefore, if one could provide ultra-pure platinum on a mechanically stable substrate with a large internal surface, such as aluminum oxide (Al, the catalyst could continue indefinitely and be much cheaper.
35 Dit doel wordt nu met de hieronder beschreven werkwijze bereikt.This objective is now achieved with the method described below.
8201632 •é · * - 23 -8201632 • é · * - 23 -
De gebruikte werkwijze is precies dezelfde als boven beschreven onder voorbeeld IV. De vluchtige vorm van platina kan echter platinahexafluoride zijn (PtFg) of PtCPF^)^·The method used is exactly the same as described above under Example IV. However, the volatile form of platinum can be platinum hexafluoride (PtFg) or PtCPF ^) ^
De eerste lichtbron moet een golflengte hebben van meer dan 5 . 2858,8 A°, die alle onzuiverheden verwijdert, waarvan de ioni- satieenergiebehoefte minder is dan die van platina. De tweede lichtbron moet een golflengte hebben van minder dan of gelijk aan 2858,8 A°, hoewel niet meer dan 100 A° minder, die de ioni-satie veroorzaakt van het neutrale geexciteerde platinaspecies 10 en geen andere. Het tweede doelwit kan A^O^ of quartzwol zijn, waaraan een negatieve statische lading wordt gegeven. Aldus worden de platinaionen geneutraliseerd en tegelijkertijd afge-zet op het substraat onder vorming van een oppervlak van de gewenste dikte van nagenoeg 100% zuiverheid. De vereiste hoeveel-15 heid platina bedraagt 0,001% van de massa die nodig is voor de konventionele platinagaaskatalysator bij een 10 tot 100 maal langere levensduur.The first light source must have a wavelength of more than 5. 2858.8 A °, which removes all impurities, the ionization energy requirement of which is less than that of platinum. The second light source must have a wavelength less than or equal to 2858.8 A °, although not more than 100 A ° less, which causes the ionization of the neutral excited platinum species 10 and no others. The second target can be A ^ O ^ or Quartzwol, which is given a negative static charge. Thus, the platinum ions are neutralized and simultaneously deposited on the substrate to form a surface of the desired thickness of substantially 100% purity. The amount of platinum required is 0.001% of the mass required for the conventional platinum mesh catalyst with a 10 to 100 times longer life.
Voorbeeld VIIExample VII
20 Met behulp van dit voorbeeld wordt een nieuwe toepassing beschreven met betrekking tot de produktie van aard-olieprodukten, zoals benzine, straalmotorbrandstof, stookolie en dergelijke uit ruwe olie op een wijze, waarbij geen katalysator nodig is. Momenteel zijn aanzienlijke hoeveelheden dure 25 kraakkatalysator nodig voor het produceren van aardolieprodukten uit ruwe olie bij het merendeel van de olieraffineerprocessen.This example describes a new application in the production of petroleum products such as gasoline, jet fuel, fuel oil and the like from crude oil in a manner that does not require a catalyst. Currently, significant amounts of expensive cracking catalyst are required to produce crude oil petroleum products in most of the oil refining processes.
De gebruikelijke levensduur van kraakkatalysatoren varieert van enkele uren tot weken, afhankelijk van de kwaliteit en chemische eigenschappen van de te raffineren ruwe olie. Bovendien kunnen 30 de kosten van een verse katalysatorlading voor een olieraffinaderij van middelbare afmeting volgens Jim Hatten van de Texas Eastern Co. wel $ 400.000 bedragen. Aldus is het duidelijk, dat een nieuwe werkwijze voor het kraken van ruwe olie, waarbij men geen dure katalysator nodig heeft, de produktiekosten en 35 daardoor de kosten voor de konsument vermindert.The usual service life of cracking catalysts varies from a few hours to weeks, depending on the quality and chemical properties of the crude to be refined. In addition, the cost of a fresh catalyst charge for a medium-sized oil refinery may, according to Jim Hatten of Texas Eastern Co. amount to $ 400,000. Thus, it is evident that a new crude oil cracking method, which does not require an expensive catalyst, reduces production costs and thereby costs for the consumer.
8201632 - 24 -8201632 - 24 -
Het proces kan als volgt kort worden beschreven:The process can be briefly described as follows:
Zogenaamd "kraken" van koolwaterstoffen is een niet technische aanduiding voor het verbreken van een koolstof-koolstofbinding in de koolwaterstof. De neiging van elke chemi-5 sche binding, zoals een koolstof-koolstofbinding zich te hand haven, kan worden uitgedrukt in de bindingsenergie. Teneinde aldus een dergelijke binding te verbreken moet tenminste een aanvaardbare vorm van energie op de te breken binding worden toegepast in een hoeveelheid, die voor het veroorzaken van de 10 gewenste breuk voldoende is. Katalysatoren hebben bij de oplossing van dit probleem succes gehad. Aldus hebben katalysatoren de middelen tot het verminderen van de neiging van de kool stof-kool stof binding zich te handhaven tot het punt, waarop breuk optreedt. Zodoende kan katalytisch "kraken" van ruwe olie tot 15 aardolieprodukten worden voorgesteld als een werkwijze, waarbij koolwaterstoffen met lange keten (ruwe olie) worden gebroken tot koolwaterstoffen met korte keten (aardolieprodukten) met behulp van een katalysator, die breuk van koolstof-koolstof-bindingen in koolwaterstoffen met lange keten veroorzaakt. Het 20 resulterende mengsel wordt daarna op de normale wijze gedestilleerd.So-called "hydrocarbon cracking" is a non-technical designation for breaking a carbon-carbon bond in the hydrocarbon. The tendency of any chemical bond, such as a carbon-carbon bond to maintain, can be expressed in the bond energy. Thus, in order to break such a bond, at least an acceptable form of energy must be applied to the bond to be broken in an amount sufficient to cause the desired break. Catalysts have been successful in solving this problem. Thus, catalysts have the means of reducing the tendency of the carbon-carbon bond to hold to the point of breakage. Thus, catalytic "cracking" of crude oil to petroleum products can be envisioned as a process in which long chain hydrocarbons (crude oil) are broken into short chain hydrocarbons (petroleum products) using a catalyst which breaks carbon-carbon fractions. bonds in long chain hydrocarbons. The resulting mixture is then distilled in the normal manner.
De nieuwe uitvinding vereist echter geen gebruik van katalysator, maar een nieuwe manier voor het leveren van de voor het verbreken van koolstof-koolstofbindingen vereis-25 te energie is voor het proces centraal. De gebruikte energiebron is een metastabiele vorm van een of meer vaste of inerte gassen, zoals stikstof, argon, helium, neon, krypton. Vanwege de overvloedige aanwezigheid van stikstof, wordt dit bij voorkeur gebruikt, hoewel de andere gassen even goed werken.However, the new invention does not require the use of a catalyst, but a novel way of supplying the energy required to break carbon-carbon bonds is central to the process. The energy source used is a metastable form of one or more solid or inert gases, such as nitrogen, argon, helium, neon, krypton. Due to the abundant presence of nitrogen, this is preferably used, although the other gases work equally well.
30 Een metastabiel gasmolekuul of -atoom bevat overmaat energie in een hoeveelheid, die voldoende is voor het produceren van een geexciteerde toestand, die "metastabiel" is, dat wil zeggen een betrekkelijk lange levensduur heeft (0010 milisekonden). Als er een grote kollektie metastabiele gasmole-35 kulen aanwezig is, wordt hij aangeduid als een metastabiel gas.A metastable gas molecule or atom contains excess energy in an amount sufficient to produce an excited state which is "metastable", ie, has a relatively long life (0010 milliseconds). If a large collection of metastable gas molecules is present, it is referred to as a metastable gas.
8201632 • t - 25 -8201632 • t - 25 -
Als een dergelijk gas in aanraking wordt gebracht, dat wil zeggen vermengd wordt, met koolwaterstoffen treden er botsingen op tussen de koolwaterstofmolekulen en metastabiele molekulen/ atomen, waarbij de bovengenoemde metastabiele species alle vol-5 doende energie hebben voor het verbreken van de koolstof- koolstofbinding in het koolwaterstofmolekuul. Het lot van het metastabiele gasmolekuul na energieoverdracht is, dat het terugkeert tot de grondtoestand (dat wil zeggen de toestand van minimum elektronische, vibratie- en rotatieenergie). Metastabiele 10 gassen worden opgewekt door een stroom van gasmolekulen/atomen in de grondtoestand te leiden door een gelijkspanningspotentiaal-gradient of door de gasstroom aan het mikrogolfveld bloot te stellen.When such a gas is contacted, that is to say mixed with, hydrocarbons collide between the hydrocarbon molecules and metastable molecules / atoms, the above metastable species having all sufficient energy to break the carbon-carbon bond in the hydrocarbon molecule. The fate of the metastable gas molecule after energy transfer is that it returns to the ground state (i.e. the state of minimum electronic, vibration and rotational energy). Metastable gases are generated by passing a stream of gas molecules / atoms into the ground state through a DC potential gradient or by exposing the gas stream to the microwave field.
Met name moet ten einde een chemische of co-15 valente koolstof-koolstofbinding homolytisch te verbreken 84,4In particular, in order to homolytically break a chemical or co-15-valent carbon-carbon bond, 84.4
Kcal per mol op de koolwaterstof worden toegepast. Deze energie-hoeveelheid komt overeen met 3,66 eV. De metastabiele energie van bepaalde vaste en inerte gassen wordt weergegeven in onderstaande tabel D.Kcal per mole are applied to the hydrocarbon. This energy amount corresponds to 3.66 eV. The metastable energy of certain solid and inert gases is shown in Table D below.
2020
TABEL DTABLE D
Atoom/ Spektroskopische Metastabiele molekuul notatie energie in eV_Atomic / Spectroscopic Metastable molecule notation energy in eV_
He 21S 20,6 25 21 2S 19,82He 21S 20.6 25 21 2S 19.82
Ne 3p0 16,7 3p1 16,6Ne 3p0 16.7 3p1 16.6
Ar 3p0 11,7 3P2 11 »3 4 5 30 Kr 3p0 10,5 8201632 P2 9’9 2Ar 3p0 11.7 3P2 11 »3 4 5 30 Kr 3p0 10.5 8201632 P2 9’9 2
Xe 3pQ 9,44 3 3P1 8,43 4 3p2 8,31 5 35 N2(g) 3* 6,03 - 26 - •Xe 3pQ 9.44 3 3P1 8.43 4 3p2 8.31 5 35 N2 (g) 3 * 6.03 - 26 - •
Wanneer men dus stikstofgas leidt door een ringvormig elektrodenpaar, waarover 200 V gelijkspanning is aangelegd of door een mikrogolfgenerator of magnetisch veld, worden er aanzienlijke hoeveelheden metastabiele stikstofspe-5 cies geproduceerd. De hoeveelheid per tijdseenheid geproduceerd metastabiel gas hangt af van het vermogen van het aangelegde elektrische veld of magnetische veld of mikrogolfveld, alsmede van de -stroomsnelheid van het gas in de grondtoestand door het elektromagnetische kracht (EMF) veld. Zo is bijvoorbeeld een 1Q 200 V gelijkspanning 5 Watt EMF-veld voldoende voor het produ-ceren van 6 x 10 metastabiele atomen/molékulen per 10 minuten. Omdat de produktie van metastabiele atomen/molekulen fysisch gelijk is aan een optisch absorptieproces, dat afhangt van instantane concentratie van gas in de grondtoestand in het veld, 15 is schaalvergroting gemakkelijk uitvoerbaar. Aldus worden er aardolieprodukten gevormd met dezelfde snelheid als die van de produktie van metastabiele gasmolekulen verminderd met verliezen aan de wanden en door rekombinatieprocessen. Het geschatte verlies is minder dan 10%.Thus, when nitrogen gas is passed through an annular pair of electrodes over which 200 V DC is applied or through a microwave generator or magnetic field, significant amounts of metastable nitrogen species are produced. The amount of metastable gas produced per unit of time depends on the power of the applied electric field or magnetic field or microwave field, as well as the flow rate of the gas in the ground state by the electromagnetic force (EMF) field. For example, a 1Q 200 V DC 5 Watt EMF field is sufficient to produce 6 x 10 metastable atoms / molecules per 10 minutes. Since the production of metastable atoms / molecules is physically equivalent to an optical absorption process, which depends on instantaneous concentration of gas in the ground state in the field, scaling is easily feasible. Thus, petroleum products are formed at the same rate as that of the production of metastable gas molecules reduced by wall losses and by recombining processes. The estimated loss is less than 10%.
20 Bij ruwe olie in de dampfase, zoals een ge- fluidiseerd kraakbed in kombinatie met een metastabiel gas van het boven beschreven type, ligt het voor de hand een 50-50 verhouding te handhaven van metastabiel gas tot ruwe oliedamp door middel van concentrische ringvormige sproeiers.In the case of vapor phase crude oil, such as a fluidized cracking bed in combination with a metastable gas of the above-described type, it is obvious to maintain a 50-50 ratio of metastable gas to crude oil vapor by means of concentric annular nozzles. .
25 Experimentele gegevens omtrent het principe werden verkregen met een koolwaterstof met lange keten, n-decaan. Toen n-decaandamp met metastabiele stikstofmolekulen werd vermengd door middel van een concentrische ringvormige sproeier werden de volgende produkten verkregen: 30 8201632 ♦· - 27 -Experimental principle data was obtained with a long chain hydrocarbon, n-decane. When n-decane vapor was mixed with metastable nitrogen molecules by means of a concentric annular nozzle, the following products were obtained: 30 8201632 ♦ · - 27 -
TABEL ETABLE E
Koolstof # a_Relatief %_ 1-6 41 7 4,3 5 8 13,4 9 10,7 10 6,7 11 13,0 12 5,7 10 a) sluit isomeren in.Carbon # a_Relative% _ 1-6 41 7 4.3 5 8 13.4 9 10.7 10 6.7 11 13.0 12 5.7 10 a) include isomers.
Aldus blijkt, dat men het kraken van koolwaterstoffen kan bevorderen als boven beschreven.Thus, it appears that hydrocarbon cracking can be promoted as described above.
Andere voorkeurstoepassing van de uitvinding 15 zijn: 1. Katalytische metalen, die zijn afgezet op goedkope substraten.Other preferred applications of the invention are: 1. Catalytic metals deposited on inexpensive substrates.
2. Mikroelektronische eenheden of komponenten (dioden, transistors, enzovoort).2. Microelectronic units or components (diodes, transistors, etc.).
20 3. Metaal- of polymeerbekledingen ter vertra ging of voorkoming van korrosie en/of slijtage.20 3. Metal or polymer coatings designed to delay or prevent corrosion and / or wear.
4. Speciale optische oppervlakken en kristallen.4. Special optical surfaces and crystals.
5. Goedkope geleiders.5. Cheap conductors.
6. Zeer zuivere stoffen van allerlei soort.6. Very pure substances of all kinds.
25 7. Vervanging van allerlei epitaxale processen bij hoge temperatuur.25 7. Replacement of all kinds of epitaxal processes at high temperature.
8. Afscheiding in betrekkelijk zuivere vorm van allerlei moeilijk afscheidbare elementen, waaronder, maar niet beperkt tot, de zeldzame aarden, metalen uit de platina- 30 groep, zeldzame gassen als argon, neon, enzovoort, waterstof, helium of andere gassen, atmosferische gassen in het algemeen en de halogenen.8. Relatively pure separation of a variety of difficult-to-separate elements including, but not limited to, the rare earths, platinum group metals, rare gases such as argon, neon, etc., hydrogen, helium or other gases, atmospheric gases in general and the halogens.
9. Uitvoering van elke chemische reaktie, waarbij injektie van specifieke energietypen behulpzaam is.9. Execution of any chemical reaction, where injection of specific energy types is helpful.
35 820163235 8201632
Claims (22)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US96277078A | 1978-11-21 | 1978-11-21 | |
| US96277078 | 1978-11-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| NL8201632A true NL8201632A (en) | 1983-11-16 |
Family
ID=25506337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| NL8201632A NL8201632A (en) | 1978-11-21 | 1982-04-20 | CHEMICAL METHOD. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| BE (1) | BE893029A (en) |
| NL (1) | NL8201632A (en) |
-
1982
- 1982-04-20 NL NL8201632A patent/NL8201632A/en not_active Application Discontinuation
- 1982-04-29 BE BE0/207971A patent/BE893029A/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BE893029A (en) | 1982-08-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080169182A1 (en) | Apparatus and methods for producing nanoparticles in a dense fluid medium | |
| KR20020089528A (en) | Self-assembled structures | |
| JP6566628B2 (en) | Apparatus and method for producing carbon nanostructures | |
| WO2008091581A1 (en) | Nanoparticles with grafted organic molecules | |
| JPH0822367B2 (en) | Gas purification equipment | |
| US20050034668A1 (en) | Multi-component substances and apparatus for preparation thereof | |
| WO1999060597A1 (en) | Cold-emission film-type cathode and method for producing the same | |
| CN103668109A (en) | Laser-induced deposition on a seed layer | |
| KR910000509B1 (en) | Method for Photochemical Deposition of Oxide Layers at Enhanced Deposition Rates | |
| NL8201632A (en) | CHEMICAL METHOD. | |
| US4335160A (en) | Chemical process | |
| US6309610B1 (en) | Non-thermal plasma apparatus utilizing dielectrically-coated electrodes for treating effluent gas | |
| JP3940817B2 (en) | Electrochemical electrode in which nickel-containing nanostructure having dendritic structure is applied to the active layer and method for producing the same | |
| US20040136890A1 (en) | Method for carrying out the selectively catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia in the lean exhaust gas of a combustion process | |
| Choy | Vapor Processing of nanostructured materials | |
| RU2100477C1 (en) | Process of deposition of films of hydrogenized silicon | |
| GB2119278A (en) | Improvements in or relating to a chemical method | |
| US5858476A (en) | Method and apparatus for making and depositing compounds | |
| US20040146441A1 (en) | Method for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides using ammonia in the lean exhaust gas from a combustion process | |
| GB2164581A (en) | Chemical method | |
| US20190037679A1 (en) | In-liquid plasma devices and methods of use thereof | |
| JPS58199857A (en) | Chemical process | |
| Friend et al. | Coordination chemistry of metal surfaces-carbon monoxide chemisorption states on platinum (111) | |
| CA1181361A (en) | Ionization enhanced chemical process | |
| JP2008214743A (en) | Synthesis and surface treatment of metal nanoparticles using plasma jet |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A85 | Still pending on 85-01-01 | ||
| BV | The patent application has lapsed |