Procedimiento para el funcionamiento de una fuente de arco y procedimiento para separar capas aislantes eléctricas.

Procedimiento para el funcionamiento de una fuente de arco, cebando,

respectivamente haciendo funcionar unadescarga eléctrica de chispa sobre la superficie de un blanco (5) y alimentando al mismo tiempo la descarga de chispacon una corriente continua a la que se asigna una tensión (DV) continua así como con una corriente pulsatoria aplicadaperiódicamente, caracterizado porque se genera una señal (21) de tensión pulsada con una tensión (PV) del impulso ycon una longitud (Tp) del impulso de varios microsegundos.

Procedimiento para el funcionamiento de una fuente de arco y procedimiento para separar capas aislantes eléctricas Ámbito técnico El invento se refiere a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1 para el funcionamiento de una fuente de arco.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica se conocen diferentes procedimientos para el funcionamiento de fuentes de arco, conocidas también como fuentes de vaporizadores de arco o fuentes de chispas, por medio de la combinación de una fuente de corriente continua y una fuente de alimentación con impulsos de corriente.

En el documento EP 0 666 335 B1, por ejemplo, se propone, que para vaporizar materiales buenos conductores se superponga a un vaporizador de arco, que funciona con corriente continua, una corriente pulsatoria. Con ello se obtienen impulsos de corriente hasta de 5000 A, que, con frecuencias relativamente bajas de los impulsos en el margen de 100 Hz a un máximo de 50 kHz, se generan con descargas de condensadores. Con ello se quiere reducir esencialmente entre otros en la vaporización de blancos metálicos puros la formación de pequeñas gotas. Para generar las diferentes formas obtenibles de los impulsos de la corriente pulsatoria se utilizan descargas individuales de condensadores. En este c aso tiene lugar, por ejemplo en la creación de un impulso de corriente rectangular, un incremento de pequeña duración de la tensión de descarga, pero que no es posible mantener constante, sino que se desploma nuevamente, ya que, debido a la baja impedancia del plasma en la descarga de chispa, aumenta inmediatamente la intensidad de la chispa, cuya consecuencia es una caída de la tensión de descarga del condensador y con ello de la tensión de descarga de la chispa. A pesar del supuesto efecto positivo de los picos de tensión de corta duración no es posible mantener durante un tiempo grande una tensión de descarga más alta de la chispa.

Frente a ello se conocen a través de los documentos WO 2008/043606, respectivamente US 2008/090099 de la misma solicitante procedimientos, que, además del procedimiento divulgado en el documento EP 0 666 335 B1 ya mencionado, describen corrientes de chispa pulsadas para la vaporización de metales en atmósfera de gas reactivo, que se utilizan para la fabricación de capas aislantes, en especial oxídicas. En estos procedimientos se describe tanto el efecto ventajoso de la pulsación sobre la reducción de salpicaduras, como también el funcionamiento del blanco de la chispa en la atmósfera de gas reactivo, en especial en oxígeno. Además, en estas solicitudes se comenta por primera vez también la importancia de la pendiente del impulso de tensión superpuesto a la tensión de descarga de la chispa. La presente solicitud se basa en este invento.

Exposición del invento El invento se basa en el problema de crear un procedimiento en el que se eviten los inconvenientes del estado de la técnica mencionados más arriba y se puedan combinar las ventajas de una ionización alta de una descarga de chispa con la ventaja de una tensión de descarga más alta, sin someter el cátodo de chispas, en especial la superficie del c cátodo de chispas a una carga térmica excesiva. Este problema se soluciona con las características de la reivindicación 1.

En este caso se ceba, respectivamente hace funcionar una descarga eléctrica de chispa sobre la superficie de un blanco y la descarga de la chispa se realiza al mismo tiempo con una intensidad continua y una tensión continua relativamente baja de una fuente de alimentación. Al mismo tiempo se inyecta una corriente pulsatoria generada con una señal de tensión aplicada periódicamente, pudiendo elegir esencialmente de manera libre la forma de la señal de tensión.

En principio existen diferentes posibilidades para pulsar la corriente de chispa e incrementar de esta manera y forma la tensión de descarga de la chispa.

La utilización de una fuente de alimentación pulsada, que suministre la corriente para la descarga de la chispa, sería la más sencilla desde el punto de vista de sus premisas. Sin embargo, se comprobó, que con los generadores usuales del estado de la técnica para la conexión/pulsación de intensidades grandes estas premisas no conducen o al menos sólo conducen de una manera insuficiente a un incremento constante de la tensión de descarga de la chispa, al menos durante la duración de la señal aplicada. Los aumentos de la tensión no son suficientemente rápidos y tampoco se pueden obtener flancos más pendientes con frecuencias más altas, ya que es difícil o imposible obtener estos con intensidades altas de la chispa del orden de 100 A o más. El resultado de la aplicación de una señal pulsada de esta clase es únicamente una cresta de tensión de pequeña duración con una amplitud pequeña, que es compensada con un aumento de la intensidad adaptado a la potencia aplicada y con la impedancia del plasma reducida el rápido aumento de la oferta portadores de cargas. También la combinación de dos fuentes de alimentación separadas de las que una funcione de manera pulsada, no da lugar a mejoras esenciales.

De acuerdo con el presente invento se hace funcionar una fuente de arco con un procedimiento según las reivindicación 1. En este caso se puede hacer funcionar la corriente de chispa por medio de la conexión en paralelo de una fuente de tensión pulsada, que pueda suministrar potencias altas en el impulso para garantizar la forma deseada de la señal de tensión. Como se describirá más abajo, esto se puede realizar por ejemplo con una sucesión suficientemente rápida en el tiempo de varias descargas de condensador o con la utilización de una fuente de alimentación diseñada especialmente.

Las ventajas obtenidas con el invento residen, entre otras, en el hecho de que con un control, respectivamente la posibilidad de ajuste mejorados del margen de intensidad/tensión de la descarga de chispa para materiales de blanco y para condiciones de proceso diferentes se pueden ajustar márgenes de trabajo con los que es posible separar capas con una tasa de recubrimiento alta conocida en la vaporización con chispa, que poseen una calidad manifiestamente mejorada con relación a la formación de salpicaduras sobre la superficie del objeto a recubrir.

Esto no sólo es válido para la separación de capas metálicas, sino en especial también para la síntesis de capas en procesos reactivos y al mismo tiempo con tasas de separación altas. Así por ejemplo, el vapor del blanco ionizado en una parte todavía mayor que en los procesos convencionales de descarga de chispa puede reaccionar para formar un compuesto correspondiente formador de una capa con el gas reactivo también ionizado, respectivamente disociado igualmente al menos en parte en el plasma, respectivamente sobre la superficie de la pieza a recubrir. Además de la gran cantidad de compuestos de materiales duros, como por ejemplo nitruros, carburos, carbonitruros, boruros, compuesto de silicio y otros compuestos de uno o de varios metales de transición del grupo IV, V y VI del sistema periódico de los elementos (según el IUPAC-Standard 2005) asÍ como del aluminio, se debe destacar aquí en especial la posibilidad de obtener también con este procedimiento capas oxídicas u otras capas aislantes. Este procedimiento pulsado es especialmente ventajoso en la vaporización con chispa de carbono. En este material es difícil desviar la chispa catódica con una fuente de alimentación de corriente continua pura. La superposición de impulsos de tensión parece influir en las propiedades de emisión de electrones de tal modo, que se impide el “gripado” del pie de la chispa y se pueden separar capas de carbono duras exentas de hidrógeno, como por ejemplo ta-C. Bajo “gripado” se entiende aquí la permanencia durante un tiempo grande del pie de la chispa en una zona muy pequeña de la superficie del blanco, lo que en especial en los blancos de carbono conlleva con frecuencia un deterioro de la superficie, la mayor formación de salpicaduras así como una reducción de la tasa de recubrimiento.

Para la fabricación de cristales mixtos con estructura de corindón se prestan los procedimientos de arco sin, respectivamente con un campo magnético pequeño perpendicular diseñado especialmente y los procedimientos de arco con impulsos superpuestos así como procedimientos generales, como por ejemplo los procedimientos de arco o de pulverización catódica, en los que a las fuentes de material, como fuentes de arco, respectivamente fuentes de pulverización catódica, se aplican impulsos de alta intensidad, respectivamente se superponen al funcionamiento básico con corriente continua. Con ello es posible el funcionamiento en estado contaminado, respectivamente la... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el funcionamiento de una fuente de arco, cebando, respectivamente haciendo funcionar una descarga eléctrica de chispa sobre la superficie de un blanco (5) y alimentando al mismo tiempo la descarga de chispa con una corriente continua a la que se asigna una tensión (DV) continua así como con una corriente pulsatoria aplicada periódicamente, caracterizado porque se genera una señal (21) de tensión pulsada con una tensión (PV) del impulso y con una longitud (Tp) del impulso de varios microsegundos.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado, además, porque la forma de la señal de tensión puede ser elegida esencialmente de manera libre.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la frecuencia de la señal de tensión se halla entre 1 Hz y 200 kHz, con preferencia entre 10 Hz y 50 kHz.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la forma de la señal es un diente de sierra, un polígono, un trapecio, pero con preferencia un rectángulo.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la señal de tensión se aplica con funcionamiento con intersticios.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la señal de tensión es desconectada, cuando se rebasa un umbral de intensidad detectado…

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la forma de la señal

(21) de tensión es formada por la resultante (21) de una yuxtaposición de impulsos (22) de aguja.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado, además, porque los impulsos (22) de aguja se generan con la descarga de una secuencia controlada en el tiempo de diferentes condensadores (19) o con una fuente (15) de alimentación con tensión pulsada.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado, además, porque la pendiente del flanco (23) ascendente de los impulsos (22) de aguja es al menos de 0, 5 V/μs, pero con preferencia de al menos 2 V/μs.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado, además, porque la secuencia, respectivamente la duración de los impulsos (22) de aguja se halla entre 0, 1 kHz y 1 MHz, respectivamente 10 ms y 1 μs, con preferencia entre 1 kHz y 500 kHz, respectivamente 1 ms y 2 μs.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado, además, porque la altura del impulso (22) de aguja rebasa la corriente DV continua aplicada en al menos un 10 %, con preferencia en al menos un 30 %.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado, además, porque para generar la señal de tensión se utilizan al menos tres, con preferencia al menos cinco impulsos (22) de aguja.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la señal de tensión es creada con una fuente (15) de alimentación con tensión pulsada, respectivamente una unidad (16) de generador libremente ajustable desde el punto de vista de la longitud de la señal, de la frecuencia de la señal, de la amplitud de la señal, de las pausas de señal y/o de la forma de la señal.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 12, caracterizado, además, porque la señal de tensión es creada con una fuente (15) de alimentación con tensión pulsada, respectivamente una unidad (16) de generador libremente ajustable desde el punto de vista la sucesión en el tiempo, la pendiente de los flancos y/o la altura de los impulsos de aguja.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la pendiente del flanco

(23) ascendente de la señal de tensión es al menos de 0, 5 V/μs, pero con preferencia de 2 V/μs.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque esencialmente en toda

la longitud (Tp) del impulso se aplica con preferencia una tensión (PV) de impulso constante. 10

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado, además, porque la señal de tensión aplicada periódicamente se aplica se manera alternante a blancos (5) de varias fuentes de arco.

18. Procedimiento para la fabricación de substratos recubiertos por medio de una fuente de arco, que funcione según el procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7.

19. Procedimiento según la reivindicación 18, caracterizado porque se separan capas aislantes, en especial capas oxídicas o que contienen óxido.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 18 ó 19 precedentes, caracterizado, además, porque el material del blanco (5) de la fuente de arco se compone, además, de carbono o de un material con más del 20 % en volumen de carbono.