DE2346394B2 - Verfahren zum herstellen duenner schichten aus wolfram oder molybdaen - Google Patents
Verfahren zum herstellen duenner schichten aus wolfram oder molybdaenInfo
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- 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
- C23C16/06—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 deposition of metallic material
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram oder Molybdän
•uf einem hochtemperaturfesten Schichtträger durch thermische Verdampfung im Hochvakuum.
Die Schwermetalle Wolfram und Molybdän sind ^egen ihres hohen Schmelzpunktes und ihrer Warmfestigkeit
unter anderem ein wichtiger Baustoff für Röntgenröhren und Elektronenröhren aller Art.
Weitere Verwendungszwecke dieser Schwermctalle *ind Kontakte in Hochspannungsschaltgeräten und
Verdampfer in Aufdampfanlagen für die Hochvakuummetallisierung.
Für bestimmte Anwendungen, insbesondere für Drehanoden von Röntgenröhren, sind dünne Schichten
dieser Schwermetall auf hochtemperaturfesten Schichtträgern, wie beispielsweise Elektrographit
oder AloO^-Keramik, erwünscht. Die Herstellung dieser
dünnen Schichten kann durch teure und aufwendige Verfahren wie die Schmelzflußelektrolyse, die
Abscheidung aus der Dampfphase aus chemischen Verbindungen oder durch Plasmaspritzen erfolgen.
Ein Aufdampfen der dünnen Schichten auf die Schichtträger bereitet jedoch wegen des hohen
Schmelzpunktes und des niedrigen Dampfdruckes von Wolfram und Molybdän Schwierigkeiten. So ist
es zwar möglich, Wolfram oder Molybdän mit Hüic
der Elektronenstrahlverdampfung oder durch Kathodenzerstäubung im Vakuum aufzudampfen, die weitaus
wirtschaftlichere und in der Schichtbildung leichter zu beherrschende thermische Verdampfung im
Hochvakuum scheitert jedoch hauptsächlich an den ίο hohen Verdampfertemperaturen. Da für die thermische
Verdampfung von Wolfram und Molybdän Temperaturen zwischen 3000 und 3500° C erforderlich
sind, ist es bislang noch nicht gelungen, ein geeignetes Material für den Verdampfer zu finder,
is (L. I. Maissei und R. G lang, Handbook of
Thin Film Technology, McGraw-Hill, 1970, S. 1 b<<54).
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung heg!
daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram oder
Molybdän auf einem hochtemperaturfesten Schichtträger durch Verdampfung im Vakuum zu schallen.
bei welchem mit möglichst geringem apparativem Aufwand die Schichtbildung leicht beherrscht wird.
Hierbei wird das leichtflüchtige Wolfram(VI)-Oxid (WO3) bzw. Molybdän(Vl)-Oxid (MoO.,) bei
Temperaturen zwischen 700 und 1250 C durch thermische
Verdampfung im Hochvakuum verdampft. Bei diesen relativ niedrigen Verdampfungstcmperatüren
können konventionelle Verdampfer beispielsweise aus Wolfram oder Molybdän verwendet worden.
Wird njn der Schichtträger nicht beheizt, so
schlagen sich die entsprechenden Oxide auf seiner Oberfläche nieder. Bei zunehmender Erhitzung des
Schichtträgers erfolgt wegen der Rückverdampfung zunächst kein Niederschlag mehr, bis dann oberhalb
einer kritischen Temperatur des Schichtträgers ein Niederschlag aus reinem Wolfram bzw. Molybdän
entsteht. Diese kritische Temperatur entspricht dem Zerselzungspunkt des Wolfram(VI)-Oxides bzw. des
Molybdän(VI)-Oxides, d. h. derjenigen Temperatur, bei welcher sich die Oxide zersetzen. Da der Zcrsctzungspunkt
sich nicht wie andere Umwandlungspunkte exakt festlegen läßt (ABC Chemie Bd. 2,
Verlag Harri Deutsch, Frankfurt Main und Zürich. S. 1557), wird in Abhängigkeit vom Restgasdruck
des Hochvakuums diejenige Temperatur des Schichtträgers, bei welcher mit Sicherheit ein reiner Niederschlag
aus Wolfram bzw. Molybdän erfolgt, experimentell ermittelt. Die so ermittelten Temperaturen
können überschritten werden, wobei der Temperaturbereich nach oben selbstverständlich durch die Verdampfungstcmperaturcn
des Schichtträgermaterials oder des Wolframs bzw. Molybdäns begrenzt ist.
Während des gesamten Aufdampfvorganges wird die durch die Zersetzung der Oxide entstehende gasförmige
Sauerstoff phase laufend abgepumpt, um einen
unerwünschten Druckanstieg in der Aufdampfapparatur zu vermeiden. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren kann die Schichtbildung über die Aufdampfzeit oder durch die Einwaage der Oxide leicht
beherrscht werden. Die aufgedampften Schichten weisen eine sehr gute Haftfestigkeit auf, da die Oberfläche
des Schichtträgers durch die Erhitzung vor dem Aufdampfen vollständig entgast wird. Ein weiterer
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß die Ausgangsstoffe für die Verdampfung
Wolfram(VI)-Oxid bzw. Molybdän(VI)-Oxid wesent-
lieh billiger als die reinen Metalle Wolfram bzw.
Molybdän sind.
Bei den in den Ansprüchen 2 und 3 angegebenen Werten für den Restgasdruck und die Verdampfungstemperaturen
können handelsübliche Aufdampfapparaturen eingesetzt werden. Lediglich für die Erhitzung
der Schichtträger auf Temperaturen über 1500 bzw. 900° C ist eine zusätzliche Widerstandsbeheizung
vorzusehen.
Beim Verfahren nach Anspruch 4 wird bei ebenen Schichtträgern eine gleichmäßige Schichtdickenverteilung
des Wolfsrams bzw. Molybdäns gewährleistet.
Beim Verfahren nach Anspruch 5 führt der Schichtträger eine Taumelbewegung aus, so daß sicii der
Winkel des Aufdampfstrahles in bezug auf die Oberfläche des Schichtträgers stetig ändert. Insbesondere
bei unebenen oder gelochten Schichtträgern wird somit eine Beschichtung der gesamten Oberfläche bei
einer gleichmäßigen Schichtdickcnverteilung gewährleistet.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
Eine 3 mm dicke, 80 mm lange und 15 mm brei ic Unterlage aus Graphit wurde in einer Aufdampfaniage
über einem Verdampfer angeordnet. In den aus einem widerstandsbeheizten WolframschifTchen bestehenden
Verdampfer wurde pulverförmiges WoIfram(VI)-Oxid
eingefüllt. Anschließend wurde die Aufdampfanlage durch eine Hochvakuumpumpe auf
einen Restuasdruck von I()-·'· Torr evakuiert und die
Unterlage durch eine Widerctandsbeheizung auf eine Temperatur von 1500° C erhitzt. Während einer Bedampiungszeit
von 10 Minuten wurde bei einer v\:rdampfertemperatur
von 1250°C eine etwa 1 Lim dicke Wolframschicht auf die Unterlage aufgedampft,
wobei die Hochvakuumpumpe während des gesamten Aufdampfvorganges in Betrieb blieb. Die so hergestellte
Wolframschicht wies eine sehr gute Haftfestigkeit auf. Der spezifische elektrische Widerstand der
ίο aufgedampften Wolframschicht entsprach demjenigen des reinen Wolframs.
Eine 3 mm dicke, 80 mm lange und 15 mm breite Unterlage aus ΑΙ.,Ο,-Keramik wurde in einer Aufdampfanlage
über einen Verdampfer angeordnet. In den aus einem widerstandsbeheizten WolframschifTchen
bestehenden Verdampfer wurde pulverförmiges Mohbdän(Vl)-Oxid eingefüllt. Anschließend wurde
die A.ifdampfanlage durch eine Hochvakuumpumpe auf einen Restgasdruck von 10~5 Torr evakuiert und
die Unterlage durch eine Widerstandsbeheizung auf eine Temperatur von 1200 C erhitzt. Während einer
Bedampfuiigszeit von 10 Minuten wurde bei einer Verdampfertemperatur von 750" C eine etwa 1 um
dicke Molybdänschicht auf die Unterlage aufgedampft, wobei die Hochvakuumpumpe während des
gesamten Aufdampfvorganges in Betrieb blieb. Die so hergestellte Molybdänschicht wies ebenfalls eine
sehr gute Haftfestigkeit auf. Der spezifische elektrische Widerstand der aufgedampften Molybdänschicht
entsprach demjenigen des reinen Molybdäns.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram oder Molybdän auf einem
hochtemperaturfesten Schichtträger durch thermische Verdampfung im Hochvakuum, dadurch gekennzeichnet, daß WoIfram(VI)-Oxid
bzw. Molybdän(VI)-Oxid verdampft und der Schichtträger auf eine Temperatur
erhitzt wird, bei der sich das Oxid in unmittelbarer Nähe oder auf der Oberfläche des
Schichtträgers vollständig in eine feste Metallphase und eine gasförmige Sauerstoffphase zersetzt
und auf der Oberfläche des Schichtträgers eine Schicht aus reinem Metall entsteht, wobei
die gasförmige SauerstofTphaje laufend abgepumpt
wird.
2. Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Restgasdruck von 1O-5 Torr Wolfram(VI)-Oxid bei einer Temperatur
von 1250° C verdampft wird und der Schichtträger auf eine Temperatur über 1500cC
erhitzt wird.
3. Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Molybdän nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß bei einem Restgasdruck von lü~s Torr Molybdän(VI)-Oxid bei einer Temperatur
von 750° C verdampft wird und der Schichtträger auf eine Temperatur über 900 C
erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger
während der Verdampfung um eine vertikale Achse gedreht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schichtträger
während der Verdampfung um zwei zueinander geneigt verlaufende Achsen gedreht wird.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732346394 DE2346394C3 (de) | 1973-09-14 | Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram oder Molybdän | |
| CH1029774A CH606478A5 (de) | 1973-09-14 | 1974-07-26 | |
| AT665674A AT342719B (de) | 1973-09-14 | 1974-08-14 | Verfahren zum herstellen dunner schichten aus wolfram oder molybdan |
| FR7428769A FR2244013B1 (de) | 1973-09-14 | 1974-08-21 | |
| US05/501,660 US3963839A (en) | 1973-09-14 | 1974-08-29 | Method for the preparation of thin layers of tungsten and molybdenum |
| GB3788374A GB1442109A (en) | 1973-09-14 | 1974-08-29 | Thin layers of high melting point materials |
| JP10591074A JPS5329311B2 (de) | 1973-09-14 | 1974-09-13 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19732346394 DE2346394C3 (de) | 1973-09-14 | Verfahren zum Herstellen dünner Schichten aus Wolfram oder Molybdän |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2346394A1 DE2346394A1 (de) | 1975-04-10 |
| DE2346394B2 true DE2346394B2 (de) | 1976-01-29 |
| DE2346394C3 DE2346394C3 (de) | 1976-09-09 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CH606478A5 (de) | 1978-10-31 |
| GB1442109A (en) | 1976-07-07 |
| ATA665674A (de) | 1977-08-15 |
| AT342719B (de) | 1978-04-25 |
| US3963839A (en) | 1976-06-15 |
| FR2244013A1 (de) | 1975-04-11 |
| DE2346394A1 (de) | 1975-04-10 |
| JPS5329311B2 (de) | 1978-08-19 |
| FR2244013B1 (de) | 1979-01-05 |
| JPS5056379A (de) | 1975-05-17 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |