Dbd電極的極化方法和裝置的制作方法

專利名稱：Dbd電極的極化方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及在無機基體上沉積涂層以改變其特性的方法。特別是，本發明的目的 是在玻璃板上沉積涂層。在本發明的背景中，基體的表面處理和在基體上沉積涂層具有相 同的含義。本發明還涉及可以應用涉及的方法尤其是連續應用該方法的設備。
背景技術：
使用不同方法以在各種基體上沉積薄層保護層。它們的區別特別在于產生能量的 方式，用于產生希望的組分和/或連接到希望的組分的載體。薄層保護層的沉積涉及各種應用，如電子、防腐保護層和摩擦保護層，如耐火材料 層(氮化、碳化和氧化鈦或鋁)，具有光學特性的保護層(防反射、防陽光、過濾等)，具有其它 特殊表面特性的保護層(防微生物、自凈、親水、疏水等)，用于各種用途(光伏、LED、0LED、光 伏有機物等)的氧化錫導電層。涉及的基體可以是各種類型的基體玻璃、鋼、陶瓷、有機聚合物、熱塑材料等。主要有四種薄涂層沉積技術可以特別用于玻璃領域溶膠_凝膠、磁控管、熱解噴 霧、和汽相化學沉積(CVD )。CVD是把預先汽化的化學反應劑或前置物(pr6curseurs)送到熱基體上，并且化 學反應劑或前置物在與熱基體接觸后通過熱解分解。該方法通常在生產浮法玻璃時“在線”應用。因此得到(大約幾十或幾百nm)的薄 涂層，特別是氧化物薄涂層。得到的薄涂層致密，高純度，并且一般化學上和機械上都非常 穩定。沉積速度也很高。但是，能夠沉積的材料范圍有限，因為很難找到在玻璃可以達到的溫度范圍內 (500-750° C)可揮發并且熱解的前置物。一種擺脫基體溫度并因此擴大可以在CVD使用 的前置物范圍并因此擴大可沉積材料范圍的可能性是使傳統的CVD (如有需要在更低溫度) 與等離子體裝置結合。可以借助任何等離子體進行PECVD (等離子體強化化學蒸汽沉積):冷等離子體(失 衡)或熱等離子體(平衡)。一般優選冷等離子體。等離子體的有效品種(電子、離子、亞穩 等)一般具有幾個電子伏(eV)的能量，因此能夠導致化學前置物的分離或活化。為了保持等離子體失衡，常常需要在低壓下工作。因此，大部分已知的PECVD技術 使用低壓等離子體。但是，為了將該方法用于工業目的，必須使成本最低。因此工業方面對 把低壓等離子體技術轉向在壓力接近大氣壓的范圍運行的等離子體技術有日益增長的興 趣。另外，在不同狀態的等離子體的沉積方法中區別均勻等離子體的狀態(名為“輝光 放電等離子體”)。它可以非常均勻地沉積，并要求的能量水平比較低。相反，它更慢，必須 使其局限于更嚴格的頻率范圍，使其保持穩定，因此限制可以進行沉積的化學品種的成分。如果增加等離子體的能量，則有導致出現電弧的危險。電極之間插入電解質可以保持“輝光放電”與出現電弧之間的中間狀態該狀態叫做“絲狀(f ilamentaire)”狀態。 非常不穩定的“絲狀”傳遞高能量，因此可以縮短處理時間，即加速基體的行進。另外，由于 絲狀體的隨機動作，反常地得到非常均勻的沉積材料分布率。在著作中已經長篇描述了這 兩種技術的實施，因此是本領域技術人員所熟悉的。力求使傳統CVD處理方法的可能性與大氣壓下的等離子體方法的可能性結合。申 請人的選擇在于使用介質阻擋放電(DBD)。實際上，與其它等離子體方法相比，DBD方法具 有以下優點既在低壓運行又在大氣壓運行，并且可以在大面積上進行連續處理，這意味著 可以產生大約兆瓦(MegaWatt)的有功功率。注意到在通過DBD方法形成沉積時沉積是對稱的，即沉積在基體和電極上的材料 量在單位時間內是相同的。在電極上的沉積是不希望的，并且對該方法在大容量工業應用中的開發構成很大 制約，因為它通過改變電極間空間迅速干擾靶基體上涂層的質量，電極間空間構成保證形 成均勻涂層的主要數據。因此，經常清洗是必不可少的，這導致損失生產率，以及在連續生產方法中涂層沉 積設備加倍，以便可以進行交替清洗。然而，人們發現，等離子體中形成的化學品種是正離子形式或負離子形式。這就是 說，參與到在要覆蓋的材料上形成涂層的過程中的化學品種不是電中性的。

發明內容
本發明的第一目的是通過高壓電極的極化減少甚至消除高壓電極上的寄生沉積。本發明的另一目的是通過在交流半周上增加電壓提高涂層沉積方法的效率，在交 流半周期間希望的化學品種沉積在基體上。本發明的第一目標是在無機基體上沉積涂層的方法，其特征在于該方法包括以下 操作一使基體進入反應室中，或者使基體在反應室中行進，定位在基體的兩側的至少 兩個電極布置在反應室中，至少一介質阻擋布置在所述至少兩個電極之間；一使幅度和頻率穩定的電源運行，所述幅度和頻率穩定的電源包括特高壓(THT) 和高頻(HF)變壓器，所述特高壓和高頻變壓器包括次級電路，所述至少兩個電極與所述次 級電路的端子連接；一在該特高壓和高頻變壓器的次級電路中產生具有穩定高頻值的電壓，使得具有 穩定高頻值的電壓在反應室中在所述至少兩個電極之間產生絲狀等離子體，所述絲狀等離 子體由電子、中性品種(esp&es)、正離子和負離子、穩定和激發狀態的品種組成；一使與THT/HF變壓器串聯布置的直流電源(DC)運行——所述直流電源用于產生 與由變壓器產生的交流電壓重迭的直流電壓，以按照交流電壓的值增加基體的極性并減小 電極的極性，或者反之亦然；一在反應室中引入混合物，該混合物的成分與等離子體接觸后分解并產生能夠在 基體上大部分或全部沉積成涂層的品種；—使基體在反應室中保持足夠的一時間間隔，以便在其表面的至少一個上得到所
需厚度的涂層。
要指出的是，本發明的方法按操作定義，而不是按階段定義，即一系列操作不是必 須按照上面列出的順序進行。反應室可以是封閉系統，如在“離線”方法中實施的，或者是開放系統，例如在玻璃 基體上的涂層沉積線的“在線”方法。一般地，電壓在lkV至50kV之間。一般，引入到反應室中的混合物包括以Ti、Si、Zr、Sn和A1為基礎的有機金屬氣 體預置物，或它們的混合物，它們能夠形成可以沉積以便在基體上形成金屬或金屬氧化物 層的化學品種，但這不是限定性的。混合物還可包括其它物質，如媒介氣體，氧化物，水，以 Sn、F、Ln等為基礎的金屬氧化物摻雜劑，根據沉積技術對本領域的技術人員知曉它們使用 的比例。時間間隔一般在1秒至1分鐘之間，優選在10秒至50秒之間。得到的涂層的厚 度也是可變的，通常在幾納米至幾百納米之間，一般在1納米至1000納米之間。該方法另外包括調節DC電源值的操作，使得交流電壓在極性方向之一中達不到 起弧的值。本發明的另一目標是用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基 體的表面的裝置，該裝置包括反應室，所述反應室包括混合物，混合物的成分使得在接觸等 離子體后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉積成涂層的品種，其中之一帶有 高壓的至少兩個電極布置在反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻 擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓 器，其中，一直流電源(DC)串聯插在次級電路中，使得在等離子體中產生的呈正電離子或負 電離子形式的化學品種被靶基體有選擇地吸引并且被相應電荷的電極排斥，所述靶基體進 入反應室中并布置在所述至少兩個電極之間。由于直流電源DC與變壓器次級電路的這種串聯設置，避免存在AC電壓的自隔直 流(selfs de blocage)。尤其是這具有簡化電安裝并因此降低工業規模的實施成本的優 點。串聯插在THT/HF變壓器次級電路中的DC電源，其DC電壓優選在lkV — 15kV之 間，可以使電極上不希望的沉積減少3%-7%。根據一有利的調節方式，DC電源產生的DC電 壓在15. lkV — 100kV之間，可以使電極上的不希望沉積至少減少7%。作為特殊的例子，在20kV - 100kV之間，更最好在20kV — 80kV之間的DC電壓使 不希望的沉積至少減少15%，特別是至少減少35%。特別是，對20、40、60、80kV的電壓，使沉 積分別減少15%、25%、30%和35%。反應室可以是封閉系統，如“離線”方法中實施的，或者是開放系統，如在玻璃上沉 積涂層的生產線的“在線”方法中實施的。因此，基體可以穿過反應室行進，或者布置在反 應室中。根據一有利實施方式，借助通過取自THT/HF發生器的一部分HF電壓直接供電的 整流電路得到DC電源。裝置優選包括轉換器，所述轉換器能夠轉換正極和負極，以便使電極相對靶基體 正極化或者負極化。有利地設置極化電壓的調節部件，如電位器，使得所述極化電壓允許等離子體只能在正的或負的半交流半周上起弧，極化使得等離子體產生在電極具有與負責涂層沉積的 化學品種相反的符號時產生負責沉積涂層的化學品種。DC電源的極性有利地被一電容器短路，該電容器的阻抗比放電元件構成的阻抗小 至少1000倍，放電元件的值一般為幾百pF。有利地，該裝置包括直接與變壓器串聯的隔直流電容器，以避免電流的直流分量 干擾該THT/HF變壓器的運行。該隔直流電容器的值一般為幾個UF。本發明的方法和裝置的第一個優點是減少甚至消除高壓電極上的寄生沉積，對等 離子體的放電水平不產生干擾，如改變介電常數和電極間空間，因此不再需要中斷方法，以 便進行電極清洗。本發明方法的另一優點是帶有高壓的電極的極化可以在交流半周上實施電壓增 加，在交流半周期間涂層沉積在基體上進行。對于給定的電極間距離，該電壓增加可以提高 材料的效率以及沉積速度。對于給定的沉積速度或材料效率，該電壓增加還可以增加分開 電極的空間。本發明的裝置和方法非常有利地適于在基體如浮法玻璃上沉積有機涂層和/或 無機涂層，如金屬、金屬氧化物和聚合物涂層，即如上所述，在生產浮法玻璃時“在線”實施。本發明還涉及使用用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基體 的表面的裝置，該裝置包括反應室，反應室包括混合物，混合物的成分使得在接觸等離子體 后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉積成涂層的品種，其中一個帶有高壓AC 的至少兩個電極布置在所述反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻 擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓 器，一直流電源(DC)串聯插在次級電路中，以減少或消除帶有高壓AC的電極上的不希望的 沉積。非常有利的是，DC電源的DC電壓在20kV — 100kV之間，更優選在20kV — 80kV之 間，從而導致不希望的沉積減少至少15%,特別是減少至少35%。本發明另外涉及使用用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基 體的表面的裝置，該裝置包括反應室，所述反應室包括混合物，所述混合物的成分使得在接 觸等離子后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉積成涂層的品種，其中一個帶 有高壓AC的至少兩個電極布置在反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介 質阻擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變 壓器，其中，一直流電源(DC)串聯插在次級電路中，以通過在交流半周上增加電壓提高沉積 涂層方法的效率，在所述交流半周期間希望的品種沉積在基體上。上面確定的裝置的優選特征這里也適用于所述裝置的使用范圍。


下面參照附圖更詳細地描述本發明的這些方面和其它方面，其中圖1是串聯極化模式的簡化示意圖；圖2是在變壓器的次級電路上具有電壓提取(pr6l6vement de tension)并整流 的極化模式的簡化示意圖；圖3是示出兩個直流電壓和交流電壓的重迭效應的線圖。
附圖沒有按比例畫出。通常，相似的元件在附圖中用相似的附圖標記表示。
具體實施例方式本發明涉及介質阻擋放電(DBD)裝置的元件的直流(DC)極化的方法和裝置，介質阻擋放電裝置可以減少或消除該元件的電極之一上任何不希望的沉積，例如對在20kV至IOOkV之間的電壓,減少至少15%,特別是減少至少35%。電極用于生成等離子體,該等離子體產生正電離子或負電離子形式的化學品種，這些化學品種在例如是玻璃體積的靶基體上通過沉積形成一涂層。該功能可以通過電極的DC極化得到改進，這樣可以減少或消除所述電極上任何不希望的沉積。實際上，高壓電極的極化可以排斥相同符號的電荷，因此減少在該電極上形 成不希望的沉積。實際上，在這種情況下，只有具有與電極的符號相反符號的品種，一般為離子化分子被電極吸引，因此可以沉積在電極上，這明顯減緩了不希望的沉積。如圖3所示，可以調節極化電壓，使得極化電壓允許等離子體只能在半交流半周(正的或負的)上起弧。通過施加極化這是可能的，使高壓電極與地線之間產生的電壓低于等離子體的起弧電壓。從此可以避免任何與正的或負的半交流半周有關的沉積。負責沉積涂層的化學品種在被吸引向電極的半周期間不再產生，則寄生沉積幾乎被消除。在THT/HF變壓器的次級電路中串聯插入優選在2kV_15kV的DC電源并按照15. IkV-IOOkV的有利調節模式得到該極化模式。作為特殊例子，在20kV-100kV之間，優選在20kV-80kV之間的DC電壓值使不希望的沉積減少至少15%，特別是減少至少35%。特別是，對20、40、60、80kV的電壓，分別減少15%、25%、30%和35%。更確切地說，DC電源插在高壓變壓器的次級電路與自感補償的“冷”連接和接地的地線之間，如圖I所示。在某些情況下，為了避免直流分量干擾THT/HF高壓變壓器的運行，導致它的鐵芯的磁飽和，有利地插入直接與變壓器串聯布置的隔直流電容器Ce。具有浮動極的DC電源可以根據不同類型的涂層正極化或負極化。正極和負極可以轉換，以便使電極相對靶基體正極化或負極化。DC電源的極被一電容器分流，該電容器的阻抗比放電元件的電容器的阻抗小至少1000倍，它實際上是在其中進行表面處理作業的等離子室的電等值體。在DC電源上并聯的電容器具有這樣一值，使得其阻抗明顯小于放電元件的阻抗，以便不干擾系統電容部分(Cp)和自補償的感應部分之間通過耦合形成的共振電路的運行。在需要高生產節奏的大功率設備的情況下，通過提取一部分高頻電壓產生極化DC電壓可能是有利的。如圖2所示，借助通過取自THT/HF發生器的一部分THT/HF電壓直接供電的整流電路得到DC電源。 對本領域的技術人員，顯然本發明不局限于上面示出和描述的例子。本發明包括每個新的特征以及它們的組合。附圖標記的存在不應看作是限制性的。術語“包括”的使用不能以任何方式排除上述元件以外的其它元件的存在。冠詞“一”的使用用于引入一元件而不排除存在多個這些元件。已經參考特定實施例對本發明進行了描述，這些實施例只具有單純示例的價值，因此不應認為是限制性的。
權利要求
1.用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基體的表面的裝置，所述裝置包括反應室，所述反應室包括混合物，所述混合物的成分使得在接觸等離子體后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉積成涂層的品種，其中之一帯有高壓AC的至少兩個電極布置在所述反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓器， 其特征在于，一直流電源(DC)串聯插在所述次級電路中，使得在等離子體中產生的呈正電離子或負電離子形式的化學品種被靶基體有選擇地吸引并且被帶有相應電荷的電極排斥，所述靶基體進入所述反應室中并布置在所述至少兩個電極之間。
2.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，插在THT變壓器的HF電路中的DC電源在lkV-15kV 之間。
3.如權利要求I所述的裝置，其特征在于，插在THT變壓器的HF電路中的DC電源產生的DC電壓在15. IkV-IOOkV之間。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，由DC電源產生的DC電壓在20kV-100kV之間，更優選在20kV-80kV之間。
5.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，借助通過取自THT發生器的一部分THT/HF電壓直接供電的整流電路得到DC電源。
6.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括轉換器，所述轉換器能夠轉換正極和負極，以便使電極相對所述靶基體或者正極化或者負極化。
7.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括極化電壓的調節部件，使得所述極化電壓允許等離子體只能在正的或負的半交流半周上起弧，極化使得等離子體產生在電極具有與負責涂層沉積的化學品種相反的符號時產生負責涂層沉積的化學品種。
8.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在干，DC電源的極性被ー電容器短路，該電容器的阻抗比放電元件構成的電容器的阻抗小至少1000倍。
9.如上述權利要求中任一項所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括隔直流電容器，所述隔直流電容器與所述變壓器直接串聯布置，以避免電流的直流分量干擾所述THT/HF變壓器的運行。
10.在無機基體上沉積涂層的方法，其特征在于，所述方法包括以下操作 一使基體進入反應室中或使基體在所述反應室中行進，定位在基體的兩側的至少兩個電極布置在所述反應室中，至少一介質阻擋布置在所述至少兩個電極之間； 一使幅度和頻率穩定的電源運行，所述幅度和頻率穩定的電源包括特高壓(THT)和高頻(HF)變壓器，所述特高壓和高頻變壓器包括次級電路，所述至少兩個電極與所述次級電路的端子連接； 一在所述特高壓和高頻變壓器的次級電路中產生具有穩定高頻值的電壓，使得具有穩定高頻值的電壓在所述反應室中在所述至少兩個電極之間產生絲狀等離子體，所述絲狀等離子體由電子、中性品種、正離子和負離子、穩定和激發狀態的品種組成； 一使與THT/HF變壓器串聯布置的直流電源(DC)運行——所述直流電源用于產生與由變壓器產生的交流電壓重迭的直流電壓，以便按照所述交流電壓的值增加基體的極性并減小電極的極性，或者反之亦然；一在所述反應室中引入混合物，所述混合物的成分使得與等離子體接觸后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉淀成涂層的品種； 一使基體在所述反應室中保持足夠的ー時間間隔，以便在其表面的至少ー個上得到所希望厚度的涂層。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法另外包括以下操作 ー調節DC電源的值，使得交流電壓在極性方向之一中達不到起弧的值。
12.如權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法包括使極性相對基體反向。
13.使用用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基體的表面的裝置，所述裝置包括反應室，所述反應室包括混合物，所述混合物的成分使得在接觸等離子體后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉淀成涂層的品種，其中ー個帶有高壓AC的至少兩個電極布置在所述反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓器， 其特征在于，一直流電源(DC)串聯插在所述次級電路中，以減少或消除帶有高壓AC的電極上不希望的沉積。
14.如權利要求13所述的使用，其特征在于，所述DC電源的DC電壓在20kV-100kV之間，更優選在20kV-80kV之間，導致不希望的沉積減少至少15%，特別是減少至少35%。
15.使用用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基體的表面的裝置，所述裝置包括反應室，所述反應室包括混合物，所述混合物的成分使得在接觸等離子體后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉淀成涂層的品種，其中ー個帶有高壓AC的至少兩個電極布置在所述反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間；并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓器， 其特征在于，一直流電源(DC)串聯插在所述次級電路中，以通過在交流半周上增加電壓提高沉積涂層方法的效率，在所述交流半周期間希望的品種沉積在基體上。
全文摘要
本發明涉及用于通過能夠產生絲狀等離子體的介質阻擋放電來處理基體的表面的裝置，該裝置包括反應室，反應室包括混合物，混合物的成分使得在接觸等離子體后混合物分解并產生能夠在基體上大部分或全部沉積成涂層的化學品種，其中之一帶有高壓AC的至少兩個電極布置在反應室中，所述至少兩個電極位于基體的兩側，至少一介質阻擋(DBD)布置在所述至少兩個電極之間，并且所述裝置包括具有次級電路的THT/HF變壓器，其中，一直流電源(DC)串聯插在次級電路中，使得在等離子體中產生的呈正電離子或負電離子形式的化學品種被靶基體有選擇地吸引并且被帶有相應電荷的電極排斥，所述靶基進入反應室中并且布置在所述至少兩個電極之間。
文檔編號H05H1/24GK102668721SQ201080053108
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月23日 優先權日2009年11月24日
發明者E·米歇爾, E·蒂克霍, J·勒克萊爾克 申請人:旭硝子歐洲玻璃公司