Vakuumbeschichtung: Verfahren Und Anlagen

ISBN-13: 9783642633980 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 481 str.

Gerard Kienel; Klaus Roll; Gerard Kienglishel

Opis

Schwerpunkte in Band 2 bilden das Aufdampfen im Hochvakuum, das Ionenplattieren, die Kathodenzerstaubung, teilchengestutzte Verfahren, die Erzeugung von Mikrostrukturen, Plasmabehandlungsverfahren und die Abscheidung aus der Gasphase (CVD)."

Spis treści

1 Vakuumbeschichtungsverfahren — Übersicht.- 2 Bedeutung der Vakuumtechnik für die Beschichtungstechnik.- 2.1 Vorbemerkungen.- 2.2 Einfluß der Restgase auf die Schichtreinheit.- 2.3 Vakuumerzeugung.- 2.4 Vakuummessung.- 2.4.1 Wärmeleitungsvakuummeter.- 2.4.2 Reibungsvakuummeter.- 2.4.3 Kaltkatoden-Ionisationsvakuummeter.- 2.4.4 Ionisationsvakuummeter mit Glühkatode.- 2.4.5 Totaldruckmessung bei Beschichtungsprozessen.- 2.4.5.1 Konventionelle Katodenzerstäubung.- 2.4.5.2 Reaktive Katodenzerstäubung.- 2.4.5.3 Konventioneles Aufdampfen.- 2.4.5.4 Reaktives Aufdampfen.- 2.4.6 Partialdruckmessung.- 3 Aufdampfen im Hochvakuum.- 3.1 Vorbemerkungen.- 3.2 Physikalische Grundlagen.- 3.2.1 Verdampfungsprozeß.- 3.2.2 Transportphase.- 3.2.3 Kondensationsphase.- 3.3 Anlagentechnik.- 3.3.1 Vorbemerkungen.- 3.3.2 Zubehör zu Aufdampfanlagen.- 3.3.2.1 Verdampfungsquellen.- 3.3.2.1.1 Allgemeines.- 3.3.2.1.2 Widerstandsbeheizte Verdampfungsquellen.- 3.3.2.1.3 Elektronenstrahlverdampfer.- 3.3.2.1.4 Sonstige Verdampfungsquellen.- 3.3.2.1.5 Verdampfen von verschiedenen Materialien.- 3.3.2.2 Substrathalter.- 3.3.2.3 Substratheizung.- 3.3.2.4 Glimmeinrichtung.- 3.3.2.5 Testglaswechsler.- 3.3.2.6 Blenden.- 3.3.2.7 Schichtdickenmeßgeräte.- 3.3.2.8 Vakuumausrüstung.- 3.3.2.9 Weiteres Zubehör zu Aufdampfanlagen.- 3.3.3 Anlagen zum Herstellen optischer Schichten.- 3.3.3.1 Grundsätzliches.- 3.3.3.2 Wichtige Verfahrenshinweise.- 3.3.3.2.1 Vakuumbedingungen.- 3.3.3.2.2 Schichtdickengleichmäßigkeit.- 3.3.3.3 Anlagentechnik.- 3.3.4 Anlagen zum Metallisieren von Kunststoffteilen.- 3.3.4.1 Allgemeines.- 3.3.4.2 Einfluß von Kunststoffeigenschaften auf den Beschichtungsprozeß.- 3.3.4.3 Anlagentechnik.- 3.3.5 Anlagen zum Beschichten von Papier- und Kunststoffolien.- 3.3.5.1 Übersicht.- 3.3.5.2 Anlagenkonzeption und Prozeßablauf.- 3.3.5.3 Ausführungsformen von semikontinuierlich betriebenen Folienbeschichtungsanlagen.- 3.3.6 Anlagen zum Beschichten großer Flächen.- 4 Ionenplattieren.- 4.1 Einleitung.- 4.2 Ionenplattierungsprozeß.- 4.2.1 Plasmaphysikalische Grundlagen.- 4.2.2 Reinigung der Substratoberfläche.- 4.2.3 Gefügestruktur der ionenplattierten Schichten.- 4.2.4 Haftfestigkeit ionenplattierter Schichten.- 4.2.5 Reaktives Ionenplattieren.- 4.3 Anlagentechnik.- 4.3.1 Materialquellen für das Ionenplattieren.- 4.3.2 Ionisierungserhöhung beim Ionenplattieren.- 4.3.3 Alternierendes Ionenplattieren.- 4.4 Entwicklungsstand und Ausblick.- 5 Ionenzerstäubung von Festkörpern (Sputtering).- 5.1 Einführung.- 5.2 Beschreibung des Zerstäubungsprozesses.- 5.2.1 Zur Theorie der Festkörperzerstäubung durch Teilchenbeschuß.- 5.2.2 Numerische Näherungen.- 5.2.3 Zerstäubungsausbeuten elementarer Targets bei senkrechtem Ionenbeschuß.- 5.2.3.1 Abhängigkeit von der Beschußenergie.- 5.2.3.2 Abhängigkeit von Ytot vom Targetmaterial und der Beschußteilchenart.- 5.2.4 Beschußwinkelabhängigkeit der Zerstäubungsausbeute.- 5.2.5 Zerstäubung nichtelementarer Targets und partielle Zerstäubungsausbeuten.- 5.2.6 Energie- und Winkelverteilung bei der Festkörperzerstäubung.- 5.2.6.1 Winkelverteilungen gesputterter Teilchen.- 5.2.6.2 Energieverteilungen zerstäubter Neutralteilchen.- 5.2.7 Einkristalline Effekte bei der Festkörperzerstäubung.- 5.2.8 Zusätzliche Effekte beim Teilchenbeschuß von Festkörperoberflächen.- 5.3 Plasmagestützte Zerstäubungsverfahren.- 5.3.1 Plasmaphysikalische Grundlagen von Zerstäubungsanlagen.- 5.3.2 Ausführungsformen von Zerstäubungsanlagen.- 5.4 Anlagentechnik.- 5.4.1 Grundsätzliches.- 5.4.2 Einkammeranlagen.- 5.4.2.1 Allgemeines.- 5.4.2.2 Ausführungsformen von Einkammeranlagen.- 5.4.2.3 Anlagenzubehör.- 5.4.2.3.1 Vakuumausrüstung.- 5.4.2.3.2 Katoden.- 5.4.2.3.3 Blenden.- 5.4.2.3.4 Infrarotheizung.- 5.4.2.3.5 Raten- und Schichtdickenmeßgeräte.- 5.4.3 Zweikammeranlagen.- 5.4.4 Mehrkammeranlagen.- 6 Teilchenstrahlgestützte Verfahren.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Teilchenstrahlquellen.- 6.2.1 Ionenstrahlerzeugung.- 6.2.2 Großflächige Ionenstrahlquellen.- 6.2.2.1 Gleichstrom-Ionenquellen.- 6.2.2.1.1 Ionenquellen mit heißer oder kalter Katode.- 6.2.2.1.2 Hall-Effekt-Ionenquellen.- 6.2.2.2 Hochfrequenz-Ionenquellen.- 6.2.2.2.1 Ringentladungs-Quellen.- 6.2.2.2.2 ECWR-Ionenquellen.- 6.2.2.2.3 ECR-Ionenquellen.- 6.2.3 Plasmastrahlquellen.- 6.2.3.1 Vorbemerkungen.- 6.2.3.2 Hochfrequenz-Plasmastrahlquellen.- 6.2.3.3 Plasma-Jet-Quellen.- 6.3 Anwendung niederenergetischer Ionen- und Plasmastrahlen.- 6.3.1 Übersicht.- 6.3.2 Beispiele.- 6.4 Teilchenstrahlunterstützte Beschichtung (IBAD).- 6.4.1 Grundprinzipien.- 6.4.2 Ionenstrahlerzeugung.- 6.4.3 Anlagen für die ionenstrahlgestützte Beschichtung (IBAD).- 6.4.4 IBAD-Verfahrenstechnik.- 6.4.4.1 Prozeßführung.- 6.4.4.2 Vor- und Nachteile, Verfahrensvergleich.- 6.4.5 Exemplarische Beispiele für Anwendungen.- 6.4.5.1 Beeinflussung der Schichtadhäsion gezeigt am Beispiel TiC auf Stahl.- 6.4.5.2 Beeinflussung der Schichteigenspannungen am Beispiel Chrom auf Stahl.- 6.4.5.3 Beeinflussung der Schichtstruktur bzw. Textur am Beispiel TiN.- 6.4.5.4 Korrosionsschutzvermögen von IBAD-Schichten.- 6.4.6 Bewertung und zukünftige Trends.- 6.5 Ionenstrahlimplantation.- 6.5.1 Grundprinzipien.- 6.5.2 Ionenstrahlerzeugung.- 6.5.3 Anlagen für die Ionenstrahlimplantation.- 6.5.4 Verfahrenstechnik und Verfahrensvergleich.- 6.5.5 Exemplarische Anwendungsbeispiele.- 6.5.5.1 Stickstoffimplantation in künstliche Gelenke gegen Verschleiß.- 6.5.5.2 Pt- und Pd-Implantation in Übergangsmetalle gegen Wasserstoffversprödung.- 6.5.5.3 Implantation in Polymere zur Erzeugung von Leitfähigkeit.- 6.5.6 Bewertung und zukünftige Trends.- 6.6 Ionenstrahlmischen.- 6.6.1 Grundprinzipien.- 6.6.2 Geräte- und Verfahrenstechnik.- 6.6.3 Anwendungen und exemplarische Beispiele.- 6.6.3.1 Verfahrensführung für verschiedene Anwendungen.- 6.6.3.2 Adhäsionsverbesserung am Beispiel von temperaturresistenten Polymeren.- 6.6.3.3 Keramikoberflächen-Modifikation durch ionenbestrahlte Gleitschichten.- 6.6.4 Bewertung und zukünftige Trends.- 7 Erzeugung von Mikrostrukturen an Oberflächen und dünnen Schichten.- 7.1 Plasmamethoden.- 7.1.1 Einleitung.- 7.1.2 Trockenätzverfahren.- 7.1.2.1 Physikalisches Ätzen.- 7.1.2.2 Chemisches Ätzen.- 7.1.2.3 Chemisch-physikalisches Ätzen.- 7.1.2.3.1 Elektrisch (RF) unterstütztes reaktives Ionenätzen (RIE).- 7.1.2.3.2 Magnetisch unterstütztes Trockenätzen.- 7.1.2.3.3 Elektronen-Zyklotron-Resonanz-Trockenätzen.- 7.1.2.4 Photonenunterstütztes chemisches Trockenätzen.- 7.2 Teilchenstrahlmethoden in ihrer Anwendung in der Lithographie.- 7.2.1 Einleitung.- 7.2.2 Die optische Lithographie in der Mikroelektronik.- 7.2.3 Elektronenstrahl-Lithographie.- 7.2.3.1 Photokatoden — Elektronenstrahlprojektion.- 7.2.3.2 Elektronenstrahl-Direktschreiben.- 7.2.3.3 Elektronenstrahl-Schattenwurf-Lithographie.- 7.2.3.4 N:l Elektronenstrahl-Projektion.- 7.2.3.5 Elektronenstrahl Cell Printing.- 7.2.4 Proximity Effekt in der Elektronenstrahl-Lithographie.- 7.2.5 Ionenstrahl-Lithographie.- 7.2.5.1 Demonstration des fehlenden Proximity-Effekts in der Ionenstrahl-Lithographie.- 7.2.5.2 Ionenstrahl Proximity Printer Lithographie.- 7.2.5.3 N:1 Ionenprojektionslithographie.- 7.2.5.4 Untersuchung der Maskenbelastung während der Ionenstrahlbelichtung.- 8 Plasmabehandlungsmethoden.- 8.1 Plasmadiffusionsverfahren.- 8.1.1 Einleitung und historischer Hintergrund.- 8.1.2 Verfahrensbeschreibung der Plasmadiffusionsbehandlung.- 8.1.3 Voraussetzungen und Randbedingungen zur Prozeßführung.- 8.1.4 Korrelationen zwischen verschiedenen Plasmaparametern.- 8.1.5 Neuere Entwicklungen der Plasmadiffusionsverfahren.- 8.1.6 Mechanismen zur Schichtbildung bei der Plasmadiffusion.- 8.1.7 Anwendungen der Plasmadiffusionsbehandlungen.- 8.1.7.1 Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren von Eisenwerkstoffen.- 8.1.7.2 Plasmacarburieren und Plasmacarbonitrieren von Stahl.- 8.1.7.3 Plasmaborieren von Stahl.- 8.1.7.4 Sonstige Plasmadiffusionsbehandlungen von Stahl.- 8.1.7.5 Plasmanitrieren von Titan.- 8.1.7.6 Plasmanitrieren von Aluminium.- 8.1.7.7 Kombinationen von Plasmadiffusionsbehandlungen mit Hartstoffbeschichtungen.- 8.2 Pulsimplantation.- 8.2.1 Geräte und Verfahrenstechnik.- 8.2.2 Anwendungen der Pulsimplantation.- 8.2.3 Bewertung und zukünftige Trends.- 9 Plasmaspritzen.- 9.1 Vorbemerkungen.- 9.2 Funktionsprinzip des Plasmaspritzens.- 9.3 Verfahrensvarianten.- 9.3.1 Prozesse an-der Atmosphäre.- 9.3.1.1 Atmosphärisches Plasmaspritzen (APS).- 9.3.1.2 Hochleistungsplasmaspritzen (HPPS).- 9.3.2 Prozesse in kontrollierter Atmosphäre.- 9.3.2.1 Inertgasplasmaspritzen (IPS).- 9.3.2.2 Vakuumplasmaspritzen (VPS).- 9.3.2.3 Unterwasser-Plasmaspritzen (UPS).- 9.3.2.4 Reaktivplasmaspritzen (RPS).- 9.4 Anlagentechnik.- 9.4.1 Plasmabrenner.- 9.4.2 Plasmakontrolleinheit.- 9.4.3 Pulverfördereinrichtungen.- 9.4.4 Prozeßräume.- 9.4.5 Sonstige Elemente.- 9.4.6 Periphere Einrichtungen.- 10 Abscheidung aus der Gasphase.- 10.1 Physikalisch-chemische Grundlagen.- 10.1.1 Allgemeines.- 10.1.2 Ausgangsmoleküle, Verdampfer.- 10.1.3 Transportphase.- 10.1.3.1 Allgemeine Funktion.- 10.1.3.2 Grundtypen von CVD-Reaktoren.- 10.1.3.3 Strömungsprobleme.- 10.1.3.4 Abscheidung und Schichtbildung.- 10.2 Produktionssysteme für CVD-Prozesse.- 10.2.1 Batchreaktoren mit Arbeitspunkt im kinetisch kontrollierten Bereich.- 10.2.2 Reaktoren, die im massentransportkontrollierten Bereich arbeiten.- 10.3 Modifizierung des Beschichtungsprozesses durch ein Plasma.- 10.3.1 Grundlagen.- 10.3.2 Anlagentechnik.- 10.4 Modifizierung der Gasphase durch Photo-CVD.- 10.5 Plasmapolymerisation.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.- Autorenverzeichnis.