DE102008033940B3 - Functional layer quality determining method, involves separately supplying colorant to working gas or plasma beam or flame or together with precursor, where method is implemented as normal pressure plasma method - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Schichtqualität.The The invention relates to a method for determining a layer quality.
Um die Oberflächeneigenschaften verschiedener Substrate zu beeinflussen, sind seit geraumer Zeit Beschichtungsverfahren gebräuchlich, bei denen Beschichtungsstoffe aus einer Gasphase auf einer Oberfläche abgeschieden werden. Dabei wird unter anderem zwischen chemischen und physikalischen Gasphasenabscheidungen unterschieden. Bei den chemischen Verfahren werden meist so genannte Precursoren, Vorläuferstoffe der Beschichtungsstoffe, mittels Energiezuführung umgesetzt, Reaktionsprodukte der Precursoren auf die Oberfläche geleitet und dort abgelagert. Die Energiezuführung kann beispielsweise mittels Beflammung erfolgen. Der der Flamme zugeführte Precursor bildet bei seiner thermischen Umsetzung Partikel, insbesondere Nanopartikel, die noch in der Flamme agglomerieren und sich dann an der Oberfläche absetzen. Auf diese Weise ist eine homogene und dichte Beschichtung möglich. Eine andere Möglichkeit bieten so genannte Niederdruckplasmaverfahren, bei denen der Precursor in einer Plasmaquelle oder in deren räumlicher Nähe auf den zu beschichtenden Oberflächen zu Dünnschichten umgesetzt wird.Around the surface properties Different substrates have been influencing for quite some time Coating method in use, in which coating materials are deposited from a gas phase on a surface become. Among other things, between chemical and physical Distinguished gas phase deposits. In the chemical process are usually so-called precursors, precursors of coating materials, by means of energy supply reacted, precursor reaction products passed to the surface and deposited there. The energy supply can, for example, by means of Flame. The flame supplied precursor forms at its thermal conversion of particles, especially nanoparticles that are still Agglomerate in the flame and then settle on the surface. In this way, a homogeneous and dense coating is possible. A different possibility offer so-called low-pressure plasma method in which the precursor in a plasma source or in its proximity to the to be coated surfaces to thin films is implemented.
Seit einigen Jahren sind so genannte Normaldruckplasmaverfahren bekannt, bei denen die zu beschichtenden Oberflächen nicht in ein Vakuum eingebracht werden müssen. Die Partikelbildung erfolgt hierbei schon im Plasma. Die Größe der dabei entstehenden Agglomerate und somit wesentliche Eigenschaften der Beschichtung lassen sich unter anderem durch den Abstand der Plasmaquelle von der Oberfläche einstellen. Die Homogenität der abgeschiedenen Schichten ist, eine geeignete Führung des Substrats vorausgesetzt, mit der durch Beflammung erzielten vergleichbar, der erforderliche Energieeintrag ist jedoch wesentlich geringer.since some years, so-called normal pressure plasma processes are known, where the surfaces to be coated are not placed in a vacuum Need to become. The particle formation takes place here already in the plasma. The size of the case resulting agglomerates and thus essential properties of Coating can be, inter alia, by the distance of the plasma source from the surface to adjust. The homogeneity the deposited layers is a suitable guide of the Substrate, comparable to that obtained by flame treatment, However, the required energy input is much lower.
Die mittels der genannten Verfahren abgeschiedenen Schichten weisen meist eine sehr niedrige Schichtdicke von wenigen Nanometern auf. In vielen Fällen ist eine homogene Schichtdicke erforderlich. Um die Qualität der Schichten sicherzustellen, muss die Schichtdicke gemessen werden.The Having deposited by the said method layers usually a very low layer thickness of a few nanometers. In many cases a homogeneous layer thickness is required. To the quality of the layers ensure the layer thickness must be measured.
Schichtanalytische Methoden, meist spektroskopischer Art, scheitern insbesondere bei geometrischen Besonderheiten des beschichteten Substrats, beispielsweise bei innenbeschichteten Hohlkörpern. Spektroskopische Untersuchungen (UV-Vis, FT-IR) von Rundglas oder Rohrmaterial zum Nachweis einer dünnen Beschichtung sind unter Laborbedingungen prinzipiell durchführbar. Allerdings treten dabei Messfehler, bedingt durch Variationen eines Ein-/Austrittswinkels oder durch Variationen der Glasdicke im Bereich des durch die Beschichtung hervorgerufenen Messsignals derart auf, so dass nicht oder nur mit erheblichen Aufwand bestimmt werden kann, ob das gemessene Signal der Beschichtung oder etwaigen Probenvariationen zuzuordnen ist.Analytical layer Methods, mostly spectroscopic, fail in particular geometric features of the coated substrate, for example in internally coated hollow bodies. spectroscopic Investigations (UV-Vis, FT-IR) of round glass or pipe material for Proof of a thin Coating can be carried out in principle under laboratory conditions. Indeed There are measurement errors due to variations of an entry / exit angle or by variations in glass thickness in the region of the coating caused by the coating Measuring signal so on, so that not or only with considerable effort can be determined whether the measured signal of the coating or attributable to any sample variations.
Ebenfalls bekannt ist die Bestimmung der Schichtqualität mittels Reflektometrie. Diese setzt jedoch die genaue Kenntnis der Brechzahlen des Glasrohrs und transparenter Schicht voraus. Da letztere bei einer silikatischen Innenbeschichtung unter Atmosphärendruckbedingungen nicht als konstant angesehen werden kann, zeigt auch dieses Verfahren Probleme. Zudem ist die Schichtdickenbestimmung zu geringeren Schichtdicken (beispielsweise kleiner als 50 nm) hin eingeschränkt.Also The determination of the layer quality by means of reflectometry is known. These However, sets the exact knowledge of the refractive indices of the glass tube and transparent layer ahead. Since the latter at a silicate Internal coating under atmospheric pressure conditions can not be considered constant, this process also shows problems. In addition, the layer thickness determination is to lower layer thicknesses (For example, less than 50 nm) limited.
Im Falle von ellipsometrischen Messungen gestaltet es sich außerordentlich schwierig, den Lichtstrahl auf die innenbeschichtete Fläche ein- bzw. von dort wieder auszukoppeln.in the The case of ellipsometric measurements is extraordinarily difficult to put the light beam on the inside coated surface to uncouple from there again.
Aus
der
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der
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Bestimmen einer Schichtqualität einer auf einem Substrat abgeschiedenen Funktionsschicht anzugeben.Of the The invention is therefore based on the object, a novel method for determining a quality of a layer on a substrate specify the deposited functional layer.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bestimmen einer Schichtqualität einer auf einem Substrat abgeschiedenen Funktionsschicht wird vor dem Abscheiden der Funktionsschicht eine transparente Markerschicht auf dem Substrat abgeschieden, die mindestens einen Farbstoff enthält. Alternativ wird mindestens ein Farbstoff in der Funktionsschicht selbst abgeschieden. Nach dem Abscheiden der Funktionsschicht wird der Farbstoff durch Bestrahlung mit Licht zum Leuchten angeregt. Es wird eine Lichtverteilung des angeregten Farbstoffs gemessen, wobei Fluktuationen in einer Lichtintensität als Fluktuationen einer Schichtdicke der Funktionsschicht interpretiert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist, zumindest bei transparentem Substrat, ohne größere Einschränkungen durch die Substratgeometrie auf einfache Weise anwendbar, um die Qualität der Funktionsschicht zu ermitteln.In a method according to the invention for determining a layer quality of a functional layer deposited on a substrate, a transparent marker layer which contains at least one dye is deposited on the substrate prior to the deposition of the functional layer. Alternatively, at least one dye in the functional layer self-isolated. After depositing the functional layer, the dye is excited by irradiation with light to shine. A light distribution of the excited dye is measured, wherein fluctuations in a light intensity are interpreted as fluctuations of a layer thickness of the functional layer. The method according to the invention can be used in a simple manner, at least in the case of a transparent substrate, without major limitations due to the substrate geometry in order to determine the quality of the functional layer.
Die Abscheidung erfolgt erfindungsgemäß so, dass aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder eine Flamme erzeugt wird, wobei mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/oder dem Plasmastrahl bzw. dem Arbeitsgas und/oder der Flamme zugeführt und im Plasmastrahl bzw. der Flamme zur Reaktion gebracht wird. Auf dem Substrat wird mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren als Markerschicht oder Funktionsschicht abgeschieden. Der Farbstoff wird entweder in einem flüssigen Medium dispergiert oder ist in den Nanozeolithen enthalten. Der dispergierte Farbstoff oder die Nanozeolithe mit dem Farbstoff werden dem Arbeitsgas oder dem Plasmastrahl oder der Flamme separat oder gemeinsam mit dem Precursor zugeführt.The Deposition takes place according to the invention so that from a working gas a plasma jet or a flame is generated, wherein at least a precursor material to the working gas and / or the plasma jet or supplied to the working gas and / or the flame and in the plasma jet or the flame is reacted. On the substrate will be at least a reaction product of at least one of the precursors as a marker layer or functional layer deposited. The dye will either in a liquid Medium dispersed or contained in the nanozeolites. Of the dispersed dye or the nanozeolites with the dye the working gas or the plasma jet or the flame separately or supplied together with the precursor.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren bei Atmosphärendruck als Normaldruckplasmaverfahren durchgeführt. Durch das Arbeiten bei Atmosphärendruck wird auf besonders vorteilhafte Weise ein zeitaufwändiger Prozessschritt der Evakuierung einer Prozesskammer sowie Apparaturen zur Vakuumerzeugung, wie Vakuumpumpen und Prozesskammer, eingespart. Dadurch lässt sich das Verfahren ohne großen Aufwand in eine Prozesskette integrieren, die eine Herstellung und Vergütung des Substrats beinhaltet.According to the invention Process at atmospheric pressure carried out as a normal pressure plasma method. By working at atmospheric pressure becomes a particularly advantageous way a time-consuming process step the evacuation of a process chamber and apparatuses for vacuum generation, such as vacuum pumps and process chamber, saved. This can be done the procedure without big Integrate effort into a process chain, a manufacturing and compensation of the substrate.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein lumineszierender Farbstoff abgeschieden. Die lumineszierenden Farbstoffe sind insbesondere phosphoreszierend und/oder fluoreszierend. Sowohl Fluoreszenz als auch Phosphoreszenz sind Formen der Lumineszenz (kaltes Leuchten). Fluoreszenz endet nach dem Ende der Bestrahlung relativ rasch (meist innerhalb einer Millionstel Sekunde). Bei der Phosphoreszenz hingegen kann ein Nachleuchten über Sekundenbruchteile bis hin zu Stunden auftreten.In an embodiment In accordance with the invention, a luminescent dye is deposited. The luminescent dyes are in particular phosphorescent and / or fluorescent. Both fluorescence and phosphorescence are forms of luminescence (cold glow). Fluorescence ends after the end of the irradiation relatively quickly (usually within a millionths Second). In the case of phosphorescence, on the other hand, afterglowing can occur over fractions of a second to occur for hours.
Ebenso kann ein thermochrom und/oder elektrochrom und/oder photochrom und/oder gasochrom schaltender Farbstoff abgeschieden werden. Schaltende Farbstoffe ändern ihre Farbe in Abhängigkeit von einer Temperatur (thermochrom), einem elektrischen Feld oder einem Stromfluss (elektrochrom), einer An regung mit Licht, insbesondere Licht bestimmter Wellenlängen (photochrom) oder in Anwesenheit eines bestimmten Gases (gasochrom).As well may be a thermochromic and / or electrochromic and / or photochromic and / or Gasochrom switching dye are deposited. switching Change dyes their color in dependence from a temperature (thermochromic), an electric field or a current flow (electrochromic), an on with light, in particular Light of certain wavelengths (photochromic) or in the presence of a certain gas (gasochrom).
Vorzugsweise werden mit dem Farbstoff beladene Nanozeolithe abgeschieden. Nanozeolithe sind nanoskalige Partikel einer artenreichen Familie chemisch komplexer Silikat-Minerale, der Zeolithe. Diese Minerale können bis etwa 40 Prozent ihres Trockengewichtes an Wasser speichern, das beim Erhitzen wieder abgegeben wird. An feuchter Luft kann das Wasser aufgenommen werden, ohne die Struktur des Minerals zu beeinträchtigen. Zeolithe sind aus einer mikroporösen Gerüststruktur aus AlO4-- und SiO4-Tetraedern gebildet. Die Aluminium- und Silicium-Atome sind untereinander durch Sauerstoffatome verbunden. Dies führt zu einer Struktur aus gleichförmigen Poren und/oder Kanälen, in denen Stoffe adsorbiert werden können. Zeolithe können daher als Siebe verwendet werden, da nur solche Moleküle in den Poren adsorbieren, die einen kleineren kinetischen Durchmesser besitzen als die Porenöffnungen der Zeolithstruktur. Im vorliegenden Fall werden die Farbstoffe in den Poren der Nanozeolithe eingebettet.Preferably are deposited with the dye-loaded Nanozeolithe. Nanozeolites are Nanoscale particles of a species-rich family are chemically more complex Silicate minerals, zeolites. These minerals can reach about 40 percent of their Store dry weight of water, which is released when heated becomes. In humid air, the water can be absorbed without affect the structure of the mineral. Zeolites are out a microporous one framework structure formed from AlO4-- and SiO4 tetrahedra. The aluminum and silicon atoms are interconnected by oxygen atoms. This leads to a Structure of uniform Pores and / or channels, in which substances can be adsorbed. Zeolites can therefore be used as sieves, since only such molecules adsorb in the pores, which have a smaller kinetic diameter than the pore openings the zeolite structure. In the present case, the dyes embedded in the pores of the nanozeolites.
Vorzugsweise wird die Bestrahlung mit Ultraviolett-Licht durchgeführt.Preferably the irradiation is performed with ultraviolet light.
Bei Dispergierung werden insbesondere chemisch beständigere organische Farbstoffe verwendet. Der dispergierte Farbstoff wird dabei vorzugsweise mittels einer Schlauchpumpe in das Arbeitsgas, die Flamme oder den Plasmastrahl eingestäubt.at Dispersing in particular chemically resistant organic dyes used. The dispersed dye is preferably by means of a peristaltic pump into the working gas, the flame or the plasma jet dusted.
Als Flüssigmedium zur Dispergierung der Farbstoffe kommen beispielsweise Wasser, Isopropanol oder der Precursor selbst in Frage.When liquid medium For example, water, isopropanol are used to disperse the dyes or the precursor itself in question.
Die Abscheidung der Markerschicht und der Funktionsschicht kann in einem fließenden Übergang so erfolgen, dass sich eine Gradientenschicht ergibt. Als Gradientenschicht soll eine Schicht verstanden werden, deren Zusammensetzung sich über ihre Dicke allmählich ändert. Der Begriff wird in Abgrenzung zu benachbarten Schichten mit verschiedenen Eigenschaften verwendet, die eine klare Grenze aufweisen. Ebenso können klar getrennte Schichten abgeschieden werden.The Deposition of the marker layer and the functional layer can in one flowing transition so be done that results in a gradient layer. As a gradient layer should be understood a layer whose composition is about their Thickness gradually changes. Of the Term is differentiated from neighboring layers with different ones Used properties that have a clear boundary. As well can clearly separated layers are deposited.
Die Markerschicht wird vorzugsweise durch Abscheidung von Siliziumdioxid gebildet.The Marker layer is preferably by deposition of silicon dioxide educated.
Das Verfahren kann zur Qualitätsbestimmung einer Beschichtung eines Substrats in Gestalt eines Hohlkörpers verwendet werden, wobei die Markerschicht und/oder die Funktionsschicht auf einer Innenfläche des Hohlkörpers abgeschieden wird. Dabei kann aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder eine Flamme erzeugt werden. Mindestens ein Precursormaterial wird dem Arbeitsgas und/oder dem Plasmastrahl und/oder der Flamme zugeführt und im Plasmastrahl oder der Flamme zur Reaktion gebracht. Auf der Innenfläche des Hohlkörpers und/oder auf mindestens einer auf der Innenfläche angeordneten Schicht wird mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren abgeschieden, so dass die Markerschicht und/oder die Funktionsschicht gebildet wird. Der Plasmastrahl oder die Flamme werden durch eine erste Öffnung des Hohlkörpers eingeleitet.The method can be used to determine the quality of a coating of a substrate in the form of a hollow body, wherein the marker layer and / or the functional layer is deposited on an inner surface of the hollow body. In this case, a plasma jet or a flame can be generated from a working gas. At least one precursor material is added to the working gas and / or supplied to the plasma jet and / or the flame and reacted in the plasma jet or the flame. At least one reaction product of at least one of the precursors is deposited on the inner surface of the hollow body and / or on at least one layer arranged on the inner surface, so that the marker layer and / or the functional layer is formed. The plasma jet or the flame are introduced through a first opening of the hollow body.
Vorzugsweise wird durch eine zweite Öffnung des Hohlkörpers der Plasmastrahl oder die Flamme und/oder Reaktionsgase des Plasmastrahls oder der Flamme abgesaugt.Preferably is through a second opening of the hollow body the plasma jet or the flame and / or reaction gases of the plasma jet or sucked off the flame.
Die Absaugung an der zweiten Öffnung ermöglicht eine besonders homogene Beschichtung über die gesamte Länge der Innenfläche.The Extraction at the second opening allows a particularly homogeneous coating over the entire length of Inner surface.
Vor dem Abscheiden kann ein Aktivierungsprozess durchgeführt werden, bei dem das Substrat mit dem Plasmastrahl oder der Flamme ohne Zufuhr eines Precursormaterials behandelt wird. Dadurch wird die Oberfläche des Substrats gereinigt und aktiviert, was eine bessere Haftung anschließend aufgebrachter Schichten zur Folge hat.In front the deposition can be carried out an activation process, wherein the substrate with the plasma jet or the flame without supplying a Precursor material is treated. This will clear the surface of the Substrate cleaned and activated, resulting in better adhesion subsequently applied Layers results.
Weiterhin kann die erste Beschichtung direkt im Anschluss an einen Herstellungsprozess des Substrats, bei dem das Substrat unter Hitzezufuhr gebildet wurde, stattfinden. Dadurch kann der Aktivierungsschritt eingespart werden.Farther Can the first coating directly following a manufacturing process the substrate in which the substrate was formed under heat, occur. As a result, the activation step can be saved.
Vorteilhafter Weise rotiert der Hohlkörper während des Beschichtungsprozesses um eine Langsachse, um eine homogene Aktivierung bzw. Beschichtung der Innenfläche des Hohlkörpers zu erzielen.Favorable The hollow body rotates during the Coating process around a long axis to a homogeneous activation or coating the inner surface of the hollow body to achieve.
Die Homogenität der Aktivierung bzw. Beschichtung kann auch durch eine Rotation eines Plasmabrenners oder eines Flammenbrenners erreicht werden.The homogeneity The activation or coating can also be achieved by a rotation a plasma burner or a flame burner can be achieved.
Vorzugsweise ist eine Außenelektrode des Plasmabrenners oder der Flammenbrenner derart ausgestaltet, dass sie oder er durch die erste Öffnung in Richtung der Längsachse des Hohlkörpers eingeführt werden kann.Preferably is an outer electrode the plasma burner or the flame burner designed in such a way that he or she passes through the first opening in the direction of the longitudinal axis of the hollow body introduced can be.
Weiterhin wird durch eine Absaugung an der zweiten Öffnung des Hohlkörpers der Plasmastrahl oder die Flamme durch den gesamten Hohlkörper geleitet, was eine homogene Aktivierung bzw. Beschichtung in Längsrichtung des Hohlkörpers ermöglicht.Farther is through a suction at the second opening of the hollow body of the Plasma jet or the flame passed through the entire hollow body, what a homogeneous activation or coating in the longitudinal direction of the hollow body allows.
Der Beschichtungsprozess umfasst einen oder mehrere Beschichtungsdurchläufe, bei denen die Außenelektrode des Plasmabrenners oder der Flammenbrenner in den Hohlkörper eingeführt und in dessen Längsrichtung bewegt wird, so dass der Hohlkörper einmal oder mehrmals hintereinander von innen beschichtet wird.Of the Coating process includes one or more coating passes which the outer electrode the plasma burner or the flame burner is inserted into the hollow body and in the longitudinal direction is moved so that the hollow body one or more times in a row from the inside is coated.
Insbesondere wird ein transparenter Hohlkörper beschichtet. Der Hohlkörper oder das Substrat ist beispielsweise aus einem der Stoffe Glas, Kunststoff, Metall und Keramik gebildet.Especially becomes a transparent hollow body coated. The hollow body or the substrate is for example made of one of the substances glass, plastic, Metal and ceramics formed.
Der transparente Hohlkörper kann ein Spritzenkörper aus Glas sein.Of the transparent hollow body can a syringe body be made of glass.
Eine Temperatur des Substrats liegt beispielsweise in einem Bereich von 20°C bis 200°C, bevorzugt 20°C bis 120°C, besonders bevorzugt 20°C bis 80°C.A Temperature of the substrate is for example in a range of 20 ° C to 200 ° C, preferred 20 ° C to 120 ° C, especially preferably 20 ° C up to 80 ° C.
Das Verfahren ist nicht auf die Beschichtung von Spritzenkörpern beschränkt. Vielmehr kann es auch für andere Hohlkörper, insbesondere Rohre und andere Endlosmaterialien beliebiger Größe, beispielsweise für Pipelines, verwendet werden.The Method is not limited to the coating of syringe bodies. Much more It can also be for other hollow bodies, in particular tubes and other endless materials of any size, for example for pipelines, be used.
Insbesondere zur Beschichtung von Rohren und anderem Endlosmaterial kann das Arbeitsgas mit dem Precursor in den Hohlkörper eingeleitet und das Plasma im Hohlkörper mittels von außerhalb des Hohlkörpers in den Hohlkörper eingekoppelter Energie gezündet werden.Especially for coating pipes and other continuous material, the Working gas with the precursor introduced into the hollow body and the plasma in the hollow body by means of outside of the hollow body in the hollow body injected energy ignited become.
Die Zündung des Plasmas kann beispielsweise mittels Hochfrequenzanregung induktiv oder kapazitiv oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen.The ignition of the plasma, for example, by means of high-frequency excitation inductively or capacitively or by means of microwave radiation.
Mit dem Verfahren können in der Schicht beispielsweise mindestens ein Oxid und/oder ein Nitrid und/oder ein Oxinitrid mindestens eines der Elemente Silizium, Titan, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Zirkon oder Bor abgeschieden werden. Für die Abscheidung von Silizium-, Titan- und/oder Aluminiumoxidschichten werden vorzugsweise silizium-, titan- und/oder aluminiumorganische Verbindungen als Precursoren verwendet. Solche Schichten sind besonders als Barriereschutzschichten oder Kratzschutzschichten geeignet.With the method can in the layer, for example, at least one oxide and / or a nitride and / or an oxynitride of at least one of the elements silicon, titanium, aluminum, Molybdenum, Tungsten, vanadium, zirconium or boron are deposited. For the deposition of silicon, titanium and / or aluminum oxide layers are preferred silicon, titanium and / or organoaluminum compounds as Precursors used. Such layers are especially useful as barrier protection layers or scratch-resistant coatings.
Diese Precursoren können in fester, flüssiger und/oder gasförmiger Form vorliegen, wobei feste und flüssige Precursoren vor dem Einleiten in das Arbeitsgas oder den Plasmastrahl zweckmäßigerweise in den gasförmigen Zustand überführt werden.These Precursors can in solid, liquid and / or gaseous Form, with solid and liquid precursors before the introduction be converted into the working gas or the plasma jet expediently in the gaseous state.
Vorzugsweise können silberhaltige Nanopartikel und/oder Silber als Nanopartikel Bestandteil eines Precursors sein. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise SiO2-Schichten mit silberhaltigen Nanopartikeln ausbilden, mit denen eine bakterizide Schicht realisierbar ist.Preferably, silver-containing nanoparticles and / or silver as nanoparticles may be part of a precursor. In this way, for example, SiO 2 layers can be formed with silver-containing nanoparticles with which a bactericidal layer can be realized.
Ein Durchsatz des Arbeitsgases und/oder des Precursors ist bevorzugt variabel und steuerbar und/oder regelbar.One Throughput of the working gas and / or the precursor is preferred variable and controllable and / or adjustable.
Weiterhin kann die Geschwindigkeit, mit der der Plasmabrenner oder der Flammenbrenner in den Hohlkörper eingeführt und bewegt wird, variabel und steuerbar und/oder regelbar sein. Neben dem Durchsatz des Arbeitsgases und/oder des Precursors steht so ein weiteres Mittel zur Beeinflussung der Schichteigenschaften, wie beispielsweise der Schichtdicke, zur Verfügung. Durch geeignete Wahl dieser Prozessparameter und der verwendeten Precursoren sind beispielsweise folgende Eigenschaften des Substrats gezielt veränderbar: Kratzfestigkeit, Selbstheilungsfähigkeit, Reflexionsverhalten, Transmissionsverhalten, Brechungsindex, Transparenz, Lichtstreuung, elektrische Leitfähigkeit, Reibung, Haftung, Hydrophilie, Hydrophobie, Oleophilie, Oleophobie, Oberflächenspannung, Oberflä chenenergie, antikorrosive Wirkung, Schmutz abweisende Wirkung, Selbstreinigungsfähigkeit, photokatalytisches Verhalten, Antistressverhalten, Verschleißverhalten, chemische Widerstandsfähigkeit, biozides Verhalten, biokompatibles Verhalten, antibakterielles Verhalten, elektrostatisches Verhalten, elektrochrome Aktivität, photochrome Aktivität, und gasochrome Aktivität.Farther The speed with which the plasma torch or the flame burner in the hollow body introduced and being moved, being variable and controllable and / or controllable. In addition to the throughput of the working gas and / or the precursor is so another means for influencing the layer properties, such as the layer thickness available. By a suitable choice these process parameters and the precursors used are, for example the following properties of the substrate can be selectively changed: scratch resistance, self-healing ability, Reflection behavior, transmission behavior, refractive index, transparency, Light scattering, electrical conductivity, Friction, adhesion, hydrophilicity, hydrophobicity, oleophilicity, oleophobicity, surface tension, Surface energy, anti-corrosive effect, dirt-repellent effect, self-cleaning ability, photocatalytic behavior, anti-stress behavior, wear behavior, chemical resistance, biocidal behavior, biocompatible behavior, antibacterial behavior, electrostatic Behavior, electrochromic activity, photochromic Activity, and gasochromic activity.
Besonders bevorzugt wird mindestens eine der abgeschiedenen Schichten als Diffusionsbarriere gegenüber mindestens einem Alkalielement, beispielsweise Natrium oder Kalium, und/oder gegenüber mindestens einem Erdalkalielement, beispielsweise Magnesium oder Kalzium, und/oder gegenüber Bor und/oder insbesondere gegenüber Wolfram ausgeführt.Especially at least one of the deposited layers is preferred as Diffusion barrier opposite at least one alkali element, for example sodium or potassium, and / or opposite at least one alkaline earth element, for example magnesium or Calcium, and / or opposite Boron and / or in particular opposite Tungsten running.
Weiterhin stellt mindestens eine der abgeschiedenen Schichten eine Diffusionsbarriere gegenüber mindestens einem der Stoffe Sauerstoff, Wasser, Wasserdampf und/oder organischen Lösemitteln, insbesondere aus Kunststoffen, dar.Farther At least one of the deposited layers provides a diffusion barrier across from at least one of the substances oxygen, water, water vapor and / or organic solvents, in particular of plastics, dar.
Als Arbeitsgas kann ein Gas oder Aerosol, vorzugsweise Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Ammoniak oder ein Gemisch wenigstens zweier der vorgenannten Gase verwendet werden. Ammoniak eignet sich beispielsweise zur Bildung von Nitriden und kann eine katalytische Wirkung bei der Umsetzung des Precursors aufweisen.When Working gas may be a gas or aerosol, preferably air, oxygen, Nitrogen, noble gases, hydrogen, carbon dioxide, gaseous hydrocarbons, Ammonia or a mixture of at least two of the aforementioned gases be used. Ammonia, for example, is suitable for the formation of Nitrides and can have a catalytic effect in the implementation of Having precursors.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.One embodiment The invention will be explained in more detail below with reference to a drawing.
Darin zeigt:In this shows:
Zum
Bestimmen einer Schichtqualität
einer auf dem Substrat
Vorzugsweise wird die Bestrahlung mit Ultraviolett-Licht durchgeführt.Preferably the irradiation is performed with ultraviolet light.
Die Farbstoffe sind insbesondere phosphoreszierend und/oder fluoreszierend.The Dyes are in particular phosphorescent and / or fluorescent.
Die Abscheidung der Markerschicht und der Funktionsschicht kann in einem fließenden Übergang so erfolgen, dass sich eine Gradientenschicht ergibt. Ebenso können klar getrennte Schichten abgeschieden werden.The Deposition of the marker layer and the functional layer can in one flowing transition so be done that results in a gradient layer. Likewise, you can be clear separate layers are deposited.
Die Markerschicht wird vorzugsweise durch Abscheidung von Siliziumdioxid gebildet.The Marker layer is preferably by deposition of silicon dioxide educated.
Außer einem
Hohlkörper
kann auf gleiche Weise auch ein anders gestaltetes Substrat
In
einer anderen Ausführungsform
kann statt eines Plasmabrenners
Vor
einem Beschichtungsprozess kann ein Aktivierungsprozess stattfinden,
bei dem der Plasmastrahl ohne Zufuhr eines Precursormaterials ins Innere
des Substrats
Weiterhin
kann eine erste Innenbeschichtung direkt im Anschluss an einen Herstellungsprozess
des Substrats
In
einer Ausgestaltung der Erfindung kann das Substrat
Weiterhin
kann der Plasmabrenner
Vorzugsweise
ist eine Außenelektrode
des Plasmabrenners
Der
Beschichtungsprozess kann einen oder mehrere Beschichtungsdurchläufe umfassen,
bei denen die Außenelektrode
des Plasmabrenners
Es
können
Substrate
Eine
Temperatur des Substrats
Mit dem Verfahren können in der Funktionsschicht und/oder der Markerschicht beispielsweise mindestens ein Oxid und/oder ein Nitrid und/oder ein Oxinitrid mindestens eines der Elemente Silizium, Titan, Aluminium, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Zirkon oder Bor abgeschieden werden. Für die Abscheidung von Silizium-, Titan- und/oder Aluminiumoxidschichten werden vorzugsweise silizium-, titan- und/oder aluminiumorganische Verbindungen als Precursoren verwendet.With the method can in the functional layer and / or the marker layer, for example, at least an oxide and / or a nitride and / or an oxynitride of at least one of the elements silicon, titanium, aluminum, molybdenum, tungsten, vanadium, zirconium or boron are deposited. For the deposition of silicon, titanium and / or aluminum oxide layers are preferably silicon, titanium and / or organoaluminum Compounds used as precursors.
Als Arbeitsgas kann ein Gas oder Aerosol, beispielsweise Luft, Sauerstoff, Stickstoff, Edelgase, Wasserstoff, Kohlendioxid, gasförmige Kohlenwasserstoffe, Ammoniak oder ein Gemisch wenigstens zweier der vorgenannten Gase verwendet werden.When Working gas may be a gas or aerosol, for example air, oxygen, Nitrogen, noble gases, hydrogen, carbon dioxide, gaseous hydrocarbons, Ammonia or a mixture of at least two of the aforementioned gases be used.
Die
Absaugeinrichtung
Das
Verfahren kann auch für
andere Hohlkörper
Insbesondere
zur Beschichtung von Rohren und anderem Endlosmaterial kann das
Arbeitsgas mit dem Precursor in den Hohlkörper
Die Zündung des Plasmas kann beispielsweise mittels Hochfrequenzanregung induktiv oder kapazitiv oder mittels Mikrowellenstrahlung erfolgen.The ignition of the plasma, for example, by means of high-frequency excitation inductively or capacitively or by means of microwave radiation.
Der Farbstoff kann ein lumineszierender Farbstoff sein, insbesondere ein phosphoreszierender und/oder fluoreszierender Farbstoff.Of the Dye can be a luminescent dye, in particular a phosphorescent and / or fluorescent dye.
Ebenso kann ein thermochrom und/oder elektrochrom und/oder photochrom und/oder gasochrom schaltender Farbstoff abgeschieden werden.As well may be a thermochromic and / or electrochromic and / or photochromic and / or Gasochrom switching dye are deposited.
Vorzugsweise werden mit dem Farbstoff beladene Nanozeolithe abgeschieden.Preferably are deposited with the dye-loaded Nanozeolithe.
Die Abscheidung kann so erfolgen, dass aus einem Arbeitsgas ein Plasmastrahl oder eine Flamme erzeugt wird, wobei mindestens ein Precursormaterial dem Arbeitsgas und/oder dem Plasmastrahl bzw. dem Arbeitsgas und/oder der Flamme zugeführt und im Plasmastrahl bzw. der Flamme zur Reaktion gebracht wird. Auf dem Substrat wird mindestens ein Reaktionsprodukt mindestens eines der Precursoren als Markerschicht oder Funktionsschicht abgeschieden. Der Farbstoff wird entweder in einem flüssigen Medium dispergiert oder ist in den Nanozeolithen enthalten. Der dispergierte Farbstoff oder die Nanozeolithe mit dem Farbstoff werden dem Arbeitsgas oder dem Plasmastrahl oder der Flamme separat oder gemeinsam mit dem Precursor zugeführt.The Deposition can be made so that a working gas from a plasma jet or a flame is generated, wherein at least one precursor material the working gas and / or the plasma jet or the working gas and / or fed to the flame and in the plasma jet or the flame is reacted. On the substrate is at least one reaction product at least one the precursors deposited as a marker layer or functional layer. The dye is either dispersed in a liquid medium or is contained in the nanozeolites. The dispersed dye or the Nanozeolithe with the dye are the working gas or the Plasma jet or flame separately or together with the precursor fed.
Alternativ sind andere Beschichtungsverfahren möglich, um den Farbstoff abzuscheiden, so dass die Schichtqualität bewertet werden kann.alternative other coating methods are possible to deposit the dye, so the shift quality can be evaluated.
Bei Dispergierung werden insbesondere chemisch beständigere organische Farbstoffe verwendet. Der dispergierte Farbstoff kann dabei mittels einer Schlauchpumpe in das Arbeitsgas, die Flamme oder den Plasmastrahl eingestäubt werden.at Dispersing in particular chemically resistant organic dyes used. The dispersed dye can by means of a peristaltic pump into the working gas, the flame or the plasma jet are dusted.
Das Verfahren kann bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, insbesondere als Normaldruckplasmaverfahren.The Method can be carried out at atmospheric pressure in particular as normal pressure plasma method.
Als Flüssigmedium zur Dispergierung der Farbstoffe kommen beispielsweise Wasser, Isopropanol oder der Precursor selbst in Frage.When liquid medium For example, water, isopropanol are used to disperse the dyes or the precursor itself in question.
- 11
- Substratsubstratum
- 1.11.1
- erste Öffnungfirst opening
- 1.21.2
- zweite Öffnungsecond opening
- 22
- Absaugeinrichtungsuction
- 33
- Plasmabrennerplasma torch
- 44
- ProbenrotationseinrichtungSample rotation means
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