PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69127279T2 19.03.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0527926
Titel BILDUNG EINES DÜNNEN KERAMISCHEN OXIDFILMS DURCH NIEDERSCHLAGUNG AUF MODIFIZIERTEN POLYMEROBERFLÄCHEN
Anmelder Battelle Memorial Institute, Richland, Wash., US
Erfinder TARASEVICH, Barbara, J., Richland, WA 99352, US;
RIEKE, Peter, C., Pasco, WA 99352, US
Vertreter Müller-Boré & Partner, 81671 München
DE-Aktenzeichen 69127279
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IT, LI, LU, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.05.1991
EP-Aktenzeichen 919101311
WO-Anmeldetag 03.05.1991
PCT-Aktenzeichen US9103042
WO-Veröffentlichungsnummer 9117286
WO-Veröffentlichungsdatum 14.11.1991
EP-Offenlegungsdatum 24.02.1993
EP date of grant 13.08.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.03.1998
IPC-Hauptklasse C23C 18/12
IPC-Nebenklasse C08J 7/06   

Beschreibung[de]

Die Regierung der Vereinigten Staaten besitzt eine erworbene Lizenz für diese Erfindung und das Recht, in eingeschränktem Maße den Patentinhaber zur Lizenznahme anderer unter angemessenen Bedingungen aufzufordern, gemäß Vertragsnr.: DE-AC06-76RL0 1830, zuerkannt durch das Energieministenum der Vereinigten Staaten.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft die Herstellung neuer Dünnfilme, die Schichten aus organischen bzw. anorganischen Materialien einschließen und insbesondere die Herstellung von Dünnfilmen aus anorganischen Materialien durch Abscheidung von Stoffen auf Oberflächen, die so modifiziert sind, daß sie organische funktionelle Gruppen enthalten, wobei die organischen Gruppen den Abscheidungsvorgang hervorrufen und steuern.

Es gibt beträchtliches Interesse an der Bildung von Dünnfilmmatenahen für elektronische, magnetische und optische Bauelemente sowie für Schutzbeschichtungen. Dünnfilme sind gegenüber Volimaterialien wünschenswerter, da sie einzigartige Eigenschaften besitzen und in integrierten Bauelementen eingesetzt werden können. Wichtige Dünnfilmmaterialien schließen Halbleiter (Silizium und GaAs), dielektrische Zwischenschichten aus Oxid, magnetische Filme und ferroelektrische Filme für elektro-optische Vorrichtungen ein, siehe K.L. Chopra und I. Kaur, Thin Film Device Applications (Plenum Press, NY, 1983). Weitere Anwendungen schließen abrieb- und korrosionsbeständige Schutzüberzüge, Sensoren, Katalysatoren und Ionenaustausch-Vorrichtungen ein und werden bei C.J. Brinker, in Transformation of Organometallics into Common and Exotic Materials: Design and Activation, herausgegeben von R.M. Laine (Martinus Nijhoff, 1988), Seiten 261-278, erörtert.

Übliche Dünnfilm-Herstellungstechniken beziehen zwei grundsätzliche Verarbeitungsansätze ein: 1) die Verwendung von flüssigen Lösungen oder Suspensionen und 2) Fällung aus der Gasphase. Verfahren mit flüssiger Lösung schließen Sol-Gel, kolloidale Teilchensysteme, Sprühpyrolyse und stromlose und galvanische Abscheidung ein. Gasphasenverfahren schließen physikalische Dampfabscheidung (PVD) durch Sputtern oder durch Molekülstrahlepitaxie und chemische Dampfabscheidung (CVD) ein. Beide Ansätze haben Nachteile und Einschränkungen, welche die Entwicklung neuer Herstellungsverfahren für Dünnfilme rechtfertigen. Die Einschränkungen schließen im allgemeinen Schwierigkeiten bei der Steuerung der Mikrostrukturen, Einschränkung auf bestimmte Materialien und Substrate und die Verwendung vieler langwieriger und kostenaufwendiger Verfahrensschritte ein.

Insbesondere beziehen die Verfahren der Dünnfilmherstellung über Lösung die homogene Abscheidung kolloidaler Teilchen oder Gellösungen, die dann als Filme auf Oberflächen gegossen werden, ein. Kolloidale Systeme haben aufgrund der Verwendung von Bindemittelphasen oder des Auftragens kolloidaler Teilchen geringe Dichten und unkontrollierte Mikrostrukturen. Polymere Sol-Gel-Lösungen führen aufgrund der entstehenden amorphen und porösen Polymerstrukturen zu Filmen mit geringen Dichten. Mikrostrukturen und Merkmalsdifferenzierung sind im allgemeinen mangelhaft und empirisch kontrolliert. Filmschrumpfung und Rißbildung während Trocknens, Kristallisieren und Sintern werfen bei der Überführung von Sol-Gel-Technologien in den industriellen Maßstab große Probleme auf.

Es gibt eine Vielzahl von Beiträgen, die Dünnfilm und Dickfilm-Verarbeitungsverfahren unter Verwendung von kolloidalen und Sol-Gel-Techniken betreffen. Diese schließen Monographien, wie Ceramic Processing Before Firing, G.Y. Onoda and L.L. Hench, Herausgeber (Wiley, NY, 1978); Better Ceramics Through Chemistry II, C.J. Brinker, D.E. Clark, D.R. Ultirh, Herausgeber; MRS Symposia Proceeding, Band 32 (North-Holland, NY, 1984); und Übersichtsartikel hinsichtlich Sol-Gel-Verarbeitung von Dünnfilmen, wie von C.J. Brinker in Transformation of Organometallics into Common and Exotic Materials: Design Activation, R.M. Laine, Herausgeber (Martinus Nijoff Publ., 1988) 261-278, ein.

Andere Abscheidungsverfahren aus der Lösung, wie stromlose Abscheidung, wurden im Stand der Technik beschrieben. Beispielsweise offenbart US-A-3 881 049 ein Verfahren zur Abscheidung einer Kupferschicht auf einer Oberfläche eines Formgegenstandes aus Polyimid. Für die Reduktion eines Metallsalzes werden auf der Oberfläche Reduktionsmittel verwendet. US- A-4 009 297 offenbart ein Verfahren zur stromlosen Goldabscheidung, wobei das Gold durch Reduktion eines Goldligandkomplexes unter Verwendung von Reduktionsmitteln auf einer Oberfläche abgeschieden wird. Das Verfahren umfaßt: a) Behandlung der Oberfläche mit einer Lösung eines Edelmetallsalzes und einer halogenierten Alkansäure und dann Trocknen der Oberfläche bei erhöhter Temperatur und b) Behandeln der Oberfläche mit einer Lösung, die ein Reduktionsmittel enthält, die jedoch keine halogenierte Alkansäure einschließt. Schritte (a) und (b) werden in beliebiger Reihenfolge ausgeführt. Anschließend wird die Oberfläche mit einer Lösung behandelt, die Kupfersalz und ein Reduktionsmittel enthält. Diese Verfahren sowie die stromlosen Abscheidungsverfahren sind im allgemeinen auf Metallabscheidung und Plattieren eingeschränkt und erfordern die Verwendung von Katalysatoren, damit das Metall reduziert wird und Keimbildungsorte auf der Substratoberfläche gebildet werden. US-A-4 720 401 betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Adhäsion zwischen Metallen und organischen Substraten EP-A-0 182 767 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer korrosionsbeständigen Beschichtung aus amorphem Tantalpentoxid auf einer Metalberfläche durch Lösungsmittelgießen. Adhäsion wird durch eine Kondensationsreaktion mit natürlich vorkommenden Hydroxylgruppen der Oberfläche verstärkt. In EP-A-0 093 007 werden bestimmte Polymermaterialien behandelt, um die Oberflächeneigenschaften durch Bildung von Hydroxylgruppen an der Oberfläche zu verbessern. Ein Verfahren zur Herstellung von metallisierten thermoplastischen Gegenständen wird in US-A-3 914 471 mitgeteilt. US-A-4 152 195 offenbart ein Verfahren zur Verbesserung der Haftkraft von leitfähigen Metallbahnen auf einer Polyimidharzschicht durch unvollständiges Härten der Polyimidharzschicht vor der Abscheidung auf der Metallschicht und anschließendes Härten der Polyimidharzschicht, nachdem die Metallschicht abgeschieden wurde. Bei geringer Temperatur gebrannte keramische Produkte werden in US-A-4 621 066 und US-A-4 726 921 durch Brennen eines Gemisches von Pulverglas und Al&sub2;O&sub3;-Pulver gebildet. US-A-4 814 531 betrifft kristalline Siliziumdioxid-Titandioxid-Verbundzeolithmaterialien und deren Verwendung als Katalysatoren bei der Kohlenwasserstoffumsetzung, die saure Bedingungen für die Katalyse erfordern. In US-E-32 603 wird ein imprägnierter keramischer geschäumter Werkstoff und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitgestellt, wobei der Schaum mit einem Aluminiumoxidhydrat-Bindemittel imprägniert wird und dann bei erhöhter Temperatur zu einer gesinterten keramischen Bindung im festen Zustand gebrannt wird. Schließlich werden in US-A-4 793 980 hohle, poröse Mikrokügelchen als Substrate und Behältnisse für Katalysatoren bei der Herstellung von Mikrokügelchen-Katalysatoren verwendet.

PVD- und CVD-Technologien beziehen das direkte Aufwachsen von Materialien durch heterogene Keimbildung aus der Gasphase ein. Vorteile gegenüber Flüssigverarbeitungsverfahren schließen die Bildung dichter Filme, ultrafeiner Mikrostrukturen und orientierter Körner ein. Nachteile sind jedoch, daß die Gasphasenvorgänge kostenaufwendig und kompliziert sind, die Abscheidungsgeschwindigkeiten sehr gering sind, die gewünschten Mikrostrukturen schwierig zu erhalten sind und größtenteils empirisch gesteuert werden und daß die Verfahren eine begrenzte Kontrolle hinsichtlich der Kinetik und der Thermodynamik der Abscheidung gestatten, obwohl orientierte polykristalline Substrate für epitaxiales Züchten streng auf Einkristall-orientierte Substrate mit eng übereinstimmenden Gitterabständen für die erwünschte Phase und Fläche beschränkt sind. Sputterverfahren sind sehr energieintensiv, weisen geringe Filmbildungsgeschwindigkeiten auf und erfordern Targets der erwünschten Werkstoffe. CVD-Verfahren sind auf reaktive Gase beschränkt und erfordern hohe Substrattemperaturen, die die Wahl der Substratmaterialien einschränken. Weitere Probleme bei beiden Gasphasenverfahren schließen die Bildung von nichtstöchiometrischen Phasen aufgrund Sauerstoffmangels unerwünschter Verbindungen oder Phasen und Kohlenwasserstoffkontaminierung ein.

Die vorstehend genannten Verfahren des Standes der Technik weisen Nachteile und Einschränkungen, die bereits erörtert wurden, auf. Lösungsverfahren, wie Sol-Gel- und kolloidale Verfahren, bilden Filme geringer Dichte, die während Trocknen und Sintern reißen und schrumpfen. Elektro- Abscheidungsverfahren finden nur auf Metallsubstraten statt und stromlose Abscheidung bezieht nur die Abscheidung auf Metallen ein. Dampfabscheidungsverfahren sind kostenaufwendig und erfordern eine hochspezialisierte Ausrüstung und sind auf bestimmte Substrate und Materialien eingeschränkt. Phasen und Orientierungen sind häufig schwierig zu steuern. Nachteile und Begrenzungen in den Verfahren zur Abscheidung von Dünnfilmen rechtfertigen daher die Entwicklung neuer Methoden.

Folglich besteht Bedarf für Lösungsverfahren, die eine größere Einfachheit und verminderte Produktionskosten gestatten, wobei Dünnfilme auf einer Substratunterlage bei relativ geringen Temperaturen abgeschieden werden können. Erfindungsgemäße Verfahren gestatten die Abscheidung von Dünnfilmen, vorzugsweise hochdichten Filmen. Sie steuern ebenfalls die Produktmikrostrukturen, einschließlich der Steuerung der Kristallinitätsphase und der Orientierung abgeschiedener Werkstoffe. Es ist erwünscht, die Eigenschaften, wie Orientierung zu steuern, da viele Eigenschaften, wie magnetische, supraleitende, optische und ferroelektrische Eigenschaften, von der Orientierung abhängen, wobei sie mit der erforderlichen Orientierung anisotrop sind.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Das Verfahren und das Produkt der vorliegenden Erfindung lösen alle vorstehend genannten vorliegenden Probleme und sehen die Bildung von Dünnfilmen mit erwünschten und vorteilhaften Eigenschaften vor, die einem Verfahren zuzuschreiben sind, das den erforderlichen Grad an Einfachheit, verminderten Kosten und geringeren Verfahrensschritten aufweist.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren sieht die Herstellung eines Dünnfilmprodukts vor, umfassend einen ersten Schritt, bei dem eine Substratunterlage eines ersten Materials, vorzugsweise eines organischen Materials, bereitgestellt wird. Die Substratunterlage schließt eine Vielzahl von unmodifizierten Stellen ein. Die Substratunterlage wird dann chemisch modifiziert, wobei eine Vielzahl von funktionellen (funktionalen) Gruppen, vorzugsweise organischen funktionellen Gruppen, auf einer Vielzahl der unmodifizierten Stellen aufgebracht wird. Die Anwesenheit von funktionellen Gruppen ist wesentlich, da diese die Abscheidung eines zweiten Materials, vorzugsweise eines anorganischen Materials, auf der Substratoberfläche erleichtern.

Eine Dünnfilmschicht mindestens eines zweiten Materials wird dann auf der chemisch modifizierten Substratunterlage abgeschieden. Die Abscheidung des zweiten Materials in Form eines Dünnfilms findet durch Keimbildung auf der Substratoberfläche und Wachstum des zweiten Materials darauf statt. Die Anordnung und die Art der verwendeten funktionellen Gruppen kann hinsichtlich der Kontrolle bestimmter Eigenschaften des zweiten abgeschiedenen Materials ausgewählt werden, wie hinsichtlich Orientierung und Dichte.

Ohne zunächst an den funktionellen Stellen, wie vorstehend beschrieben, zu binden, findet keine Abscheidung des zweiten Materials auf der Substratunterlage statt. Beispielsweise kann das chemisch modifizierte Substrat vor der Abscheidung des Dünnfilms in eine flüssige Lösung, die vorzugsweise Metallsalze enthält, eingeführt werden. In diesem Fall können der pH-Wert, die Temperatur und die Konzentration der Metallsalze variiert werden. Durch Steuerung von Art und Beschaffenheit der funktionellen Gruppen und der Lösungsbedingungen werden kontinuierliche Dünnfilme mit geringer oder ohne Porosität mit hoher Dichte abgeschieden. Hochdichte Filme werden durch dieses Verfahren gebildet, da, so wird angenommen, Abscheidung aufgrund Aufwachsen des zweiten Materials, das mehr Raum füllt als beispielsweise kolloidale oder Gelverfahren, stattfindet. Die erhaltenen Dünnfilme haften stark an der Oberfläche. Durch Steuerung von Art und Dichte der Oberflächenstelten können Kristallite mit bevorzugter Orientierung gezüchtet werden. Diese Züchtung des Dünnfilms auf der Substratunterlage wird durch die organischen funktionellen Gruppen gefördert. Dies ist vorteilhaft, da durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerichtete Kristalle auch auf Oberflächen gebildet werden können, die organisch, polymer oder nichtkristallin sind. Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zur Ausführung eines wirtschaftlichen Abscheidungsvorgangs aus der Lösung bereit, das zu Dünnfilmen mit bevorzugten Eigenschaften, wie hohe Dichte und Orientierung, führt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise Substratunterlagen einschließen, die polymere Werkstoffe umfassen, wie Polystyrol (am meisten bevorzugt), Polyethylen und Polyimid; Oxide, wie Glas, Siliziumdioxid und Aluminiumoxid, und Metalle, wie Gold. Anorganische Materialien unterliegen unter Verwendung bestimmter Formen dieser funktionellen Gruppen optimaler Zersetzung in Abhängigkeit von der Wechselwirkung zwischen funktionellen Gruppen und Ionen oder Spezies in Lösungen.

Der Modifizierungsschritt für den polymeren Werkstoff kann beispielsweise unter Verwendung einer sauren Gruppe, wie einer Sulfonatgruppe, als funktionelle Gruppe ausgeführt werden. Konzentrierte Schwefelsäure oder SO&sub3;-Gas kann zur Ausführung einer derartigen Sulfonierung verwendet werden. Andere funktionelle Gruppen, die verwendet werden können, schließen saure Gruppen, wie Phosphate, Carboxylate, basische Gruppen, wie Amine und Hydroxylgruppen, oder neutrale Gruppen, wie Alkohole und Diole, ein.

Die Dichte der gebundenen organischen funktionellen Stellen kann durch Steuerung der Reaktionszeit oder des Gaspartialdrucks geregelt werden. Funktionelle Stellen können in zufälliger Weise auf der Oberfläche angeordnet werden oder können stark geordnet in kristalliner Weise angeordnet werden. Außerdem können diese funktionellen Stellen direkt an die Substratunterlage gebunden werden, oder können indirekt über eine Oberflächenbindungsgruppe, die an eine Alkylkette gebunden ist, welche wiederum an die funktionelle Gruppe gebunden ist, gebunden werden.

Die mit einer Vielzahl funktioneller Gruppen modifizierte Substratunterlage wird vorzugsweise in eine flüssige Lösung eingeführt, so daß der Abscheidungsschritt in flüssiger Phase ausgeführt werden kann. Die flüssige Lösung kann entweder eine wässerige oder eine nichtwässerige Lösung umfassen. Die flüssige Lösung kann Metallsalz-Vorstufen für die anorganische Phase, wie Metallsalze und Metallalkoxide, einschließen.

Das zweite Material kann aus wässeriger oder nichtwässeriger, saurer oder basischer Lösung, d.h. aus sauren, wässerigen Lösungen bei Temperaturen bis zu 100ºC oder aus Lösungen, die durch Zersetzung von Harnstoff bei erhöhten Temperaturen basisch werden, oder durch Diffusion von Ammoniak in Lösung bei Raumtemperatur, abgeschieden werden.

Das zweite Material, vorzugsweise ein anorganisches Material, kann einen keramischen Werkstoff, wie einen keramischen Werkstoff aus Eisenoxid, der im wesentlichen kristallin ist, umfassen. Die anorganischen Gruppen können entweder im wesentlichen kristalline oder amorphe Werkstoffe umfassen. Andere anorganische Werkstoffe, die hierin verwendet werden können, schließen Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, PLZT- und PZT-Ferroelektrika, Bariumtitanat, Bariumferrit, 123-Halbleiter, Lithiumniobat und CdS ein. Die Kristallite aus anorganischem Material weisen vorzugsweise einen maximalen mittleren Durchmesser von nicht mehr als etwa 1000 Ångström, bevorzugter nicht mehr als etwa 500 Ångström und am meisten bevorzugt nicht mehr als 200 Ångström auf.

Das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte zweite Material weist vorzugsweise mindestens eine orientierte hinsichtlich der Oberfläche der Substratunterlage ausgerichtete Kristallachse auf. Bevorzugter ist die [001]-Achse von Goethit und Akaganeit, senkrecht zur Oberfläche der Substratunterlage orientiert. Außerdem ist das hier erzeugte zweite Material vorzugsweise ein Kristallmaterial, umfassend Akaganeit, Goethit oder Magnetit.

In einem bevorzugten Verfahren wird die Art der Stelle der modifizierten funktionellen Gruppen ausgewählt und die Porosität wird gesteuert, so daß der erzeugte Dünnfilm bei geringer Porosität und mit einer Dichte größer etwa 90% des theoretischen Maximums im wesentlichen durchgehend ist. Somit liefert das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise ein Dünnfilmprodukt von derartig ausreichend hoher Dichte, daß Sintern, insbesondere für die vorstehend beschriebenen Verwendungen, damit nicht erforderlich wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch den Schritt der Regelung der Korngröße des abgeschiedenen Materials durch Steuerung der Dichte der Oberflächensteen und der Übersättigungsbedingungen des Abscheidungsschritts einschließen.

Das vorliegende Verfahren kann ein an eine Substratunterlage gebundenes Dünnfilmprodukt unter Verwendung organischer funktioneller Stellen durch Abscheidung auf dem zweiten Material erzeugen. Die Abscheidungsschritte werden bei einer Temperatur ausgeführt, die vorzugsweise nicht höher als 100ºC ist.

In einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird erst ein vorbestimmtes Muster von organischen funktionellen Gruppen auf den unmodifizierten Stellen der Substratunterlage gebildet. Ein zweites vorbestimmtes Muster des zweiten Materials wird dann durch dessen selektive Abscheidung auf der Oberfläche der Unterlage durch Keimbildung des zweiten Materials lediglich an den organischen funktionellen Gruppen gebildet. Vorzugsweise schließt der erste Schritt zur Ausbildung des vorbestimmten Musters vor dem chemischen Modifizierungsschritt Maskieren der Substratunterlage ein, um dadurch ein vorbestimmtes Muster an unmodifizierten Stellen zu erzeugen. In dieser Weise wird das vorbestimmte Muster von funktionellen Gruppen auf die nichtmaskierten Bereiche beschränkt.

Die vorstehenden Aufgaben und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leichter durch die nachstehende genaue Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform ersichtlich.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG. 1 ist eine SEM-(Rasterelektronenmikroskopie) Mikrographie einer nach dem in nachstehendem Beispiel 2 beschriebenen Verfahren hergestellten Probe. Die SEM-Mikrographie umfaßt einen Akaganeit-Dünnfilm, abgeschieden auf einer Unterlage aus Polystyrol, die mit Sulfonatstellen vor der Dünnfilmabscheidung modifiziert wurde. Die SEM-Mikrographie zeigt einen durchgehenden, hochdichten Dünnfilm mit Korngrößen von 200-300 Ångström.

FIG. 2 ist eine SEM-Mikrographie einer nach dem in nachstehendem Beispiel 3 beschriebenen Verfahren hergestellten Probe. Der Dünnfilm ist 10 Grad gekippt. Diese Mikrographie zeigt einen hohen Orientierungsgrad anisotroper Kristallite wobei die [001]-Achse senkrecht zur darunterliegenden Fläche ausgerichtet ist.

FIG. 3 ist eine TEM-(Transmissionselektronenmikroskopie) Mikrographie eines Querschnitts des Dünnfilms von FIG. 2. Diese Mikrographie zeigt auch einen hohen Orientierungsgrad anisotroper Kristallite wobei die [001]-Achse senkrecht zur darunterliegenden Fläche ausgerichtet ist.

FIG. 4 ist eine Photographie eines gemäß dem in nachstehendem Beispiel 5 beschriebenen Verfahren hergestellten Substrats, die ein Muster eines Dünnfilms aus Eisenoxid, abgeschieden auf einem Polystyrolsubstrat, zeigt, hergestellt durch vorbestimmte Ausbildung eines Musters von organischen funktionellen Sulfonatgruppen vor der Abscheidung des Dünnfilms aus Eisenoxid. Die Photographie zeigt eine scharfe Grenzfläche und stark lokalisierte Abscheidung auf den gemusterten chemisch modifizierten sulfonierten Bereichen.

FIG. 5 ist eine SEM-Mikrographie des in FIG. 4 dargestellten Substrats und zeigt die Grenzfläche zwischen dem Dünnfilm aus Eisenoxid, der auf den Sulfonat-modifizierten Stellen (FeOOH) abgeschieden ist und dem nichtsulfonierten, unmodifizierten Polystyrol. Die Mikrographie zeigt eine scharfe Grenzfläche und stark lokalisierte Abscheidung auf den gemusterten, chemisch modifizierten, sulfonierten Bereichen.

GENAUE BESCHREIBUNG UND BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM Beispiel 1

Die erfindungsgemäßen Dünnfilmprodukte wurden gemäß nachstehendem beispielhaftem Verfahren hergestellt:

(a) Substratbildung.

Polystyrolsubstrate wurden kommerziell erhalten oder Dünnfilme wurden durch Auflösen von Polystyrolkügelchen in Xylol- Lösungsmittel und Tauchbeschichtung auf einem mit Aceton gereingten Objektträger gebildet. Die Objektträger wurden 2 bis 4mal mit einer Stunde Trocknungszeit zwischen jeder Tauchung getaucht. Gießfilme wurden bei 100ºC 5-12 Stunden wärmebehandelt. Die Substratoberflächen wurden durch Ultraschall in Methanol gereinigt und mit Stickstoff getrocknet.

(b) Modifizierung der Substratoberfläche.

Sulfonatstellen wurden an die Polystyroloberflächen oder Oberflächen des Gießfilms durch Anordnen der Substrate in einer Lösung aus konzentrierter Schwefelsäure für verschiedene Zeiträume (im Bereich von 5 Minuten bis 48 Stunden) gebunden. Sulfonatstellen wurden auch durch Anordnen der Substrate in ein Reaktionsgefäß, das mit einer Vakuumleitung verbunden war, gebunden. Ein Schwefeltrioxid (SO&sub3;) enthaltender Kolben wurde an die Leitung angeschlossen. Die Leitung und das Reaktionsgefäß wurden unter Vakuum auf nahezu 0 bis 133 Pa (1 Torr) gesetzt und SO&sub3;-Gas wurde in das Reaktionsgefäß zu 16,7 kPa (1 25 Torr) eingelassen. Das SO&sub3; wurde mit den Substraten 5 Sekunden bis 15 Minuten reagieren lassen und der Reaktor wurde mit trockenem Stickstoffgas gespült. Die Substrate wurden entfernt, 4mal mit desionisiertem Wasser gespült und unter trockenem Stickstoffgas getrocknet.

Die Anwesenheit von Sulfonatstellen wurde unter Verwendung von ATR-FTI und Röntgenphotoelektronen-Spektroskopie bestimmt. Die Sulfonatgruppen binden an dem Benzolring des Polystyrolpolymers. Die Sulfonatstellendichte kann durch Änderung der Oberflächenreaktionszeit und des Gaspartialdrucks variiert werden. Die Oberflächenstellendichte kann qualitativ durch Messung der Kontaktwinkel von wässeriger Pufferlösung auf der Oberfläche gekennzeichnet werden. Die Kontaktwinkel sinken, wenn die Oberflächenstellendichte steigt. Eine sehr hohe Sulfonatstellendichte wurde erreicht, wie erwiesen durch Kontaktwinkel von nur 0-10º. Für Oberflächen mit sehr geringen Kontaktwinkeln nähert sich die Dichte der Sulfonatstellen der maximal möglichen Dichte. Es wird angenommen, daß die maximal mögliche Stellendichte etwa 5 x 10¹&sup4; Stellen/cm² (oder 4,6 Ångström Zwischenstellenabstand) beträgt, was die maximale Dichte von Carboxylatstellen in Stearinsäuremonoschichten ist. Die Stellen werden zufällig angeordnet, da das Polystyrolsubstrat nicht kristallin ist und die Benzolringe in ihrer Struktur zufällig angeordnet sind. Kontaktwinkel-Titrationen von wässerigen Pufferlösungen bei verschiedenen pH-Werten zeigen, daß die sulfonierten Stellen bei sehr geringem pH-Wert (pH 2 oder 3) ionisiert sind, was eine stark saure Stelle ausweist.

(c) Dünnfilmabscheidung.

Wässerige Eisenchlorid- und Eisennitratlösungen wurden, wie nachstehend beschrieben, unterschiedlich in Eisenkonzentration, Eisenoxidationszustand und Säuremenge oder Harnstoffmenge hergestellt. Eisensalzlösungen wurden frisch hergestellt oder wurden aus stark konzentrierten Stammlösungen hergestellt, so daß Hydrolyse vor der Verwendung klein gehalten wurde. Diese Lösungen waren sauer und hatten pH-Werte zwischen etwa 2 und 3. Sulfonierte Substrate wurden in Lösungen bei Raumtemperatur für 15-30 Minuten getaucht, so daß Adsorption der Kationen oder Kationenkomplexe an der Oberfläche stattfinden könnte. Es wird angenommen, daß Eisenkationen oder Kationenkomplexe anfänglich an den Oberflächensulfonatstellen adsorbiert werden, da die Substrate schwach gefärbt erschienen und die lnfrarot-Spektroskopie Änderungen und Verschiebungen in den Sulfonatpeaks zeigte. Es schien, daß diese Adsorption rasch stattfand und es wird angenommen, daß ziemlich starke elektrostatische Bindung zwischen positiv geladenen Eisenkationen und negativ geladenen Sulfonatstellen stattfinden würde. Die Substrate wurden dann in eine Lösung in verschlossene Teflon beh älter oder in zweiteilige Reaktionskolben gegeben. In einigen Fällen wurden die Behälter in einem temperaturgeregelten Ofen bei Temperaturen bis zu 100ºC angeordnet oder der Reaktionskolben wurde mit einem temperaturgeregelten Heizmantel auf Temperaturen bis 100ºC erwärmt. In einigen Fällen wurden Proben in Lösungen in Behältern mit Glasdeckeln, die Öffnungen darin enthielten, angeordnet und diese Behälter wurden in einen Exsikkator mit einem Behälter mit konzentriertem Ammoniumhydroxid gestellt.

Proben wurden in Lösung gehalten, so daß die Abscheidung von Kristalliten und Dünnfilmbildung stattfinden konnte. Es wurde angenommen, daß das Wachstum von Kristalliten an der Oberfläche durch Hydrolyse und Kondensationsreaktionen von Kationen und Kationenarten adsorbiert oder gebunden an den Oberflächenstellen stattfand. Es wurde daher angenommen, daß die funktionellen Oberflächenstellen als Keimbildungsstellen wirkten, von denen die Bildung kritischer Kerne und das Wachstum dieser kritischen Kerne stattfindet. Die Hydrolyse und die Kondensationsreaktionen konnten durch Erwärmen der Lösungen oder durch Anheben des pH-Werts der Lösungen durch Erwärmen der Harnstoff enthaltenden Lösungen auf mindestens 75ºC, so daß sich Harnstoff zu Ammoniumionen und Kohlendioxid zersetzte oder durch Diffusion von Ammoniakdampf in die Behälter, schneller stattfinden. In dieser Weise konnte Wachstum von Dünnfilmen unter sauren Bedingungen bei erhöhten Temperaturen bis zu 100ºC oder unter basischen Bedingungen bei Raumtemperatur oder erhöhten Temperaturen bis zu 100ºC stattfinden.

Die Proben wurden zu verschiedenen Zeiträumen entfernt und in desionisiertem Wasser gespült. Bildung von Dünnfilm zeigte sich durch Auftreten einer gelb-orangen oder roten Schicht von Eisenoxid auf der klaren Polystyrolfläche. Die Proben wurden entfernt, bevor sich größere Teilchen in der Lösung bilden konnten und sich an der Oberfläche der gezüchteten Dünnfilme auf der Oberfläche abscheiden konnten. Wenn Teilchen an der Dünnfilmoberfläche adsorbierten, konnten diese Teilchen durch Ultrabeschallung der Proben entfernt werden. In einigen Fällen wurden Proben in Lösungen von desionisiertem Wasser, die Säure oder Harnstoff enthielten, angeordnet und diese wurden in einen temperaturgeregelten Ofen bei Temperaturen bis zu 100ºC gestellt, so daß die Dünnfilme für 5 bis 24 Stunden altern konnten. Die Proben wurden dann entfernt, mit desionisiertem Wasser gespült, 15 bis 30 Minuten ultrabeschallt und mit trockenem Stickstoff getrocknet.

Die in dieser Weise hergestellten Dünnfilme wurden geprüft hinsichtlich der Anwesenheit von Eisenoxid ATR-FTI-Untersuchung der Oberflächen führte zu lnfrarot-Peaks, die die Anwesenheit von Eisenoxidmaterial auswiesen. Elektronendispersive Spektroskopie bestätigte die Anwesenheit von Eisen in den Proben. Die Proben wurden in Xylollösungen angeordnet, damit Polystyrol aufgelöst wird. Die Lösungen wurden filtriert und die Eisenoxidfragmente gesammelt und vermahlene Fragmente durch Pulver-Röntgenbeugungstechnik untersucht. Die Dünnfilmproben wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) untersucht und Fragmente der Dünnfilme wurden unter dem TEM begutachtet.

Es wurde gefunden, daß auf den Substraten, die keine Sulfonatstellen enthielten, keine Abscheidung vorlag. Die Menge an Eisenoxid, welche abgeschieden war, stieg mit Ansteigen der Sulfonatstellendichte, so daß sehr wenig Eisenoxid abgeschieden war, wenn sehr wenig Sulfonatstellen vorlagen, jedoch eine große Menge abgeschieden wurde, wenn die Sulfonatdichte hoch war. Es wurde auch gefunden, daß Filme, die auf sulfonierten Substraten abgeschieden worden waren, bei Kontaktwin kein von 25º oder weniger hohe Dichten von Eisenoxidkristalliten aufwiesen und kontinuierliche Filme mit wenig oder ohne Porosität bildeten, wie durch SEM-Untersuchung bewiesen. Es ist eine der vorteilhaften Eigenschaften dieses Verfahrens, daß kontinuierliche hochdichte Dünnfilme aus Oxidmaterialien aus der Lösung abgeschieden werden können. Es wird angenommen, daß die hohen Dichten aufgrund der Keimbildung und der Wachstumsvorgänge, die an der Oberfläche stattfinden, durch lon-für-lon-Abscheidung verlaufen, was stärker raumfüllend ist als Füllvorgänge mit Gel- oder Kolloidteilchen.

Die auf der Oberfläche gewachsenen Dünnfilme hafteten auf der Oberfläche auch, obwohl nicht erwartet wurde, daß ein Oxidfilm fest an einer Polymeroberfläche haften würde. Die Adhäsion ist unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens größer als wenn Sol-Gel- oder Kolloidlösungen von Teilchen auf die Oberfläche gegossen und darauf getrocknet würden. Es wird angenommen, daß die Adhäsion durch dieses Verfahren größer ist, da es stärkere elektrostatische Bindungswechselwirkungen zwischen den Oberflächensulfonatstellen und den Kationen des Eisenoxidgitters gibt, die während der Keimbildung und des Wachstumsvorgangs stattfinden.

Durch dieses Verfahren hergestellte Filme enthielten Kristallite mit einem Durchmesser von nur 200 Ångström und nicht größer als 1000 Ångström. Dies ist eine vorteilhafte Eigenschaft dieses Verfahrens, da kleine Kristallitgrößen zu einer höheren Oberflächenglattheit führen, die Eigenschaften, wie dielektrischen Verlust, beeinflussen. Eine geringe Kristallitgröße ist für Anwendungen bei Magnetbändern ebenfalls wünschenswert, da die Speicherdichte erhöht werden kann und es gibt eine Abhängigkeit von der Kristallitgröße zu ferroelektrischen und anderen Eigenschaften. Es wird angenommen, daß das Wachstum auf der Oberfläche die Kristallitgröße durch Steuerung der Zahl der Keimbildungsstellen beeinflußt, auch deshalb weil Koaleszenz und Aggregation nicht stattfinden. Es wurde gefunden, daß in Lösung homogen gewachsene Kristallite aggregiert wurden und größer waren als Kristallite, die an der Oberfläche wuchsen.

Einige durch dieses Verfahren hergestellte Filme enthielten Akaganeit (β-FeOOH)- und Goethit (α-FeOOH)-Kristallite und es wurde gefunden, daß diese Kristallite von anisotroper Beschaffenheit waren, unter Bildung einer nadelähnlicher Struktur. Es ist aus der Literatur bekannt, daß die longitudinale Achse die [001]-Richtung ist, und es wurde gefunden, daß die nadelähnlichen Kristallite so orientiert waren, daß die longitudinale [001]-Richtung senkrecht zur Oberfläche war. Dieses Ergebnis wurde in SEM- und TEM-Photographien dargestellt und in FIGUREN 2 und 3 gezeigt. Es ist ein außerordentliches Merkmal dieser Erfindung, daß es möglich wurde, orientierte Kristalle auf der Oberfläche eines Substrats auszubilden. Diese bevorzugte Orientierung wurde für Oberflächenstellen gefunden, die einen Kontaktwinkel von 20º oder weniger aufwiesen. Es wird angenommen, daß die Steuerung über die Anordnung, Art und Dichte der Oberflächenstellen Wachstum von orientierten Kristalliten veranlaßten, da die Adsorption von Kationen an den Oberflächenstellen die Kationen in bestimmten Räumen anordnet, was wiederum für Kernkristalle in einer bestimmten Lokation energetisch günstiger war. Es wurde angenommen, daß die Zwischenstellenabstände der Sulfonatstellen auf der Substratoberfläche mindestens 4,6 Ångström waren. Kristallite wachsen wahrscheinlich von Ebenen senkrecht zu der [001]-Ebene (wie auch der (004)-Ebene), da Kationen in dieser Ebene weiter voneinander beabstandet sind (4,6 Ångström für Goethit und 10,5 Ångström weit für Akaganeit). Diese Abstände passen enger zu den Abständen der Sulfonatstellen auf der Oberfläche. Kationen in Ebenen, parallel zu der [001]-Richtung oder längs der [001]-Richtung haben Kationen mit Abständen von etwa 3 Ångström. Keimbildung findet nicht aus diesen Abständen statt, da die Kationen sich nicht an den Oberflächenstellen mit engen Abständen anordnen können.

Es ist eine wichtige Eigenschaft des vorliegenden Verfahrens, daß orientierte Kristallite gezüchtet werden können, da im Stand der Technik die vorstehend beschriebene Orientierung von wachsenden Kristalliten nur auf kristallinen anorganischen Substraten stattfindet. Im Gegensatz dazu führt das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von orientierten Kristalliten, abgeschieden auf nichtkristallinen Substraten und speziell auf Polymersubstraten. Die Eisenoxidkristallite, wie Akaganeit und Goethit, können für die Magnetbänderherstellung zu magnetischen Phasen umgewandelt werden, wobei sie Eigenschaften aufweisen, die im wesentlichen besser als jene derzeitiger Magnetbänder sind.

Im Stand der Technik werden anisotrope Goethit- oder Akaganeit- Teilchen homogen in Lösung gebildet und werden durch Wärmebehandlung zu der Magnetphase, Maghemit, umgewandelt. Diese Teilchen werden in Tensid-Bindemittel-Lösungen, orientiert in einem Magnetfeld, dispergiert und auf Substrat gegossen, so daß die [001]-Richtung parallel zu dem Substrat zu einer longitudinalen Magnetisierung führt. Es ist für eine senkrechte Magnetisierung, die eine höhere Speicherdichte gewährleistet, erwünscht und von Interesse, diese Kristallite senkrecht zu der Oberfläche zu orientieren. Es war im Stand der Technik nicht möglich, die Kristallite senkrecht zu der Oberfläche zu orientieren. Das in diesem Patent beschriebene Verfahren gestattet das direkte Aufwachsen von anisotropen Kristalliten mit [001] senkrecht zu der Oberfläche. Dieses Verfahren gestattet die Bildung von hochdichten, in der Stärke verminderten Eisenoxidbändern mit senkrechter Magnetisierung durch ein Verfahren mit weniger Verfahrensschritten und verminderten Kosten.

Beispiel 2

Unter Verwendung eines Verfahrens, ähnlich zu jenem, beschrieben in vorstehendem Beispiel 1, wurden Lösungen mit 0,1 M FeCl&sub3; und 0,001 M HCl bei einem anfänglichen pH-Wert der Lösung von 2,0 hergestellt. Sulfonierte Substrate mit wässerigen Pufferlösungen mit Kontaktwinkeln von weniger als 200 wurden 30 Minuten in verschlossenen Teflon -Behältern in den Lösungen angeordnet. Die Behälter wurden 90 Minuten in einen Ofen bei 75ºC gestellt. Proben mit abgeschiedenen Dünnfilmen wurden entfernt und in 0,001 M HCl-Lösungen angeordnet und 24 Stunden in einen Ofen bei 75ºC gestellt. Röntgenstrahl-Untersuchung zeigte Bildung von Akaganeit und SEM- Mikrographien zeigten die Bildung von dichtgepackten Kristalliten in Nanometergröße, wie in FIG. 1 dargestellt.

Beispiel 3

Unter Verwendung eines Verfahrens, ähnlich zu jenem, beschrieben in vorstehendem Beispiel 1, wurden sulfonierte Substrate in Lösungen von 0,01 M FeCl&sub3; 96 Stunden bei Umgebungstemperatur (etwa 23ºC) gestellt. Die Substrate wurden entfernt und mit desionisiertem Wasser gewaschen und in 0,5 M NaOH-Lösungen 24 Stunden in einem Ofen bei 75ºC gestellt. Die Substrate wurden entfernt, mit Wasser gewaschen, in Wasser 15 Minuten ultrabeschallt und mit trockenem Stickstoff getrocknet. Eine SEM-Betrachtung dieser Probe, um 100 gekippt, ist in FIG. 2 dargestellt und zeigt, daß die Kristallite nadelförmig waren und alle mit der Längsachse oder [001]-Achse senkrecht zur Substratoberfläche orientiert waren. TEM-Betrachtungen von Fragmenten dieser Probe, die das Substrat im Querschnitt zeigen, sind in FIG. 3 dargestellt und zeigen, daß auch die längere Achse zum Substrat senkrecht orientiert ist. Die Mikrographien weisen auch aus, daß die Größe der Kristallite etwa 200-300. Ångström im Durchmesser und 1000 Ångström in der Länge war.

Beispiel 4

Unter Verwendung eines Verfahrens, ähnlich zu jenem, beschrieben in vorstehendem Beispiel 1, wurden Sulfonatsubstrate in eine Lösung, enthaltend 0,01 M Fe(NO&sub3;)&sub3; und 2M Harnstoff 30 Minuten in einen verschlossenen Teflon -Behäiter gestellt. Der Behälter wurde 45 Minuten in einen Ofen bei 100ºC gestellt und führte zu einem letztlichen pH-Wert der Lösung von 6,75. Substrate und abgeschiedene Filme wurden entfernt, gespült und 24 Stunden in eine 2M Harnstofflösung bei 100ºC gestellt. Substrate und abgeschiedene Dünnfilme wurden entfernt, gespült, 15 Minuten in Wasser ultrabeschallt und mit trockenem Stickstoff getrocknet. Röntgenstrahl-Untersuchung wies die Bildung von Goethit aus.

Beispiel 5

Sulfonierte Substrate, hergestellt wie in vorstehendem Beispiel 1 beschrieben, wurden in Lösungen, die 0,2 M FeCl&sub3; und 0,1 M FeCl&sub2; enthielten, 30 Minuten gestellt. Behälter mit papierbedeckten Öffnungen im Glasdeckel wurden in einen Exsikkator, der eine Lösung von Ammoniak enthielt, bei Umgebungstemperatur (etwa 230 C) gestellt. Die Substrate wurden nach 72 Stunden entfernt, gespült, 1 5 Minuten ultrabeschallt und mit Stickstoff getrocknet. Röntgenstrahl-Untersuchung wies die Bildung von Magnetit aus.

Zusätzlich zu der Bildung von kontinuierlichem Dünnfilm war es möglich, direkt anorganische Materialien in Mustern abzuscheiden. Es zeigte sich, daß die Abscheidung von Eisenoxiden nur auf Oberflächen stattfand, die Sulfonatstellen enthielten, und daß keine Abscheidung auf Oberflächen stattfand, die keine dieser Stellen enthielten. Dies erfolgte, da die Oberflächenstellen vermutlich die Abscheidung durch Wirkung als Keimbildungs- oder Adsorptionsstellen veranlassen. Es wurde auch gefunden, daß die sulfonierten Stellen auf den Oberflächen durch Behandeln der Oberfläche und Sulfonieren der Oberfläche unter Verwendung von SO&sub3;-Gas in Mustern ausgebildet werden können. Binden der Sulfonatstellen fand nur auf Bereichen statt, die nicht mit einer Klebstoffmaske bedeckt waren. Die Maske wurde entfernt und das Substrat in Eisenoxidlösungen, wie in dem nachstehenden Beispiel beschrieben, getaucht und die Substrate wurden entfernt. Die Abscheidung fand nur an den Orten statt, die sulfoniert waren (siehe FIGUREN 4 und 5). Diese stark lokalisierte Abscheidung findet vermutlich statt, da die Wechselwirkung zwischen Kationen und Sulfonatstellen viel stärker ist als die Wechselwirkung zwischen Kationen und nichtmodifizierten Stellen. Dies gestattet die direkte Abscheidung von Mustern aus anorganischen Materialien.

Direkte Abscheidung von Mustern aus wässerigen Lösungen ist durch Verfahren des Standes der Technik nicht möglich. Im Stand der Technik findet Bildung von Mustern normalerweise durch erstes Abscheiden eines kontinuierlichen Dünnfilms auf einem Substrat, Anordnen einer Maske über diesem Dünnfilm, Belichten bestimmter Bereiche der Maske, Fortwaschen der belichteten oder unbelichteten Bereiche (in Abhängigkeit von der verwendeten Maske), unter Hinterlassen eines Musters der belichteten Dünnfilmbereiche und der Maske statt. Die belichteten Dünnfilmbereiche wurden dann unter Bildung eines Musters in dem Dünnfilm fortgeätzt und die Maske entfernt. Das Ätzverfahren ist häufig korrosiv und schädigt das Bauteil und ist häufig zeitaufwendig. Daher wäre es sehr wünschenswert, dieses Ätzen zu beseitigen. Direkte Abscheidung von anorganischen Mustern auf anorganischen Oberflächen wird nicht erreicht, da es keine bevorzugten Stellen für die Abscheidung auf der anorganischen Oberfläche gibt - für die meisten Oberflächen sind die Wechselwirkungsenergien zwischen Oberflächenstellen und Ionen oder Atomen in der Lösung oder Gasphase relativ schwach (gewöhnlich Van der Waalsche Kräfte) und variieren über der Oberfläche nicht sehr. Im Ergebnis findet Abscheidung über der ganzen Oberfläche statt. Im vorliegenden Verfahren sind die Wechselwirkungen zwischen Ionen oder Spezies in der Lösung viel stärker zwischen den sauer gebundenen Oberflächenstellen als den unmodifizierten Oberflächenstellen. Dies gestattet eine hochspezifische und lokalisierte Abscheidung, wenn die Stellen durch Maskierungstechnik in Mustern ausgebildet sind.

Beispiel 6

Wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde ein Polystyrolsubstrat hergestellt und mit einer Vinylmaske mittels Klebstoff auf einer Seite abgedeckt. Die Maske wurde auf dem Substrat angeordnet und das Substrat wurde in einem Reaktionskolben, angeschlossen an eine Vakuumleitung mit SO&sub3;, in einem an der Leitung befestigten Kolben, angeordnet. Eine Sulfonierungsreaktion, wie bereits beschrieben, wurde ausgeführt. Proben wurden entfernt, in desionisiertem Wasser (4 Spülungen) gewaschen, getrocknet und die Maske wurde entfernt. Die Oberfläche wurde mit Heptan gewaschen, um Klebstoff von der Oberfläche zu entfernen. Das Substrat wurde in eine Lösung von 0,1 M FeCl&sub3; und 0,001 M HCl 30 Minuten in einen verschlossenen Teflon -Behälter, bei 75ºC in einen Ofen 90 Minuten gestellt. Es wurde dann entfernt und 24 Stunden in eine 0,001 M HCl-Lösung bei 75ºC gestellt. Das Substrat wurde wiederum entfernt und gewaschen. Eine Photographie der Probe ist in FIG. 4 gezeigt und weist aus, daß die Abscheidung unter Bildung von Buchstaben- und Zahlenmustern lokalisiert war. Eine SEM der Probe ist in FIG. 5 dargestellt und zeigt, daß es eine scharfe Kante zwischen der abgeschiedenen Schicht auf der sulfonierten Oberfläche und der nichtsulfonierten Oberflächenschicht gibt, was ausweist, daß die Abscheidung lokalisiert war.

Nachdem die Prinzipien meiner Erfindung in einer ihrer bevorzugten Ausführungsform erläutert und beschrieben wurden, sollte es für den Fachmann leicht verständlich sein, daß die Erfindung in Anordnung und in Einzelheiten, ohne von derartigen Prinzipien abzuweichen, modifiziert werden kann. Wir beanspruchen alle Modifizierungen, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes, gekennzeichnet durch

(a) Bereitstellen einer Substratunterlage eines ersten Materials, wobei das erste Material eine Vielzahl unmodifizierter Stellen einschließt;

(b) chemische Modifizierung der unmodifizierten Stellen auf der Substratunterlage durch Aufbringen organischer, funktionaler Gruppen, die als Keimbildungsstellen wirken, auf einer Vielzahl der unmodifizierten Stellen; und

(c) Bilden eines Dünnfilms, umfassend ein zweites Material auf der Substratunterlage durch Förderung der Keimbildung und des Wachstums des Dünnfilms aus Lösung durch Keimbildung eines zweiten Materials auf den organischen, funktionalen Gruppen.

2. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß Anspruch 1, wobei die funktionalen Gruppen irgendeine von den Sulfonat-, Carboxylat-, Phosphat-, Amin-, Hydroxyl-, Thiol- und Alkoholgruppen umfassen.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, das weiter den Schritt der chemischen Modifizierung der unmodifizierten Stellen auf der Substratunterlage mit Schwefelsäure einschließt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei das erste Material ein Polymer, ein anorganisches Material oder ein Metall ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das erste Material irgendeines von Polystyrol, Polyethylen, Polyimid, Glas, Siliciumdioxid, Aluminium oder Gold umfaßt.

6. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß irgendeinem vorherigen Anspruch, wobei das zweite Material ein anorganisches Material ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß Anspruch 6, wobei das zweite Material Aluminium, Siliciumdioxid, PLZT und PZT Ferroelektrika, Bariumtitanat, Bariumferrit, 123 Supraleiter, Lithiumniobat und CdS umfaßt.

8. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß dem Verfahren von Anspruch 6, wobei das Dünnfilmmaterial ein im wesentlichen kristalliner, keramischer Werkstoff ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der keramische Werkstoff einen Oxidkeramikwerkstoff umfaßt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Oxidkeramikwerkstoff ein Eisenoxid umfaßt.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1 0, wobei das zweite Material irgendeines von Akaganeit, Goethit und Magnetit umfaßt.

12. Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei das zweite Material ein Akaganeit und Goethit mit einer Kristallachse im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche der Substratunterlage ist.

13. Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kristallite des zweiten Materials einen durchschnittlichen maximalen Durchmesser von nicht mehr als etwa 1000 Ångström (100 nm) aufweisen.

14. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß dem Verfahren von Anspruch 6, wobei das Dünnfilmmaterial im wesentlichen amorph ist.

15. Verfahren zur Herstellung eines Dünnfilmproduktes gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die Dichte der Stellen der funktionalen Gruppen so kontrolliert wird, daß die Dichte des resultierenden Dünnfilm produktes größer als etwa 90 % der maximalen Dichte des zweiten Materials ist.

16. Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, das weiter den Schritt des Bildens eines ersten vorbestimmten Musters, umfassend die funktionalen Gruppen auf den unmodifizierten Stellen auf der Substratunterlage, und des Bildens eines zweiten vorbestimmten Musters des zweiten Materials durch selektives Abscheiden des zweiten Materials auf der Substratunterlage durch Keimbildung des zweiten Materials nur auf den organischen, funktionalen Gruppen einschließt.

17. Verfahren gemäß irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Dünnfilmabscheidungsschritt unter basischen Bedingungen oder sauren Bedingungen durchgeführt wird.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com