DE1908669A1 - Verdampfer zum Auftragen duenner Schichten unter Vakuum fuer Metallisierungsanlagen u.ae. - Google Patents

Description

• Verdampfer zum Auftragen dünner Schichten unter Vakuum für Metallisierungsanlagen und Ähnliches.
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verdampfer zum Auftragen dünner Schichten unter Vakuum für Metallisierungsanlagen und Ahnliches.
• In der modernen Technologie ist es möglich, dünne Schichten eines Materials auf einer Unterlage durch Kondensation von Elementen oder Verbindungen aus dem dampfförmigen Zustand niederzuschlagen, um feste Ab lagerungen zu bilden. Im allgemeinen wird dieser Prozeß der Ablagerung aus der Dampfphase in einem besonderen Medium durchgeführt, das entweder unter reduziertem Druck steht oder von anderer Zusammensetzung ist als die der Atmosphäre.
• Es wird im Augenblick sehr eingehend der Fall--des Niederschlagsprozesses unter Hochvakuum geprüft.
• Außer einem bestimiten Medium sind für diese Technologie erforderlich: chemisch-physikalische Oberflächenbedingungen der Oberfläche der Unterlage, die die Kondensation erleichtern; ein geeigneter Verdampfer, d.h. eine Quelle, die die nötige Menge Dampf reine in einer bestimmten Richtung und zeitlich konstant liefert.
• Bei Verdampfern treten häufig beträchtliche Schwierigkeiten auf, die sich erhöhen, wenn es nötig ist, große Mengen einer Substanz zu verdampfen und insbesondere, wenn eine Quelle eine konstante Verdampfung für ziemlich lange Zeit liefern soll. In diessem Fall nämlich treten auch, außer den chemisch-physikalischen Problemen der Wechselwirkung zwischen der zu verdampfenden Substanz und dem Verdampfer, Probleme der Zuführung der zu verdampfenden Substanz für den Verdampfer auf. Im allgemeinen benutzt man, um große Mengen von Substanzen zu verdampfen, entweder einen Verdampfer großer Kapazität oder eine Zuführungsvorrichtunge Für sehr l-ange Zeiträume und-bei hohen Verdampfungsgeschwindigkeiten benutzt man normalerweise die zweite Alternative.
• Im allgemeinen hat der Verdampfer in den bekannten Anordnungen die Form eines Behälters (Schiffchen, Tiegel, oder Ähnliches), der aus einem Material hergestellt ist, das sich mit der zu verdampfenden Substanz verträgt.
• Die verdampfende Fläche ist nach oben gerichtet, und die Zuführung erfolgt mit einem System, bei dem die Substanz aus' einer über der verdampfenden Fläche befindlichen Lage aufgetragen wird. Mit anderen Worten, die Substanz, die geliefert wird, "sieht" die verdampfende Fläche. Dies bedingt beträchtliche Nachteile, und insbesondere beeinträchtigt der Dampf die Zuführung. Außerdem muß die zu verdampfende Substanz entweder auf die verdampfende Fläche in festem Zustand und mit guten mechanischen Eigenschaften auftreffen, die ihr gestatten, sich selbst zu transportieren, oder es sind Führungs- und Transportsysteme nötig.
• In den zweiten Fall treten die Führungs- und Transportsyste'ne in den Dampfstreifen ein, und, da sie notwendigerweise eine niedrigere Temperatur haben als der Verdampfer, erleiden sie kontinuierlich eine Kondensation des Dampfes auf ihrer Fläche selbst und werden schmutzig.
• Im ersten Fall, in dem die Substanz-sich noch in festem Zustand befindet, wenn sie auf die verdampfende Fläche auftrifft, ruft sie eine thermische Gleichgewichtsstörung hervor, die es schwieriger macht, die Temperatur auf der gesamten verdampfenden Fläche konstant zu halten.
• Bezüglich des'jetzt Gesagten erfolgt das Schmelzen der transportierten Substanzen (zum Beispiel. in Form eines Fadens) unter Schwierigkeit9 und das Aufbringen von neuer Substanz kann durch-die nicht geschmolzene Masse behindert werden.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein verbessertes System kontinuierlicher Verdampfung, bei dem als verdampfende Fläche irgendeine Fläche des Verdampfers benutzt werden kann, die obere oder die seitlichen Flächen oder die untere, und infolgedessen kann die Verdampfung -ohne die Notwendigkeit ergänzender Anordnungen - nach unten oder seitwärts gerichtet werden. Außerdem kann die Zuführung aus einer Lage heraus erfolgen, die nicht höher liegt als die verdampfende Fläche, so daß das Zufuhrungssystem nicht von dem Dampf beeinträchtigt wird.
• Im wesentlichen ist bei einem Verdampfer von Metallen für Metallisierungsanlagen und für andere Zwecke nach der Erfindung die verdampfende Fläche durch die freie Fläche einer Schicht zu verdampfender Substanz definiert, die an der Wand des Verdampfers infolge der Adhäsionskräfte anhaftet, die stärker sind als die Schwerkraft, weshalb diese Fläche beliebige Richtung haben kann.
• In einer praktischen Durchführungsform hat ein Verdampfer nach der Erfindung eine Zuführung durch eine durchgehende Bohrung des Verdampfers selbst, an dessen Wänden das zu verdampfende Material anhaftet, wenn es sich in geschmolzenem Zustand befindet.
• Gemäß der Erfindung kann daher der Verdampfer die verdampfende Fläche -so liegen haben, daß se-nach unten gerichtet ist.
• Die in dem Verdampfer wirksamen und die zu verdampfenden Materialien sind derart, daß sie ein System bilden, in dem die Adhäsionskräfte höher sind als die Schwerkraft, wie zum Beispiel bei Graphit und Aluminium, Borstickstoff und Aluminium, Eisen und Silber, Molybdän und Silber, Titancarbid und Aluminium und anderen.
• Grundlegend für die Erfindung ist daher der Umstand, daß die Adhäsionskräfte einer an der Oberfläche des Verdampfers zu verdamptenden Substanz großer sind als die Schwerkraft. Zum Beispiel in dem chemischen System geschmolzenes Aluminium - Graphit - wie öben angegeben - kann das geschmolzene Aluminium in einem Verdampfer in Form eines Behälters auch in umgekehrter Lage enthalten sein, d.h., mit der flüssigen Fläche nach unten im Gegensatz zu den Gesetzen der Schwerkraft. Die Menge ab zu verdampfender Substanz, die so enthalten ist, muß ausreichend sein, um die kontinuierliche Verdampfung zu gewährleisten, wenn sie ausreichend zugeführt wird.
• Nur zu-dem Zweck, um die oben dargelegten Begriffe zu klären, werden hier im folgenden zwei besondere Anwendungen dargestellt, nur als nicht einschränkendes Beispiel der Prinzipien, auf denen die Erfindung beruht, die für viele andere Typen von Verdampfern angewandt werden können.
• Diese Anwendungsarten sind in der beiliegenden Zeichnung dargestellt, in der die Fig. 1 und 2 im Schnitt zwei Verdampfer zeigen, deae in verschiedenen Richtungen orientiert sind.
• Gemäß der Zeichnung besteht der Verdampfer aus einem Schiffchen aus Graphit 1 und die zu verdampfende -Substanz ist Aluminium. In dem Beispiel ist als Material des Verdampfers Graphit angegeben wegen seiner geringen Kosten und als verdampfende Substanz Aluminium wegen der zahlreichen industriellen Verwendungsarten, die eine koatwnuerliche Aluminiumverdampfung erfordern. Als verdampfende Fläche wurde in der Fig. 1 eine Fläche gewählt, die nach oben gerichtet ist und in der Fig. 2 eine nach unten gerichtete Fläche Die Zuführung erfolgt über eine -in dem Schiffchen aus Graphit angebrachte Bohrung für den Aluminiumdraht 3, dessen Schmelzung die Bildung einer dünnen Schicht 3A geschmolzenen Metalls ergibt, die die Verdampfungsfläche bestimmt.
• In dem besonderen Fall wird der Verdampfer durch Joulerschen Effekt erwärmt, aber er könnte aueh durch Induktion geheizt werden, durch Elektronenbombardierung oder in anderer geeigneter Weise.
• Die durch die Anordnung dieser Art gebotenen Vorteile sind unter anderem die folgenden: Die Verdampfung muß nicht mehr gezwungenermaßen nach oben gerichtet werden5 und dies ermöglicht häufig die Benutzung einer breiten Arbeitsfläche, ohne zu rotierenden Vorrichtungen fur die Stütze des zu metallisierenden Gegenstandes greifen zu müssen.
• Da-die Speisung des Ofens über die der Verdampfungsfläche gegenüberliegende Fläche erfolgt behindert-der Dampf nicht mehr die Speisung.
• Es ist nicht nötig, daß die Führungssysteme für die Speisung dem Verdampfer nahekommen (wo sie auch, wenn sie gegen den Dampf abgeschirmt sind, hohen Temperaturen ausgesetzt werden würden) insofern der Verdampfer (eine kleine Wanne) selbst als Führung mit seiner durchgehenden Bohrung wirkt.
• De thermische Gleichgewichtsstörung wird infolge des Aufbringens von Substanzen von niedrigerer Temperatur als die des Verdampfers sehr wesentlich verringert.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1 Verdamnfer für Metalle für Metallisierungsanlagen und andere Zwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die yerdampfende Fläche durch die freie Fläche einer Schicht einer zu verdampfenden Substanz gebildet ist, die an der Wand des Verdampfers infolge der Adhäsionskräfte haftet, die stärker sind als die-Schwerkraft.

   2b Verdampfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisung über eine durchgehende Bohrung des Verdampfers erfolgt, an dessen Wänden das zu verdampfende Material haftet, wenn es sich in geschmolzenem -Zustand befindet.

   3. Verdampfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verdampfende Fläche nach unten gerichtet ist.

   4. Verdampfer nach Anspruch 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Materialien des Verdampfers und diejenigen, die zu verdampfen sind, ein System bilden, in dem die Adhäsionskräfte starker sind als die Schwerkraft, wie z.B. Graphit und Aluminiums Borstickstoff und Aluminium, Eisen und Silber, Molybdän und Silber, Titankohlenstoff und Aluminium oder andere.