DE878585C

DE878585C - Verfahren zur Herstellung duenner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstaeubung

Info

Publication number: DE878585C
Application number: DEH7689A
Authority: DE
Inventors: Walther Dr Reichelt
Original assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Current assignee: WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date: 1951-03-02
Filing date: 1951-03-02
Publication date: 1953-06-05

Description

Verfahren zur Herstellung dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubung Es ist bekannt,durch Kathodenzerstäubung nicht nur dünne Schichten von Metallen 'herzustellen, sondern auch Schichten von Verbindungen, beispielsweise Oxyden, indem man die zerstäubten Atome während oder auch nach der Durchführung der Kathodenzerstäubung mit dem Verbindungspartner reagieren läßt. Wenn man beispielsweise die Kathodenzerstäubung gewisser Metalle in einer Restgasatmosp'häre aus Sauerstoff durchführt, erhält man Niederschläge von Oxyden. Dieses Verfahren ist aber nicht in allen Fällen durchführbar, beispielsweise wenn es sich darum handelt, auf Silber den Überzug eines Oxyds anzubringen; weil sich unter der Einwirkung des Sauerstoffes gleichzeitig Silberoxyd bilden würde.
Die vorliegende Erfindung hat nun einen Weg gefunden, der die Bildung dünner Schichten von: Verbindungen, beispielsweise Oxyden, Karbiden und Nitriden, durch Kathodenzerstäubung auch in den Fällen. gestattet, bei denen die bekannten Verfahren versagen.
Erfindungsgemäß wird die Kathodenoberfläche mit einer Schicht der Verbindung, insbesondere einer Oxydschicht, geeigneter Dicke überzogen.. Die so vorbehandelte Kathode wird nun. in einer Gasentladung zerstäubt, wobei sich auf dem als Anode geschalteten Metall oder auf einem gegenüber der Kathode angeordneten Nichtleiter, beispielsweise einer Glasplatte, in Verbindung mit einer dahinterliegenden, als Anode geschalteten Metallplatte die gewünschte Verbindung insbesondere eine Oxydsch.icht, niederschlägt.
Als Kathodenmetalle kommen beispielsweise Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon, Thorium. Nioby Tontal, Chrom, Molybdän und Wolfram in Betracht. Auf diesen Metallen sind Oxyde, Nitride oder Karbide der gleichen Metalle oder anderer Metalle aufgetragen. Beispiele für Oxyde sind Oxyde von Beryllium, Aluminium, Silicium, Titan, Zirkon, Thorium, Niob, Tarntal und Chrom, wobei gegebenenfalls auch Doppeloxyde in Betracht kommen. Als Beispiele für Nitride sei :das Titannitrid genannt. Der Kreis der Verbindungen ist aber hierauf nicht beschränkt. In gewissen Fällen kommen auch Halogenide, beispielsweise auch Fluoride, wie fihoriumfluorid, in Betracht.
Die Dicke der Verbindungsschicht, die Beispielsweise bis zu einigen Lichtwellenlängen betragen kann. und, dann ein, kontinuierliches Arbeiten ermöglicht, bestimmet die anzulegende Zerstäubungsspannung. Die Kathode kann, außerhalb der Zerstäubungsanlage mit einer Schicht der Verbindung überzogen werden. Will man mit dünneren Verbindungssc'hichten und somit niedrigeren Spannungen arbeiten, dann läßt sich, beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Vakuumschleuse, eine Vorrichtung vorsehen, bei der jeweils ein, Teil der Kathode oxydiert wird, während von dem anderen die Verbindung abgestäubt wird.
Die Spannung und Stromstärke bewegen sich in der gleichen Größenordnung wie beiden bekannten Verfahren der Kathodenzerstäubung. Die Zusammensetzung der Gasatmosphäre nimmt bei dem. Verfahren der Erfindung Rücksicht auf die Empfindlichkeit und Reaktionsfähigkeit des zu überziehenden Metalls oder auch Nichtleiters, beispielsweise Glases. In jedem Fall entspricht dieser Forderung eine Edelgasatmosphäre, beispielsweise aus Argon.
Im übrigen kann .die Kathodenzerstäubung der Verbindungen unter den bei den bekannten Verfahren üblichen Bedingungen durchgeführt werden. Beispielsweise beträgt der Abstand zwischen der Kathode und der zu überziehenden: Oberfläche etwa io bis 12 cm;.den Kafihodendunkelraum läßt man, zweckmäßig bis zur Anode gellen.
Die Erfindung nahm ihren: Ausgang von der Beöbachtung, daß in; einer stellenden Gasentladung das Vakuum mit der Dauer .der Zerstäubungszeit besser wird. Dies ist darauf zurückzuführen, @daß das Gas. zu einem großen Teil mit .den Oberflächenschichten der Kathode reagiert und- z. B. Oxyde bildet. Diese Oxy.dschichten sind am Auftreten von Interferenzfärben auf den Kathodenteilen, meist unmittelbar zu erkennen, beispielsweise bei Titan, Zirkon und Thorium. Eine weitere Beobachtung ist die"daß bei jeder Kathodenzerstäubung bei erstmaliger Inbetriebnahme der Kathode eilte bestimmte Artlaufzeit besteht, bis der höchste Wert der Zerstäubung erreicht ist. Diese Erscheinung ist so zu deuten, daß zunächst die an der Oberfläche- befindlichen Verbindungene zerstäubt werden müssen, bevor eine merkliche Zerstäubung des Metalls selbst stattfindet. Wenn man nun beispielsweise auf eine Silberplatte eine Thoriümoxydschicht aufbringt, so sieht man wahrend der Entladung, beispielsweise in Argon, die Farbenfolge der Interferenzfarben: rückwärts laufen zum Zeichen dafür, daß bei der Kathodenzerstäubung die Verbindungsschicht Wieder abgebaut wird. Ausgehend von diesen Beobachtunagerr und Feststellungen wurde die vorliegende Erfindung in, .derbesprochenenWeise als-technisches Verfahren entwickelt. Dabei ist es für den technischen: Erfolg ohne Belang; ob sieh in gewissen-Fällen. die Verbindung niederschlägt, ohne sich in der Zwischenzeit verändert zu haben, oder ob vorübergehend Dissoziation und Rekombination stattgefunden hat.
Nachdem durch zahlreiche Versuche festgestellt war, daß es sich um ein betriebssicheres Verfahren handelt, dessen. Bedingungen man wahlweise in der Hand hat; wurden zahlreiche wertvolle Anwendungsgebiete gefunden.
Der Schutz von Metallen ist eingangs bereits erwähnt. Neben Silber kommen hier vor allem solche andere Metalle in Betracht, die nicht absorptionsfreie Oxyde bilden; beispielsweise aus solchen Metallen wie Kupfer, Vanadin-, Molybdän, Wolfram und Mangan. Darüber hinaus hat das Verfahren der Erfindung b,@sorndere Bedeutung für solche Metalle, deren Oxyde chemisch nicht beständig sind, z. B. für Magnesium, Eisen (auch Stahl) und Kobalt. Diese Metalle erfahren durch das Verfahren der Erfindung einen ebenso guten Schutz gegen Korrosion und. Anlaufen wie gewisse Metalle, die sich in bekannter Weise unter dem Einfluß des Luftsauerstoffes an ihrer Oberfläche mit einer sehr dünnen, absorptionsfreien Schicht -des metalleigenen Oxyds überziehen; wie z. B. Aluminium, Zirkon oder Chrom.
Weiterhin ist die Erfindung von Bedeutung, wenn es. sich darum, handelt, der Oberfläche von Werkstoffen, z. B. Metall; Glas oder Kunststoffen, eine besondere Härte zu erteilen,. Sie wird beispielsweise durch die oben aufgezählten härten Oxyde ohne weiteres erreicht.
In der Optik werden in bekannter Weise durch eine oder mehrere Schichten vorgeschriebener Brechungszahl mit einer Dicke in der Größenordnung von Lichtwellenlängen oder Bruchteilen von Lichtwellenlängen Reflexerhöhungen und -verminderungen des auffallenden Lichtes erzielt. Für diesen Zweck haben sich die nach: dem Verfahren der Erfindung hergestellten, Schichten, insbesondere die aufgezählten, Oxyde, besonders, bewährt. Einweiteres Anwendungsgebiet stellt die Herstellung glatter, harter Oberflächenschichten. bei Endmaßen, durch , Aufbringen- der Schichten der Erfindung dar.
Schließlich sei als wesentlich noch die Anwendung des Verfahrens zum Aufbau dielektrischer Schichten genannt. Es werden so beispielsweise Kondensatoren, und Widerstände mit den verschiedensten, Dielektrika in einfacher Weise aufgebaut.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Herstellung .dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubong, dadurch .gelmnnzeichnet, daß eine auf der Kathode aufgebrachte Schicht einer Verbindung, beispielsweise eines Oxyds, wie Oxyde von Beryllium, Aluminium, Silicium; Titan, Zirkon, Thorium, Niob, Tarntal oder Chrom, oder eines Nitrids oder Karbids auf den zu überziehenden, als Anode geschalteten oder mit der Anode verbundenen Gegenstand in einer Gasentladung aufgetragen wird.
2. Verfahren zur Herstellung .dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubung .gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kathode eine Verhindung des Kathodenwerkstoffes selbst aufgebracht wird.
3. Verfahren zur Herstellung dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kathode die Verbindung eines anderen Metalls als des Werkstoffes der Kathode selbst aufgebracht wird. q..
Verfahren zur Herstellung dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode außerhalb der Kathoden zerstäubungsanlage mit einer vergleichsweise dicken Schicht der Verbindung überzogen wird.
5. Verfahren zur Herstellung dünner Schichten von Verbindungen durch Kathodenzerstäubung .gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet,. daß beispielsweise unter Zuhilfenahme einer Vakuumschleuse jeweils ein Teil der Kathode in die Verbindung, beispielsweise das Oxyd, übergeführt wird und von dem anderen Teil die Verbindung durch Kathodenzerstäubung abgetragen wird.
6. Verfahren zur Herstellung dünner Schichten von Verbindungen durch Katihodenzerstäubung gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenzerstäubung der Verbindungen in einer der Reaktionsfähigkeit des zu schützenden Werkstoffes angepaßten Gasatmosphäre, beispielsweise einer sauerstofffreien Gasatmosphäre, insbesondere einer Edel:gasatmospliäre, wie Argon, durchgeführt wird.