DE19827587A1 - Double-magnetron sputtering unit for large area reactive plasma-enhanced deposition of e.g. light absorbing layers on metal strips for solar absorbers or heat reflective layers on window glass - Google Patents
Double-magnetron sputtering unit for large area reactive plasma-enhanced deposition of e.g. light absorbing layers on metal strips for solar absorbers or heat reflective layers on window glassInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Magnetron-Sputtereinrichtung zur großflächigen, reaktiven plasmagestützten Abscheidung haupt sächlich elektrisch isolierender Schichten auf Substraten entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a magnetron sputtering device large-scale, reactive plasma-assisted deposition at all mainly electrically insulating layers on substrates according to the preamble of claim 1.
Die zu beschichtenden Substrate können dabei aus den unter schiedlichsten Grundmaterialien bestehen und die unterschied lichste geometrische Form haben. In der Praxis werden aber hauptsächlich metallische Bänder oder ebene Glasscheiben als Substrate in Frage kommen.The substrates to be coated can from the below different basic materials exist and the difference have the most geometrical shape. In practice, however mainly metallic strips or flat glass panes as Substrates come into question.
Sowohl für die Abscheidung von dielektrischen Schichtsystemen für z. B. die Herstellung von wärmereflektierenden Glasscheiben für Fenster, als auch zur großflächigen Beschichtung von me tallischen Bändern mit lichtabsorbierenden Schichten zur Her stellung von Solarabsorbern werden Magnetron-Sputterquellen eingesetzt. Damit gelingt es in erforderlichem Umfang in den Eigenschaften homogene und in der Schichtdicke gleichmäßige Schichten auch auf großen Flächen abzuscheiden.Both for the deposition of dielectric layer systems for z. B. the production of heat-reflecting glass panes for windows, as well as for the large-scale coating of me metallic tapes with light-absorbing layers position of solar absorbers are magnetron sputter sources used. So it succeeds in the necessary extent in the Properties homogeneous and even in the layer thickness To deposit layers on large areas.
Bei bekannten Verfahren zum Beschichten von Substraten mit Hilfe der Sputtertechnik und Materialien, die isolierende Schichten bilden, besteht das Problem, daß neben dem Substrat auch Teile der Einrichtung selbst mit diesem elektrisch nicht, oder schlecht leitenden Materialien beschichtet werden, wo durch der Prozeß instabil wird und elektrische Überschläge auftreten.In known methods for coating substrates with Help the sputtering technique and materials that isolate Forming layers, there is the problem that next to the substrate not even parts of the facility itself with this, or poorly conductive materials are coated where due to the process becoming unstable and electrical flashovers occur.
Weiterhin ist die aus ökonomischer Sicht wünschenswerte Er höhung der Produktivität derartiger Beschichtungsanlagen durch die dann erforderliche hohe Beschichtungsgeschwindigkeit des einzelnen Magnetrons begrenzt. Der übliche Ausweg ist die Erhöhung der Anzahl der zur Abscheidung einer einzelnen Schicht eingesetzte Magnetrons, bzw. eine Erhöhung der pro Magnetron umgesetzten elektrischen Leistung. Beiden Maßnahmen sind in der Praxis relativ enge Grenzen gesetzt.Furthermore, the Er is desirable from an economic point of view increase in the productivity of such coating systems the high coating speed of the then required individual magnetrons limited. The usual way out is Increase the number of separators for a single one Layer used magnetrons, or an increase in the pro Magnetron implemented electrical power. Both measures there are relatively narrow limits in practice.
So ist die Magnetronanzahl durch geometrische Größen festge legt und die maximal anwendbare Leistung pro Target-Ober flächeneinheit durch Werkstoffkenngrößen und die Kühlmöglich keiten des Targets. Die gewünschte Produktivitätserhöhung der Anlage ist somit nur erreichbar, wenn es gelingt, die spezi fischen Eigenschaften der Einzelschichten, die jeweils an eine bestimmte Schichtdicke gebunden sind, auch bei geringeren Schichtdicken zu erreichen.The number of magnetrons is determined by geometric variables sets and the maximum applicable power per target upper area unit due to material parameters and the possibility of cooling of the target. The desired productivity increase of the The system can therefore only be reached if the speci fish properties of the individual layers, each connected to a certain layer thicknesses are bound, even with smaller ones To achieve layer thicknesses.
Das ist oftmals dann möglich, wenn die Schichten in ihrer Struktur und ihrer Dichte den Werten des jeweiligen kompakten Materials angeglichen werden. Ein Weg dazu ist die Schicht abscheidung mit Unterstützung eines dichten Plasmas in Subs tratnähe.This is often possible when the layers in their Structure and their density the values of the respective compact Material are adjusted. One way to do this is through the layer deposition supported by a dense plasma in subs close to the step.
Die positiven Effekte des Plasmas, wie z. B. die Erhöhung des Brechungsindex von 2,35 auf 2,55 bei den sehr häufig in der optischen Beschichtung eingesetzten TiO2-Schichten wurden bereits beschrieben (Zöllner: Plasmaunterstütztes Aufdampf verfahren eröffnet neue Perspektiven in der Brillen- und Fein optik, Vakuum in Forschung und Praxis 1997, Nr. 1, 19-24).The positive effects of the plasma, such as B. the increase in the refractive index from 2.35 to 2.55 for the very frequently used TiO 2 layers in optical coatings have already been described (Zöllner: plasma-assisted vapor deposition opens up new perspectives in glasses and fine optics, vacuum in research and Praxis 1997, No. 1, 19-24).
Die Ursache dafür ist eine Änderung der Gitterstruktur von Anatase zu Rutil auch bei niedriger Beschichtungstemperatur. Analog konnte gezeigt werden, daß bei SiO2 der Brechungsindex von 1,48 auf 1,46 infolge einer dichteren Struktur sinkt (Szyzbowski, Bräuer, Teschner, Zmelty: Large Scale Antire flecting Coatings, PSE '96).The reason for this is a change in the lattice structure from anatase to rutile even at a low coating temperature. Analogously, it could be shown that the refractive index for SiO 2 drops from 1.48 to 1.46 due to a denser structure (Szyzbowski, Bräuer, Teschner, Zmelty: Large Scale Antire flecting Coatings, PSE '96).
Es wurde weiterhin festgestellt, daß die Erhöhung der Schicht dichte zur erhöhten elektrischen Leitfähigkeit, z. B. bei Sil berschichten führt. Da mit dem Schichtwiderstand aber auch die Emissivität metallischer Schichten ansteigt, gelingt es mit dünneren Silberschichten gleiche Reflexionseigenschaften zu erreichen und gleichzeitig die optische Transmission zu ver bessern.It was also found that increasing the layer density for increased electrical conductivity, e.g. B. at Sil overlays. As with the sheet resistance but also The emissivity of metallic layers increases, it succeeds thinner silver layers have the same reflective properties reach and at the same time ver the optical transmission improve.
Oftmals ist die Magnetron-Entladung nicht primär zur Abstäu bung von Targetmaterial eingesetzt, sondern dient als Plasma quelle. Das ist jeweils dann der Fall, wenn eine nahezu voll ständige Bedeckung des Targets mit Reaktionsprodukten erzwun gen wird.Often, the magnetron discharge is not primarily for congestion Exercise target material used, but serves as a plasma source. This is always the case when one is almost full force constant coverage of the target with reaction products will.
Üblicherweise ist die Sputterrate der Reaktionsprodukte gerin ger als die des entsprechenden Targetmaterials. Mit wachsendem Reaktivgasanteil sinkt die Sputterrate des Targetmaterials und die in das Magnetron eingespeiste Leistung wird zunehmend im Plasma umgesetzt. In diesem Falle der magnetronunterstützten Plasma-CVD ist eine wesentliche, die Abscheidungsgeschwindig keit bestimmende Größe die Plasmadichte in unmittelbarer Sub stratnähe. Damit verbunden ist die Dichte der Radikale und weiterer energiereicher Spezies, die für die Schichtabschei dung verantwortlich sind.The sputter rate of the reaction products is usually low lower than that of the corresponding target material. With growing The proportion of reactive gas decreases the sputter rate of the target material and the power fed into the magnetron is increasing in Plasma implemented. In this case the magnetron assisted Plasma CVD is an essential deposition rate size determining the plasma density in the immediate sub close to the beach. Associated with this is the density of radicals and other high-energy species that are responsible for the layer separation are responsible.
In beiden Fällen, sowohl beim üblichen reaktiven Sputterprozeß wie auch bei magnetronunterstützter Plasma-CVD, führt eine Steigerung der Plasmadichte in unmittelbarer Substratnähe zu einer Erhöhung der Beschichtungsproduktivität infolge ver besserter Schichteigenschaften, bzw. einer höheren spezifischen Schichtabscheidungsrate.In both cases, both in the usual reactive sputtering process as with magnetron-assisted plasma CVD, leads one Increase in plasma density in the immediate vicinity of the substrate an increase in coating productivity due to ver better layer properties, or a higher specific Film deposition rate.
Es existieren eine Vielzahl von Methoden, die Plasmadichte auch bei größeren Abständen vom Target zum Substrat zu er höhen. Eine Gruppe von Methoden benutzt zusätzliche Plasma quellen, neben dem Magnetron selbst (Hohlkatodenunterstützte Sputtertechnik, Glühkatodenunterstützte Sputtertechnik, zu sätzliche Mikrowellenentladung). Alle diese Methoden besitzen den prinzipiellen Nachteil des hohen apparativen Aufwandes und der damit verbundenen niedrigen Zuverlässigkeit der Einrich tung und Langzeitstabilität der Prozesse.A variety of methods exist, the plasma density even at larger distances from the target to the substrate heights. A group of methods uses additional plasma swell, next to the magnetron itself (hollow cathode supported Sputter technology, hot cathode-assisted sputter technology, too additional microwave discharge). Own all of these methods the fundamental disadvantage of the high expenditure on equipment and the associated low reliability of the facility process and long-term stability of the processes.
Eine weitere Methode besteht darin, mit Gleichspannung betrie bene Magnetrons magnetisch unbalanziert aufzubauen (Window, Surf. Coat. Technol. 71 81995) 93, DE 40 17 112).Another method is to operate with DC voltage to build bene magnetrons magnetically unbalanced (window, Surf. Coat. Technol. 71 81995) 93, DE 40 17 112).
Dadurch wird eine erhebliche Steigerung der Plasmadichte auch bei Abständen von einigen 10 cm vom Target erreicht, ohne daß ein nennenswerten zusätzlicher apparativer Aufwand erforder lich ist. Nachteilig hierbei ist allerdings, daß bei der reaktiven Abscheidung isolierender Schichten die zur Aufrecht erhaltung der Entladung erforderlichen Elektroden (Anode) im Laufe des Abscheidungsprozesses gleichfalls isoliert, die Entladung dadurch instabil wird und schließlich verlischt. Aus diesem Grunde wird diese Methode bisher auch im wesentlichen bei der Abscheidung von Metallschichten, bzw. metallisch leit fähiger Verbindungsschichten eingesetzt (D. G. Teer, Surf. Coat. Technol. 39 (1989) 565; W. D. Münz, D. Schulze, F. J. M. Hauzer, Surf. Coat. Technol. 50 (1992) 169).This will also increase the plasma density significantly at distances of a few 10 cm from the target without a significant additional equipment effort required is. The disadvantage here, however, is that the reactive deposition of insulating layers to the upright maintenance of the discharge required electrodes (anode) in the Also isolated in the course of the deposition process, the Discharge thereby becomes unstable and finally extinguishes. Out for this reason, this method has so far become essentially in the deposition of metal layers, or metallically conductive capable connecting layers (D.G. Teer, Surf. Coat. Technol. 39 (1989) 565; W. D. Münz, D. Schulze, F. J. M. Hauzer, surf. Coat. Technol. 50 (1992) 169).
Eine Möglichkeit, den Nachteil der instabilen Anodenprozesse, die beim reaktiven Sputtern mit dem gleichspannungsbetriebenen Magnetron auftreten, zu vermeiden und langzeitstabil, ohne häufige elektrische Überschläge und dadurch bedingte Prozeß störungen die Abscheidung auch von dielektrischen Oxid schichten zu realisieren, ist sowohl in der DD 252 205, wie auch in EP 0 502 242 beschrieben. Diese Anordnung besteht aus zwei parallel zueinander und im wesentlichen auf einer Ebene liegenden Magnetrons, dem Doppelmagnetron, bzw. Twin-Magne tron. Die beiden Einzelmagnetrons sind mit dem Ausgangstrans formator einer Stromversorgungseinheit verbunden, die mit Frequenzen im Bereich zwischen 20 . . . 100 kHz eine ihr Vorzei chen wechselnde Spannung liefert. One way the disadvantage of unstable anode processes, the reactive sputtering with the DC operated Avoid magnetron and avoid long-term stability without frequent electrical flashovers and the resulting process interferes with the deposition of dielectric oxide Realizing layers is both in DD 252 205, like also described in EP 0 502 242. This arrangement consists of two parallel to each other and essentially on one level lying magnetrons, the double magnetron, or twin magne tron. The two single magnetrons are with the starting trans Formator of a power supply unit connected with Frequencies in the range between 20. . . 100 kHz is their lead alternating voltage.
Dadurch wird erreicht, daß jeweils ein Magnetron während einer Spannungspolarität die Anode des Zweiten darstellt; nach Um polung aber selbst sputtert und dadurch eine reine Targetober fläche nach einer weiteren Umpolung als Anode zur Verfügung steht.This ensures that one magnetron during each Voltage polarity represents the anode of the second; after order polarity but sputtering itself and thus a pure targetober available after an additional polarity reversal as an anode stands.
Bei entsprechender Wahl der Frequenz wird erreicht, daß die Ausbildung der Isolierschicht auf dem jeweiligen Target lang samer verläuft, als die Umpolung stattfindet und dadurch ein stabiler Anodenprozeß zur Verfügung steht.With an appropriate choice of frequency it is achieved that the Formation of the insulating layer on the respective target long runs more smoothly than the polarity reversal takes place and thereby stable anode process is available.
Im Frequenzbereich bis zu ca. 1 MHz können die Ionen des Ent ladungsplasmas dem wechselnden elektrischen Feld noch folgen. Es kommt dadurch zu einer geringfügigen Erhöhung der Plasma dichte, bzw. einer Ausdehnung des Bereiches des dichten Plas mas vom Target weg und zu verbesserten Haftungsbedingungen der Schichten auf den Substraten.In the frequency range up to approx. 1 MHz, the ions of the Ent Charge plasma still follow the changing electric field. This leads to a slight increase in the plasma density, or an expansion of the area of the dense plasma mas away from the target and to improved liability conditions Layers on the substrates.
Der entscheidende Vorteil derartiger Einrichtungen ist die Langzeitstabilität der Prozesse bei der reaktiven Zerstäubung zur Abscheidung isolierender Schichten. Die erforderliche deutliche Erhöhung der Plasmadichte an entfernten Substraten, und damit die deutliche Einwirkung auf die Eigenschaften der sich bildenden Schicht, sowie die Dichteerhöhung der Radikale und energetischen Spezies in Substratnähe bei magnetron gestützten-CVD Prozessen wird nur unvollkommen erreicht.The key advantage of such facilities is that Long-term stability of the processes in reactive atomization for the deposition of insulating layers. The required significant increase in plasma density on removed substrates, and thus the clear influence on the properties of the forming layer, as well as the density increase of the radicals and energetic species near the substrate at magnetron supported CVD processes is only incompletely achieved.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Doppelmagnetron-Sputterein richtung anzugeben, die ohne hohen technischen Aufwand eine hohe Plasmadichte in Substratnähe, insbesondere bei reaktiven Sputterprozessen, bei denen die entstehende Schicht selbst isolierend oder schlecht leitend ist, erzeugt und die gleich zeitig über lange Zeiten stabil arbeitet.The object of the invention is a double magnetron sputtering to specify the direction that a high technical effort high plasma density close to the substrate, especially with reactive ones Sputtering processes in which the resulting layer itself is insulating or poorly conductive, and the same works stably over long periods.
Die Aufgabe wird bei einer mit Mittelfrequenzspannung ge speisten Doppelmagnetron-Sputtereinrichtung der eingangs ge nannten Art dadurch gelöst, daß bei jedem der das Doppelmagne tron bildenden Einzelmagnetrons die jeweils in der Ebene des Targets gemessene magnetische Feldstärke des inneren Magnet pols niedriger ist, als die des äußeren Magnetpols.The task is at a ge with medium frequency voltage fed double magnetron sputtering device of the beginning ge named kind in that each of the double mag single magnetrons forming the tron, each in the plane of the Targets measured magnetic field strength of the inner magnet pols is lower than that of the outer magnetic pole.
Damit läßt sich mit geringem Aufwand eine hohe Plasmadichte in Substratnähe bei großer Langzeitstabilität erreichen.This allows a high plasma density in with little effort Reach the substrate with great long-term stability.
Die unterschiedliche Feldstärke der Magnetpole läßt in Fort führung der Erfindung dadurch erreichen, daß der äußere Magnetpol im wesentlichen aus hartmagnetischen Material, der innere Magnetpol im wesentlichen aus Material mit einer hohen Permeabilität und in gleicher Weise wie die Rückplatte zu sammengesetzt ist.The different field strength of the magnetic poles leaves in Fort achieve leadership of the invention in that the outer Magnet pole essentially made of hard magnetic material inner magnetic pole essentially made of material with a high Permeability and in the same way as the back plate too is composed.
Als hartmagnetisches Material wird bevorzugt SmCo, oder NdFeB und als Material mit der hohen Permeabilität wird bevorzugt St 37 verwendet, so daß eine besonders kostengünstige Reali sierung der Erfindung möglich ist.SmCo or NdFeB is preferred as the hard magnetic material and as the high permeability material is preferred St 37 used, so that a particularly inexpensive reali sation of the invention is possible.
Zur Verhinderung von parasitären Entladungen außerhalb der äußeren Magnetpole sind neben diesen angeordnete Bleche aus Aluminium vorgesehen.To prevent parasitic discharges outside the outer magnetic poles are made of sheets arranged next to them Aluminum provided.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawings shown and is described in more detail below.
In der zugehörigen Zeichnungsfigur ist schematisch der Quer schnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt. Auf einer Trägerplatte aus Edelstahl 1 sind auf isolierenden Zwischenstücken 4 zwei gleichartig gestaltete Einrichtungen, bestehend aus jeweils äußeren Magnetpolen 2, inneren Magnet polen 3, montiert auf Rückplatten 6 und Targetplatten 5, auf gebaut.In the accompanying drawing figure, the cross section through an inventive device is shown schematically. On a support plate made of stainless steel 1 are on insulating spacers 4 two identically designed devices, each consisting of outer magnetic poles 2, inner magnetic poles 3 mounted on back plate 6 and target plates 5, built on.
Das Target selbst besteht aus Chrom. Die äußeren Magnetpole 2 sind aus jeweils einer Schicht quaderförmiger Permanentmagnete aus NdFeB mit einem Querschnitt von 10 × 10 mm2 und einem darüberliegendem Polschuh aus St 37 mit einem Querschnitt von 10 × 5 mm2 aufgebaut. The target itself is made of chrome. The outer magnetic poles 2 are each composed of a layer of rectangular permanent magnets made of NdFeB with a cross section of 10 × 10 mm 2 and an overlying pole piece made of St 37 with a cross section of 10 × 5 mm 2 .
Die inneren Magnetpole 3 bestehen hingegen ausschließlich aus einem Stück quaderförmigen Stahl St 37 mit einem Querschnitt von 10 × 15 mm2.The inner magnetic poles 3 , however, consist exclusively of a piece of rectangular steel St 37 with a cross section of 10 × 15 mm 2 .
Die äußeren Magnetpole 2 sind dabei derart angeordnet, daß jeweils um den inneren Magnetpol 3 ein tunnelförmiger, ge schlossener Magnetfeldring erzeugt wird. Im Beispiel ist der Nordpol der Magnete der äußeren Magnetpole 2 auf der dem darüberliegenden Target 5 zugewandten Seite angeordnet.The outer magnetic poles 2 are arranged such that a tunnel-shaped, ge closed magnetic field ring is generated around the inner magnetic pole 3 . In the example, the north pole of the magnets of the outer magnetic poles 2 is arranged on the side facing the overlying target 5 .
Zur Verhinderung von parasitären Entladungen außerhalb der äußeren Magnetpole 2 sind Bleche aus Aluminium 7 mit einer Dicke von ca. 3 mm vorgesehen.To prevent parasitic discharges outside the outer magnetic poles 2 , aluminum 7 plates with a thickness of approximately 3 mm are provided.
Zwischen den beiden Einzelmagnetrons, zur magnetischen Ab schirmung gegeneinander, wird ein weiterer quaderförmiger Stab aus permeablen Material 8 eingesetzt.Between the two single magnetrons, for magnetic shielding against each other, another cuboid rod made of permeable material 8 is used.
Die beiden Einzelmagnetrons werden nunmehr mit einer nichtdar gestellten Mittelfrequenz-Stromversorgung verbunden. Nach Erzeugung der üblicherweise erforderlichen Umgebungsbe dingungen für den Betrieb einer Magnetron-Sputterquelle, Er zeugung eines niedrigen Gasdruckes in einer die Quelle um gebenden abgeschlossenen Kammer, Einlaß eines prozeßtypischen Gasgemisches, wird die Entladung gezündet und dadurch der Sputtervorgang eingeleitet.The two single magnetrons are now not shown with one provided medium frequency power supply connected. After Generation of the usually required environment conditions for operating a magnetron sputter source, Er generating a low gas pressure in the source giving closed chamber, inlet of a process typical Gas mixture, the discharge is ignited and thereby the Sputtering process initiated.
Bei einem typischen Gasdruck von ca. 5.10-2 mbar in einem Ar/CH4-Gasgemisch werden auf ein Substrat 9, das im Abstand von 100 mm vor dem Target angeordnet ist, und elektrisch auf einem negativen DC-Potential von ca. -150 V liegt, Me:C-H Schichten durch einen magnetronunterstützten Plasma-CVD Prozeß abgeschieden. Auch bei einem erforderlichen geringen Metall anteil in der Schicht von 15 at.% Cr, gelingt es, den Prozeß langzeitstabil über mehrere Stunden mit konstanter Stöchiome trie der Schicht, ohne störende Veränderungen der Targetbe deckung und damit verbundenen Instabilitäten und arc-Entla dungen bei einer hohen Schichtabscheidungsrate zu führen. At a typical gas pressure of approx. 5.10 -2 mbar in an Ar / CH 4 gas mixture, a substrate 9 , which is arranged at a distance of 100 mm in front of the target, and electrically at a negative DC potential of approx. -150 V lies, Me: CH layers deposited by a magnetron-assisted plasma CVD process. Even with a required small amount of metal in the layer of 15 at.% Cr, it is possible to keep the process stable over several hours with constant stoichiometry of the layer, without disturbing changes in the target coverage and the associated instabilities and arc discharges lead to high layer deposition rate.
Gleichzeitig ist eine Ionenstromdichte am Substrat von 2 mA/cm2 einstellbar, die zur Ausbildung einer harten und kom pakten Schicht führt. At the same time, an ion current density on the substrate of 2 mA / cm 2 can be set, which leads to the formation of a hard and compact layer.
11
Trägerplatte
Carrier plate
22nd
äußerer Magnetpol
outer magnetic pole
33rd
innerer Magnetpol
inner magnetic pole
44th
Zwischenstück
Spacer
55
Targetplatte
Target plate
66
Rückplatte
Backplate
77
Blech
sheet
88th
quaderförmiger Stab
cuboid rod
99
Substrat
Substrate
Claims (4)
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|---|---|---|---|
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ID=7871544
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Country Status (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10232179A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-02-05 | Infineon Technologies Ag | PVD process and device |
| CN111304611A (en) * | 2020-03-27 | 2020-06-19 | 中国科学院力学研究所 | A kind of preparation method of high corrosion-resistant protective coating on the surface of NdFeB magnet |
| CN112585293A (en) * | 2018-08-10 | 2021-03-30 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | Apparatus and method for producing a layer with improved uniformity in a coating system with horizontally rotating substrate guide |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD252205A1 (en) * | 1986-09-01 | 1987-12-09 | Ardenne Forschungsinst | atomizing |
| GB2241710A (en) * | 1990-02-16 | 1991-09-11 | Ion Tech Ltd | Magnetron sputtering of magnetic materials in which magnets are unbalanced |
| DE4017112A1 (en) * | 1990-05-28 | 1991-12-05 | Hauzer Holding | Control method for plasma discharge coating - uses unbalanced magnetron cathode and discharge voltage regulation by field coil current |
| EP0502242A2 (en) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Leybold Aktiengesellschaft | Process and apparatus for reactive coating of a substrate |
| EP0589699A1 (en) * | 1992-09-29 | 1994-03-30 | The Boc Group, Inc. | Device and method for depositing metal oxide films |
| DE4343042C1 (en) * | 1993-12-16 | 1995-03-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Method and device for plasma-activated vapour deposition |
-
1998
- 1998-06-20 DE DE1998127587 patent/DE19827587A1/en not_active Ceased
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD252205A1 (en) * | 1986-09-01 | 1987-12-09 | Ardenne Forschungsinst | atomizing |
| GB2241710A (en) * | 1990-02-16 | 1991-09-11 | Ion Tech Ltd | Magnetron sputtering of magnetic materials in which magnets are unbalanced |
| DE4017112A1 (en) * | 1990-05-28 | 1991-12-05 | Hauzer Holding | Control method for plasma discharge coating - uses unbalanced magnetron cathode and discharge voltage regulation by field coil current |
| EP0502242A2 (en) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Leybold Aktiengesellschaft | Process and apparatus for reactive coating of a substrate |
| EP0589699A1 (en) * | 1992-09-29 | 1994-03-30 | The Boc Group, Inc. | Device and method for depositing metal oxide films |
| DE4343042C1 (en) * | 1993-12-16 | 1995-03-09 | Fraunhofer Ges Forschung | Method and device for plasma-activated vapour deposition |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| J. Vac. Sci. Technol. A10(5), Sept./Oct. 1992, S. 330-3304 * |
| Surface u. Coatings Technol. 50(1992) S.169-178 * |
| Surface u. Coatings Technol. 71(1995) S.93-97 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10232179A1 (en) * | 2002-07-16 | 2004-02-05 | Infineon Technologies Ag | PVD process and device |
| US7022209B2 (en) | 2002-07-16 | 2006-04-04 | Infineon Technologies Ag | PVD method and PVD apparatus |
| DE10232179B4 (en) * | 2002-07-16 | 2009-01-08 | Qimonda Ag | PVD |
| CN112585293A (en) * | 2018-08-10 | 2021-03-30 | 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 | Apparatus and method for producing a layer with improved uniformity in a coating system with horizontally rotating substrate guide |
| CN111304611A (en) * | 2020-03-27 | 2020-06-19 | 中国科学院力学研究所 | A kind of preparation method of high corrosion-resistant protective coating on the surface of NdFeB magnet |
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