DE4440386A1 - Elektroden für medizinische Anwendungen - Google Patents
Elektroden für medizinische AnwendungenInfo
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N1/00—Electrotherapy; Circuits therefor
- A61N1/02—Details
- A61N1/04—Electrodes
- A61N1/05—Electrodes for implantation or insertion into the body, e.g. heart electrode
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Elektroden für medizinische Anwendungen, insbesondere implan
tierbare Reizelektroden, mit einer aktiven Schicht aus porö
sem Titannitrid.
Elektroden der vorstehend genannten Art sind aus der europa
ischen Patentschrift 0 115 778 bekannt. Diese Elektroden be
stehen aus einem elektrisch leitenden Tragermaterial und wei
sen im aktiven Bereich eine poröse Schicht aus einem Carbid,
Nitrid oder Carbonitrid wenigstens eines der Metalle Titan,
Vanadium, Zirkonium, Niob, Molybdan, Hafnium, Tantal oder
Wolfram auf, d. h. unter anderem aus Titannitrid (TiN). Die
bekannten Elektroden werden mittels eines PVD-Verfahrens
(PVD = Physical Vapour Deposition) hergestellt, wobei die
poröse Schicht durch physikalische Dampfabscheidung auf das
als Substrat dienende Tragermaterial aufgebracht wird. Dazu
wird das carbid-, nitrid- bzw. carbdnitridbildende Metall,
beispielsweise mittels eines Elektronenstrahlverdampfers, aus
einem Vorrat des Metalls in einer stickstoff- und/oder me
thanhaltigen Atmosphäre verdampft und auf dem Substrat die
entsprechende Metallverbindung abgeschieden.
Die auf die beschriebene Weise hergestellten Elektroden wer
den vorteilhaft als Reizelektroden für Herzschrittmacher ein
gesetzt. Für spezielle Anwendungszwecke ist nun beispielswei
se aber eine Herzschrittmacher-Elektrode mit einer Elektro
denstruktur zweckmäßig, bei der zwei Bereiche - voneinander
isoliert - konzentrisch zueinander angeordnet sind. Damit
sich beim Kontakt mit der Körperflüssigkeit eine hohe Doppel
schichtkapazität einstellt, ist es dann erforderlich, die
Elektrode mit einer porösen Titannitridschicht zu versehen.
Eine derartige Elektrodenkonfiguration wurde mit Titannitrid-
Elektroden bislang aber noch nicht realisiert.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren anzuge
ben, mit dem Titannitrid-Elektroden der eingangs genannten
Art hergestellt werden können, bei denen die aktive Schicht
strukturiert ist, d. h. eine bestimmte Elektrodenstruktur
vorliegt.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren erreicht, bei
dem ein Substrat aus elektrisch leitendem Material, das sich
in einer titan-, stickstoff- und wasserstoffhaltigen Atmo
sphäre befindet, mittels eines Excimerlasers durch eine opti
sche Maske bestrahlt wird, wobei auf dem Substrat eine Struk
tur aus porösem Titannitrid abgeschieden wird.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung können beliebige Elek
trodenkonfigurationen hergestellt werden, d. h. Elektroden mit
beliebiger Struktur, beispielsweise eine Elektrodenanordnung
mit zwei konzentrischen Elektroden. Hierbei wird nämlich eine
entsprechende optische Maske mit Laserlicht beaufschlagt, wo
bei durch den Laserstrahl eine scharfe Abbildung der Maske in
der Substratebene erfolgt, d. h. die Maske läßt Licht nur in
der Form der gewünschten Struktur durch.
Würden Elektrodenstrukturen nach dem bislang angewendeten
PVD-Verfahren hergestellt werden, dann müßte zunächst eine
ganzflachige Beschichtung des Substrats erfolgen, und daran
müßte sich ein auf das Titannitrid und das Substratmaterial
abgestimmter Ätzvorgang - mit Photomaskierung - anschließen,
um die gewünschte Elektrodenkonfiguration zu erzielen. Im Ge
gensatz dazu kann beim Verfahren nach der Erfindung, bei dem
es sich um ein Laser-CVD-Verfahren (CVD = Chemical Vapour
Deposition) handelt, d. h. um eine laserinduzierte chemische
Gasabscheidung, eine bestimmte Elektrodenstruktur direkt in
einem Arbeitsgang erzeugt werden, ohne daß nachfolgend ein
Ätzprozeß erforderlich ist.
Beim Verfahren nach der Erfindung werden - auf photolytischem
Weg - auf Substraten dünne Schichten aus Titannitrid lokal
abgeschieden; das Substrat bleibt dabei unverändert. Die ab
geschiedenen Schichten weisen eine Dicke bis zu 20 µm und
mehr auf, und sie besitzen eine rauhe Oberfläche, d. h. sie
sind porös. Die Flächenkapazität dieser Schichten ist etwa um
den Faktor 100 größer als diejenige von glatten Titanober
flachen. So beträgt die Flächenkapazität der Laser-CVD-TiN-
Schichten nach der Erfindung beispielsweise bei einer Fre
quenz von 1 Hz etwa 2,5 mF/cm² (Titan: ca. 0,025 mF/cm²).
Zur Abscheidung des Titannitrids dient eine titan-, stick
stoff- und wasserstoffhaltige Atmosphäre. Vorzugsweise weist
diese Atmosphäre eine der folgenden Zusammensetzungen auf:
- (a) Tetrakis(dimethylamino)-titan und Stickstoff sowie ge gebenenfalls zusätzlich Wasserstoff;
- (b) Titantetrachlorid, Stickstoff und Wasserstoff;
- (c) Titantetrachlorid und Ammoniak.
Anstelle von Tetrakis(dimethylamino)-titan kann beispiels
weise aber auch die entsprechende Ethylverbindung und an
stelle von Titantetrachlorid beispielsweise auch Titantetra
bromid eingesetzt werden. Ferner können Stickstoff/Wasser
stoff-Gemische durch Ammoniak ersetzt werden und umgekehrt.
Das elektrisch leitende Substrat, auf dem die porösen TiN-
Schichten abgeschieden werden, besteht vorzugsweise aus
Titan. Daneben können beispielsweise aber auch Substrate aus
Platin eingesetzt werden sowie aus anderen Edelmetallen, fer
ner Metallegierungen wie Elgiloy und nichtrostender Stahl,
sogenannter VA-Stahl. Wichtig ist, daß das Substrat körper
verträglich ist. Das Substrat kann sich im übrigen bei der
Abscheidung auf erhöhter Temperatur befinden, beispielsweise
auf einer Temperatur von ca. 60°C.
Beim Verfahren nach der Erfindung wird das Substrat vorzugs
weise mit Licht einer der folgenden Wellenlängen bestrahlt:
193 nm, 248 nm, 308 nm oder 351 nm. Dies bedeutet, daß bevor
zugt folgende Excimerlaser zum Einsatz gelangen:
ArF (193 nm), KrF (248 nm), XeCl (308 nm) und XeF (351 nm).
Die Pulsfrequenz beträgt dabei im allgemeinen 100 Hz und die
Pulslänge 20 ns.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung noch
naher erläutert werden.
Als Substratmaterial dient Titan (Ti). Die Ti-Substrate wer
den unmittelbar vor der Beschichtung mit Ethanol und mittels
eines Wasserstoff-HF-Plasmas gereinigt und in einer Reak
tionskammer angeordnet, durch welche Tetrakis(dimethylamino)
titan, Stickstoff und Wasserstoff geleitet werden (Gesamt
druck: 10 mbar). Die Bestrahlung erfolgt mittels eines XeF-
Excimerlasers (Wellenlänge: 351 nm; Pulsfrequenz: 100 Hz;
Energieflußdichte: 162 mJ/cm²). Das Substrat kann auf eine
Temperatur von 60°C geheizt werden.
Bei den genannten Abscheidebedingungen werden - bei einer Ab
scheidedauer von 20 min - TiN-Schichten mit einer Dicke von
ca. 13 µm erhalten (Abscheiderate: 40 µm/h).
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Elektroden für medizinische
Anwendungen, insbesondere implantierbare Reizelektroden, mit
einer aktiven Schicht aus porösem Titannitrid, da
durch gekennzeichnet, daß ein Substrat
aus elektrisch leitendem Material, das sich in einer titan-,
stickstoff- und wasserstoffhaltigen Atmosphäre befindet, mit
tels eines Excimerlasers durch eine optische Maske bestrahlt
wird, wobei auf dem Substrat eine Struktur aus porösem Titan
nitrid abgeschieden wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Substrat in einer Atmosphäre
aus Tetrakis(dimethylamino)-titan und Stickstoff befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zusätzlich Wasserstoff vorhanden ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Substrat in einer Atmosphäre
aus Titantetrachlorid, Stickstoff und Wasserstoff befindet.
5. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekenn
zeichnet, daß sich das Substrat in einer Atmosphäre
aus Titantetrachlorid und Ammoniak befindet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß das Substrat
aus Titan besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, daß das Substrat
mit Licht einer Wellenlänge von 193 nm, 248 nm, 308 nm oder
351 nm bestrahlt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da
durch gekennzeichnet, daß sich das
Substrat auf erhöhter Temperatur befindet.
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