DE649360C - Verfahren zur Metallisierung durch Kathodenzerstaeubung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Metallisierung durch Kathodenzerstäubung Es ist seit langem bekannt, dünne Metallschichten durch Kathodenzerstäübung herzustellen. Das Verfahren hat aber nur in bescheidenem Umfange technische Verwertung gefunden. Die Schwierigkeiten lagen darin, daß der allergrößte Teil des den Elektroden zugeführten Stromes in joulesche Wärme umgesetzt wurde. Die entstehende Wärme war naturgemäß von ungünstigem Einfuß auf die zu metallisierenden Gegenstände, ganz besonders dann, wenn es sich um wärmeempfindliche Körper, wie Wachs, Federn, Seidenstoffe usw., handelte.
• Einen Fortschritt bedeutete die seit 1925 bekannte Kühlung der Elektroden, die zur Polge hatte, daß die joulesche Wärme zum größten Teil 'abgeführt wurde. Dadurch wurde die Metallisierung wärineempfrndlicher Körper möglich, und es wurde auch eine gewisse Beschleunigung des Prozesses` erreicht, da man mit größeren Stromstärken arbeiten konnte, ohne befürchten zu müssen, daß der zugeführte Strom als schädliche Wärme in Erscheinung trat. Gleichwohl blieb die Stromausbeute außerordentlich gering.
• Die Erfindung besteht darin, daß man eine größere Anzahl dünner draht- oder bandförmiger Elektroden anwendet, deren Durchmesser in der Größenordnung der freien Weglänge der Metallatome liegt. Man erzielt hierdurch eine hohe Stromausbeute und eine Schonung wärmeempfindlicher Gegenstände. Diese Elektroden geben die beste Wirkung, wenn sie erhitzt sind. Dies ist durch die-bekannte Tatsache zu erklären, daß bei dem geringen Durchmesser der Elektroden die Rückdiffusion der losgelösten Metallatome zur Elektrode verringert wird, so daß dadurch eine Bestäubungszunahme erfolgt.
• Nach dem heutigen Stand der Literatur soll zwar durch Erhitzung der Elektroden eine Beschleunigung der Zerstäubung nicht erzielt werden. So sagt z. B. E. Blechschmidt, Ann. d. Phys. 81, S. ioi6, 1926, daß eine Beschleunigung der Kathodenzerstäubung durch Erwärmung der Elektroden, nicht eintritt, solange die Erwärmung nicht auf den Gasraum übergreift. Es wurde aber festgestellt, daß eine erhebliche Beschleunigung der Zerstäubung erzielt werden kann, wenn man den Elektroden die oben angegebene Form gibt und sie erhitzt: Die Erhitzung der Elektroden kann auf bekannte Weise z. B. durch elektrische Widerstandsheizung oder durch Hochfrequenzheizung erfolgen. Eine bedeutende Vereinfachung kann dadurch erzielt werden, daß man den Ouerschnitt der Elektroden der Stärke des Glimmstromes in der Weise anpaßt, daß die gewünschte Temperaturerhöhung der zu zerstäubenden Elektroden durch das Ionenbombardement selbst erreicht wird. Diese erhitzten Elektroden nun erzeugen um sich herum eine, heiße-, Atmosphäre von gering/ Tiefe, die bewirkt, daß die freie Weglänge in dieser Zone erheblich größer ist, als dein norinalen Druck im Raunie entspricht. Dadurch, claß in dieser heißen Zone die freie Weglänge erhöht ist, wird die Rückdiffusion weiterverringert, während anderseits die thermisch allgeregten Gasmoleküle infolge ihrer leichteren Ionisierbarkeit bevorzugt zur Kathode zurückkehren. Auller dieser auf der Erwärinung des Gasraumes beruhenden Zunahme tritt eine weitere Erhöhung der Zerstäubungsintensität und damit eine Erhöhung der Stromausbeute wahrscheinlich noch dadurch ein, daß infolge des kleinen Kriinnnungsradius, den die Oberfl-icbe derElektroden hat, und deren höherer Temperatur, rückdiffundierende Teilchen «-feder reflektiert werden, also nicht auf den Elektroden haftenbleiben. Dadurch, tiaß die thermisch angeregten Gasniolekiile bevorzugt zur Elektrode zurückkehren, wird vermieden, daß ein Überschuß an Wärme in den Raum übergreift. 11a11 beobachtet also das scheinbare Paradoxon, daß ein sehr empfindlicher zu inexallisierender Gegenstand, wie z. $. eine Wachsplatte, weniger Wärine aufnimmt, wenn man dünne, dralitförtnige, auf Rotglut erhitzte Elektroden anwendet, als wenn man mit Elektroden von großem Durchmesser arbeitet, die durch Wasser gekühlt sind lind infolgedessen niedrigere--Temperaturen, haben. -_ Der geschilderte Effekt beruht nicht etwa auf einer thermischen Verdampfung, denn die intensive-Zerstäubung tritt bereits bei Temperaturen ein, bei denen ein wirksamer Dampfdruck der Elektrodensubstanz noch nicht nachweisbar ist. Daß die Anwendung dünner Elektroden einen noch nicht beobachteten Effekt ergibt, geht aus folgendem hervor: Bisher galt als Regel, daß durch Erhöhung der Spannung und Erniedrigung des Druckes eine Zunahme der Zerstäubung eintritt. Bei Anwendung dünner Elektroden gilt diese Regel nicht, vielmehr wurde festgestellt, daß jeweils ein Optimuni der Zerstäubung eintritt, welches abhängt einmal vom Durchmesser der Elektroden und andererseits vom Abstand der einzelnen Elektrodendrähte voneinander.
• Es sind zur Metallisierung durch Katliodenzerstäubung auch drahtartige Kathoden benutzt worden, deren Dicke in der Größenordnung der freien Weglänge der Metallatome lag. Doch läßt sich durch diese 1-Iaßnahme allein der durch die Erfindung erzielbare Höchstwert der Metallisierung nicht erreichen. Für diesen Zweck ist nicht nur eine Anordnung voll dralit- oder bandartigen Kathoden, deren Durchmesser bzw. Breite in der Gröt;enordnung der freien Weglänge der Metallatome liegt, erforderlich, sondern eine gleichzeitige planin.-ißig durchgeführte hohe Erhitzung der- Elektroden. Erst durch die beanspruchte Vereinigung dieser beiden Maßnahmen, nämlich durch die U'ahl von draht-oder bandartigen Elektroden, deren Durchmesser bzw. Breite der Größenordnung der freien Weglänge der Metallatome entspricht, und ihre Erhitzung ist die überraschende Wirkung erzielbar, die sich mit dem als neu beanspruchten Verfahren erreichen- läßt. Beispiel i Bei einem absoluten Druck voll o,i mm Hg entsprechend einer freien @@"egl:inge von etwa 0,3 111111 «-erden eine grol.ie Anzahl Golddrähte , voll 0,3 111m Diirehniesser bei einem Abstand voll 20 111111 von Draht zu Draht als Elektroden angewandt. In-CO., als Füllgas ergibt sich dabei, daß das Optimtiln der Zerstäubung bei io5o Volt liegt. Wird der Druck auf o,o3 rinn Hg ermäßigt, dann ist bei 146o Volt Spannung die Zerstäubungsintensität nur noch halb so stark wie unter den vorher genannten @-erli:iltilissen. In beiden Fällen ist die Stronist"irlce' die gleiche. Beispiel e Bei einem absoluten Druck voll o,25 min Ilg entsprechend einer freien Weglänge der Silberatome voll ungefähr o,-I nun werden Silberdrähte voll 0,23 inin Durchmesser bei einem Abstand voll 40 mm voll Draht zu Draht als Elektroden angewandt. In Wasserstoff als Füllgas ergibt sich hierbei eine hohe ZerstiiubtlllgSgeScllwi@digl;eit. Beispiel 3 Unter Anwendung von Feinsilflerdrällten voll 0,3 min Durchmesser als Elektroden wird ein Azetathhn versilbert. Als Füllgas wird \Wasserstoft angewandt. Der Druck beträgt o,og mm H- entsprechend einer freien Weglänge des Silberatoms von etwa 1 nun, die Spannung i-joo Volt und der Stronidurchg Ilu Igo inA. Nach 4 Minuten wird der y a , 1 Film aus der Apparatur herausgenommen; hierbei wird eine Schichtdicke voll po It,u festgestellt. A15 Gegenversuch versilbert man einen gleichen Film mit wassergekühlten rolirförniigen Elektroden von io nun Durchtnesser. Man ])raucht >o Mintften Bestäubungsdauer, uni einen glich starken Silberbelag ztt erzielen.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Metallisierung durch Kathodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daL') erhitzte dralit- oder bandangewandt werden, deren Durchmesser bzw. Breite in der Größenordnung der freien Weglänge der Metallatome liegt.
2. 2. Verfahren zur- Metallisierung durch hathodenzerstäubung, dadurch gekennzeichnet, daß man eine größere Anzahl dünner draht- oder bandförmiger Elektroden in dem in Anspruch z angegebenen Durchmesser bzw. von der angegebenen Breite verwendet.